RU2573433C1 - Single-step dc voltage converter - Google Patents
Single-step dc voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573433C1 RU2573433C1 RU2014127267/07A RU2014127267A RU2573433C1 RU 2573433 C1 RU2573433 C1 RU 2573433C1 RU 2014127267/07 A RU2014127267/07 A RU 2014127267/07A RU 2014127267 A RU2014127267 A RU 2014127267A RU 2573433 C1 RU2573433 C1 RU 2573433C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- current sensor
- converter
- transformer
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропитания устройств радиотехники, автоматики и вычислительной техники.The invention relates to a conversion technique and can be used in power systems of radio devices, automation and computer technology.
Известно применение в составе однотактного прямоходового преобразователя постоянного напряжения датчика тока, включенного последовательно с первичной обмоткой трансформатора и транзистором [1], [2], [3]. Наличие датчика тока в цепи первичной обмотки трансформатора устраняет возможность насыщения магнитопроводов трансформатора и дросселя выходного фильтра. Каждый из однотактных преобразователей - аналогов [1], [2], [3] содержит входные выводы для подачи постоянного напряжения питания, между входными выводами последовательно включены первичная обмотка трансформатора, транзистор и датчик тока, управляющий электрод транзистора соединен с выходным выводом схемы управления, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и выходной фильтр соединена с выходными выводами однотактного преобразователя, выходные выводы однотактного преобразователя соединены с контуром стабилизации выходного напряжения, контур стабилизации выходного напряжения является частью схемы управления, работа контура стабилизации выходного напряжения происходит без учета текущего значения сигнала датчика тока. Другая часть схемы управления принимает сигнал датчика тока о превышении заданного уровня тока и формирует выключающее управляющее воздействие на транзистор независимо от режима работы контура стабилизации выходного напряжения. Недостатками такой схемы управления работой однотактного преобразователя являются:It is known to use a current sensor connected in series with the transformer primary winding and transistor [1], [2], [3] as a part of a single-cycle direct-current converter of direct voltage. The presence of a current sensor in the primary circuit of the transformer eliminates the possibility of saturation of the transformer magnetic circuits and the output filter inductor. Each of the single-cycle converters - analogues [1], [2], [3] contains input terminals for supplying a constant supply voltage, between the input terminals the transformer primary winding, a transistor and a current sensor are connected in series, the control electrode of the transistor is connected to the output terminal of the control circuit, the secondary winding of the transformer through a rectifier and an output filter is connected to the output terminals of a single-phase converter, the output terminals of a single-phase converter are connected to a stabilization circuit of the output voltage, the stabilization circuit of the output voltage is part of the control circuit, the operation of the stabilization circuit of the output voltage occurs without taking into account the current value of the current sensor signal. Another part of the control circuit receives a signal from the current sensor that a predetermined current level has been exceeded and generates a switching control effect on the transistor, regardless of the operating mode of the output voltage stabilization circuit. The disadvantages of this single-cycle converter operation control scheme are:
- низкая устойчивость преобразователя к воздействию внешних возмущающих факторов (изменение уровня напряжения питания на входе или изменение нагрузки на выходе), переход к новому установившемуся режиму сопровождается колебаниями выходного напряжения;- low resistance of the converter to external disturbing factors (a change in the supply voltage level at the input or a change in the output load), the transition to a new steady state is accompanied by fluctuations in the output voltage;
- низкое быстродействие преобразователя, для перехода к новому установившемуся режиму (после завершения воздействия внешних возмущающих факторов) требуется сравнительно большой промежуток времени для затухания колебаний выходного напряжения.- low speed of the converter, for a transition to a new steady state (after completion of external disturbing factors), a relatively large period of time is required for the damping of the output voltage fluctuations.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является однотактный прямоходовый преобразователь постоянного напряжения с дополнительной обратной связью по току дросселя выходного фильтра [4], стр. 290. Схема прототипа выполнена с применением так называемого управления работой преобразователя в режиме пикового (максимального) тока дросселя выходного фильтра, в зарубежной литературе такой режим управления работой преобразователя обозначается «current mode», управление в режиме пикового тока дросселя выходного фильтра реализуется с помощью специализированных микросхем ШИМ-контроллеров [5]. Отличительной особенностью управления работой однотактного преобразователя в режиме пикового тока дросселя выходного фильтра является наличие двух типов контуров регулирования:The closest analogue selected as a prototype is a single-ended direct-current direct-voltage DC-DC converter with additional feedback on the output filter choke current [4], page 290. The prototype circuit is made using the so-called control of the converter operation in the peak (maximum) choke current mode output filter, in the foreign literature such a mode of controlling the operation of the converter is indicated by “current mode”, control in the peak current mode of the choke of the output filter is implemented I am using specialized PWM controller microcircuits [5]. A distinctive feature of controlling the operation of a single-cycle converter in the peak current mode of the output filter inductor is the presence of two types of control loops:
- внутренний (дополнительный, подчиненный) контур регулирования амплитуды тока дросселя выходного фильтра;- internal (additional, slave) circuit for regulating the amplitude of the current of the output filter inductor;
- основной (внешний) контур стабилизации выходного напряжения.- the main (external) output voltage stabilization circuit.
Работа контура регулирования тока подчинена контуру стабилизации выходного напряжения, взаимодействие между двумя типами контуров регулирования осуществляется ШИМ-контроллером. Из [4] известно, что наличие двух типов контуров регулирования в составе однотактного прямоходового преобразователя чрезвычайно благоприятно сказывается на его устойчивости и быстродействии. Для упрощения и удобства построения схемы в однотактных прямоходовых преобразователях, при формировании внутреннего токового контура регулирования, измеряется ток не дросселя выходного фильтра, а ток в цепи первичной обмотки трансформатора (ток транзистора), т.е. допускается применение различных моделей токового сигнала. Для нормальной работы ШИМ-контроллера, модель токового сигнала (форма токового сигнала) должна быть строго монотонной от момента времени включения транзистора до момента времени выключения транзистора. Схема прототипа содержит первый входной вывод для подачи положительного потенциала напряжения питания, общий провод, являющийся вторым входным выводом для подачи напряжения питания, между входными выводами однотактного преобразователя последовательно включены первичная обмотка трансформатора, транзистор и датчик тока, датчик тока резистивный, поэтому входные выводы датчика тока одновременно являются выходными выводами датчика тока, один из выводов датчика тока соединен с общим проводом, управляющий электрод транзистора соединен с соответствующим выводом ШИМ-контроллера, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и выходной фильтр соединена с выходными выводами однотактного преобразователя, первый выходной вывод однотактного преобразователя соединен с выводом входа усилителя ошибки ШИМ-контроллера, второй выходной вывод однотактного преобразователя соединен с общим проводом. Так же, как и предлагаемое устройство, схема прототипа выполнена с применением специализированной микросхемы ШИМ-контроллера, позволяющей сформировать дополнительную обратную связь по току дросселя выходного фильтра (или току в цепи первичной обмотки трансформатора). В схеме прототипа, внутренний (дополнительный, подчиненный) токовый контур регулирования реализован соединением вывода датчика тока с выводом ШИМ-контроллера, предназначенным для контроля уровня тока, внешний (основной) контур стабилизации выходного напряжения реализован соединением первого выходного вывода преобразователя с выводом входа усилителя ошибки ШИМ-контроллера, причем, внутренняя структура ШИМ-контроллера построена таким образом, что выход усилителя ошибки ШИМ-контроллера соединен с одним из входов компаратора, второй вход компаратора является выводом ШИМ-контроллера, предназначенным для контроля уровня тока. Современная тенденция построения схем преобразователей состоит в том, что разработчики активно используют резонансные (квазирезонансные) колебания токов и напряжений на силовых элементах [6]. Недостатком прототипа, по сравнению с предлагаемым устройством, является то, что в схеме прототипа не может быть сформирован внутренний токовый контур регулирования, если форма тока в цепи первичной обмотки трансформатора будет обусловлена резонансными процессами на силовых элементах преобразователя.The operation of the current control loop is subordinate to the stabilization circuit of the output voltage, the interaction between the two types of control loops is carried out by a PWM controller. From [4] it is known that the presence of two types of control loops in the composition of a single-cycle forward-flow converter extremely favorably affects its stability and speed. To simplify and ease the construction of the circuit in single-ended linear converters, when forming the internal current control loop, the current is measured not of the output filter inductor, but the current in the primary circuit of the transformer (transistor current), i.e. the use of various current signal models is allowed. For normal operation of the PWM controller, the model of the current signal (form of the current signal) must be strictly monotonic from the time the transistor is turned on to the time the transistor turns off. The prototype circuit contains a first input terminal for supplying a positive potential of the supply voltage, a common wire, which is the second input terminal for supplying a supply voltage, between the input terminals of a single-phase converter, the primary winding of the transformer, a transistor and a current sensor are connected in series, the current sensor is resistive, therefore, the input terminals of the current sensor simultaneously are the output terminals of the current sensor, one of the terminals of the current sensor is connected to a common wire, the control electrode of the transistor is connected to the corresponding output of the PWM controller, the secondary winding of the transformer through the rectifier and the output filter is connected to the output terminals of the single-phase converter, the first output terminal of the single-phase converter is connected to the output terminal of the error amplifier of the PWM controller, the second output terminal of the single-phase converter is connected to a common wire. Just like the proposed device, the prototype circuit is made using a specialized PWM controller microcircuit, which allows forming additional feedback on the output filter inductor current (or current in the transformer primary winding circuit). In the prototype circuit, the internal (additional, subordinate) current regulation loop is implemented by connecting the output of the current sensor to the output of the PWM controller designed to control the current level, the external (main) output voltage stabilization loop is implemented by connecting the first output terminal of the converter with the output of the PWM error amplifier input -controller, moreover, the internal structure of the PWM controller is constructed in such a way that the output of the error amplifier of the PWM controller is connected to one of the inputs of the comparator, the second input d is the output of the comparator PWM controller designed to control the current level. The current trend in constructing converter circuits is that developers actively use resonant (quasi-resonant) oscillations of currents and voltages on power elements [6]. The disadvantage of the prototype, compared with the proposed device, is that in the prototype circuit an internal current control loop cannot be formed if the current shape in the transformer primary winding is caused by resonant processes on the power elements of the converter.
Технический результат при использовании предлагаемого устройства заключается в том, что повышается устойчивость и быстродействие однотактного прямоходового преобразователя, в котором переключение транзистора происходит при нулевом (минимальном) значении тока в ходе квазирезонансного колебательного процесса на силовых элементах.The technical result when using the proposed device is that the stability and speed of a single-stroke linear converter increases, in which the transistor switches at zero (minimum) current during a quasi-resonant oscillatory process on power elements.
Технический результат достигается тем, что в однотактном преобразователе постоянного напряжения, работающем в квазирезонансном режиме, формируется внутренний токовый контур регулирования в дополнение к основному контуру стабилизации выходного напряжения, для формирования внутреннего токового контура регулирования используется токовый сигнал, равный разности токов первичной и вторичной обмоток трансформатора. Синтез необходимого токового сигнала и передача его на вывод ШИМ-контроллера, предназначенный для контроля уровня тока, выполняется в соответствии с отличительной частью формулы предлагаемого устройства: последовательно с вторичной обмоткой трансформатора включены входные выводы второго датчика тока, первый выходной вывод первого датчика тока соединен с первым выходным выводом второго датчика тока, второй выходной вывод второго датчика тока соединен с выводом ШИМ-контроллера, предназначенным для контроля уровня тока.The technical result is achieved by the fact that in a single-cycle DC-DC converter operating in quasi-resonant mode, an internal current control loop is formed in addition to the main output voltage stabilization loop, a current signal equal to the difference between the currents of the primary and secondary windings of the transformer is used to form the internal current control loop. The synthesis of the required current signal and its transmission to the output of the PWM controller, designed to control the current level, is performed in accordance with the distinctive part of the formula of the proposed device: the input terminals of the second current sensor are connected in series with the secondary winding of the transformer, the first output terminal of the first current sensor is connected to the first the output terminal of the second current sensor, the second output terminal of the second current sensor is connected to the output of the PWM controller, designed to control the current level.
На фиг. 1 приведена схема однотактного преобразователя постоянного напряжения со следующими обозначениями: первый входной вывод 1; второй входной вывод 2; трансформатор 3; первичная обмотка трансформатора 3.1; вторичная обмотка трансформатора 3.2; транзистор 4; ШИМ-контроллер 5; первый датчик тока 6; второй датчик тока 7; выпрямитель 8; выходной фильтр 9; первый выходной вывод преобразователя 10; второй выходной вывод преобразователя 11; провод 12 внутреннего токового контура регулирования; провод 13 основного контура стабилизации выходного напряжения.In FIG. 1 shows a diagram of a single-cycle DC-DC converter with the following notation:
На фиг. 2 приведена схема однотактного преобразователя постоянного напряжения, при работе которого используется положительный эффект переключения транзистора при нулевом (минимальном) значении тока в ходе квазирезонансного колебательного процесса на силовых элементах. Схема на фиг. 2 отличается от схемы на фиг. 1 тем, что изменена конструкция выпрямителя 8 и изменена конструкция выходного фильтра 9. Обозначения элементов на фиг. 2 соответствуют обозначениям на фиг. 1.In FIG. Figure 2 shows a diagram of a single-cycle DC-DC converter, the operation of which uses the positive effect of switching a transistor at zero (minimum) current during a quasi-resonant oscillatory process on power elements. The circuit of FIG. 2 differs from the circuit in FIG. 1 in that the design of the
На фиг. 3 приведена схема однотактного преобразователя постоянного напряжения, соответствующая п. 2 формулы изобретения, схема преобразователя дополнена RC-фильтром 14, остальные обозначения элементов на фиг. 3 совпадают с обозначениями элементов на фиг. 1.In FIG. 3 shows a diagram of a single-cycle DC-DC converter, corresponding to
На фиг. 4 представлены эпюры токов и напряжений, поясняющие работу схем на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3.In FIG. 4 shows diagrams of currents and voltages explaining the operation of the circuits in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3.
На фиг. 5 представлены осциллограммы сигналов, зафиксированных при работе реализованного на практике устройства.In FIG. Figure 5 shows the waveforms of the signals recorded during operation of a device implemented in practice.
Однотактный преобразователь постоянного напряжения (фиг. 1 и фиг. 2) содержит первый входной вывод для подачи положительного потенциала напряжения питания 1, общий провод 2, являющийся вторым входным выводом для подачи напряжения питания, между входными выводами однотактного преобразователя последовательно включены: первичная обмотка трансформатора 3.1, транзистор 4 и входные выводы первого датчика тока 6. Первый датчик тока 6 и второй датчик тока 7 имеют входные выводы и выходные выводы, причем первый выходной вывод датчиков тока отличается от второго выходного вывода датчиков тока более высоким значением потенциала выходного напряжения датчиков тока, если в схеме преобразователя в качестве первого датчика тока 6 применяется датчик тока резистивного типа, тогда входные выводы первого датчика тока являются одновременно выходными выводами первого датчика тока. Второй выходной вывод первого датчика тока 6 соединен с общим проводом. Управляющий электрод транзистора 4 соединен с соответствующим выходным выводом ШИМ-контроллера 5. Один из выводов питания ШИМ-контроллера 5 соединен с общим проводом 2. Вторичная обмотка трансформатора 3.2 через выпрямитель 8 и выходной фильтр 9 соединена с выходными выводами однотактного преобразователя 10 и 11. Первый выходной вывод 10 однотактного преобразователя соединен с выводом входа усилителя ошибки ШИМ-контроллера 5 с помощью провода 13, т.е. провод 13 образует основной контур стабилизации выходного напряжения. Второй выходной вывод 11 однотактного преобразователя соединен с общим проводом 2. Провод 12 образует внутренний токовый контур регулирования, причем отличительная часть формулы предлагаемого устройства описывает процедуру синтеза токового сигнала и подачу его с помощью провода 12 на вывод ШИМ-контроллера 5, предназначенный для контроля уровня тока, а именно: последовательно с вторичной обмоткой трансформатора 3.2 включены входные выводы второго датчика тока 7, первый выходной вывод первого датчика тока 6 соединен с первым выходным выводом второго датчика тока 7, второй выходной вывод второго датчика тока 7 соединен с выводом ШИМ-контроллера 5, предназначенным для контроля уровня тока.The single-ended DC-voltage converter (Fig. 1 and Fig. 2) contains the first input terminal for supplying a positive potential of the
Принцип работы предлагаемого устройства изложен с использованием эпюр напряжений и токов на фиг. 4. Рисунок фиг. 4 разделен на две части, в левой части изображены эпюры, соответствующие нормальному (отличному от квазирезонансного) режиму работы однотактного преобразователя, в правой части изображены эпюры, соответствующие режиму работы однотактного преобразователя, в котором переключение транзистора происходит при нулевом (минимальном) значении тока в ходе квазирезонансного колебательного процесса на силовых элементах. Известно, что ток в цепи первичной обмотки трансформатора однотактного преобразователя равен сумме токов: тока намагничивания и тока вторичной обмотки трансформатора [7], стр. 108. Та часть схемы предлагаемого устройства на фиг. 1, которая описывается отличительной частью формулы, выполняет функцию вычитания из сигнала первого датчика тока сигнала второго датчика тока, результат вычитания представляет собой ток намагничивания трансформатора. В левой части фиг. 4:The principle of operation of the proposed device is described using diagrams of voltages and currents in FIG. 4. The drawing of FIG. 4 is divided into two parts, the diagrams corresponding to the normal (different from the quasi-resonant) mode of a single-phase converter are shown on the left side, the diagrams corresponding to the single-phase converter operating mode in which the transistor switches at zero (minimum) current during quasi-resonant oscillatory process on power elements. It is known that the current in the primary circuit of the transformer of a single-phase converter is equal to the sum of the currents: magnetization current and secondary current of the transformer [7], p. 108. That part of the circuit of the proposed device in FIG. 1, which is described by the distinguishing part of the formula, performs the function of subtracting the signal of the second current sensor from the signal of the first current sensor, the subtraction result is the magnetization current of the transformer. On the left side of FIG. four:
- эпюра Uвых. 5 показывает выходные импульсы ШИМ-контроллера 5, поступающие на управляющий электрод транзистора 4;- plot Uout. 5 shows the output pulses of the
- эпюра i 3.1 показывает выходной сигнал первого датчика тока 6 (ток в цепи первичной обмотки трансформатора), характерный для однотактного прямоходового преобразователя, работающего в нормальном (не в квазирезонансном) режиме [4], стр. 290;- Diagram i 3.1 shows the output signal of the first current sensor 6 (current in the circuit of the transformer primary winding), which is typical for a single-stroke linear converter operating in the normal (not in quasi-resonant) mode [4], p. 290;
- эпюра i 3.2 показывает выходной сигнал второго датчика тока 7, т.е. ток в цепи вторичной обмотки трансформатора;- diagram i 3.2 shows the output signal of the second
- эпюра i 5 показывает синтезированный токовый сигнал, равный разности токов первичной и вторичной обмоток трансформатора, т.е. ток намагничивания трансформатора 3, подаваемый на вход ШИМ-контроллера 5, предназначенный для контроля уровня тока.- diagram i 5 shows the synthesized current signal equal to the difference between the currents of the primary and secondary windings of the transformer, i.e. the magnetization current of the
Функция вычитания из сигнала первого датчика тока 6 сигнала второго датчика тока 7 выполняется благодаря тому, что первый выходной вывод первого датчика тока 6 соединен с первым выходным выводом второго датчика тока 7, а второй выходной вывод второго датчика тока 7 является выходным для синтезированного токового сигнала. Так же, как выходной сигнал первого датчика тока 6 (эпюра i 3.1 в левой части фиг. 4 в форме трапеции, уложенной на боковую сторону), полученный в результате синтеза токовый сигнал (эпюра i 5 в левой части фиг. 4 в форме треугольника) может быть использован для формирования внутреннего токового контура регулирования в дополнение к основному контуру стабилизации выходного напряжения, т.к. не содержит максимумов и минимумов между моментами времени включения и выключения транзистора. Таким образом, для однотактного прямоходового преобразователя постоянного напряжения, работающего в нормальном (не в квазирезонансном) режиме (фиг. 1), предлагаемая схема синтеза токового сигнала решает задачу расширения арсенала технических средств, направленных на формирование внутреннего токового контура регулирования в дополнение к основному контуру стабилизации выходного напряжения. В предлагаемом устройстве переход на квазирезонансный режим осуществлен за счет изменения конструкции выпрямителя 8 и изменения конструкции выходного фильтра 9 по сравнению со схемой прототипа (см. фиг. 2). Введение в состав выходного фильтра 9 резонансной индуктивности Lr и резонансной емкости Cr позволяет получить квазирезонансный колебательный процесс, аналогичный колебательному процессу, изложенному в [6], причем, резонансная индуктивность Lr может не присутствовать в схеме в явном виде, при определенных условиях свойства резонансной индуктивности Lr проявляет трансформатор 3. Для однотактного преобразователя постоянного напряжения в котором переключение транзистора происходит при нулевом (минимальном) значении тока в ходе квазирезонансного колебательного процесса на силовых элементах (фиг. 2), использование выходного сигнала первого датчика тока 6 для формирования внутреннего токового контура регулирования невозможно, т.к. этот сигнал (эпюра i 3-1 в правой части фиг. 4) имеет максимум в средней части импульса, между моментами времени включения и выключения транзистора 4. В правой части фиг. 4:The function of subtracting the signal of the second
- эпюра Uвых. 5 показывает выходные импульсы ШИМ-контроллера 5, поступающие на управляющий электрод транзистора 4;- plot Uout. 5 shows the output pulses of the
- эпюра i 3.1 показывает выходной сигнал первого датчика тока 6 (ток в цепи первичной обмотки трансформатора), характерный для однотактного прямоходового преобразователя, работающего в квазирезонансном режиме [6], стр. 82;- Diagram i 3.1 shows the output signal of the first current sensor 6 (current in the circuit of the transformer primary winding), which is typical for a single-stroke linear converter operating in quasi-resonant mode [6], p. 82;
- эпюра i 3.2 показывает выходной сигнал второго датчика тока 7, т.е. ток в цепи вторичной обмотки трансформатора;- diagram i 3.2 shows the output signal of the second
- эпюра i 5 показывает синтезированный токовый сигнал, равный разности токов первичной и вторичной обмоток трансформатора, т.е. ток намагничивания трансформатора 3, подаваемый на вход ШИМ-контроллера 5, предназначенный для контроля уровня тока.-
Так же, как в схеме на фиг. 1, в схеме на фиг. 2 выполняется функция вычитания из сигнала первого датчика тока сигнала второго датчика тока, результат вычитания представляет собой ток намагничивания трансформатора 3, здесь следует обратить внимание на то, что эпюра i 5 в правой части фиг. 4 совпадает по форме с эпюрой i 5 в левой части фиг. 4. Полученный в результате преобразования (синтеза) токовый сигнал (эпюра i 5 в правой части фиг. 4) может быть использован для формирования внутреннего токового контура регулирования в дополнение к основному контуру стабилизации выходного напряжения, т.к. не содержит максимумов и минимумов между моментами времени включения и выключения транзистора 4. Необходимо отметить, что при использовании тока намагничивания трансформатора 3 для формирования внутреннего токового контура регулирования сохраняются защитные функции, характерные для схем аналогов и прототипа:As in the circuit of FIG. 1, in the circuit of FIG. 2, the function of subtracting the signal of the second current sensor from the signal of the first current sensor is performed, the subtraction result is the magnetization current of the
- насыщения магнитопровода трансформатора 3 не происходит, т.к. амплитуда тока намагничивания трансформатора контролируется в каждом цикле коммутации;- saturation of the magnetic circuit of the
- насыщения магнитопроводов дросселей выходного фильтра не происходит, т.к. ток в нагрузке ограничивается максимальной энергией, накапливаемой в резонансной емкости Cr выходного фильтра 9.- saturation of the magnetic circuits of the output filter chokes does not occur, because the current in the load is limited by the maximum energy stored in the resonance capacitance Cr of the
Второй пункт формулы изобретения описывает тот факт, что передача токового сигнала от второго выходного вывода второго датчика тока 7 к выводу ШИМ-контроллера 5, предназначенного для контроля уровня тока, может быть выполнена с использованием RC-фильтра 14 (см. фиг. 3). Включение в схему RC-фильтра 14 с небольшой постоянной времени позволяет подавить высокочастотные коммутационные помехи в составе токового сигнала, это предотвращает сбои в работе однотактного преобразователя.The second claim describes the fact that the transmission of the current signal from the second output terminal of the second
Предлагаемое устройство может быть реализовано на серийной элементной базе. Взаимодействие элементов схемы, изложенное при рассмотрении принципа работы однотактного преобразователя постоянного напряжения, подтверждается объективными данными. В реализованном на практике устройстве переключение транзистора происходит при нулевом (минимальном) значении тока, это достигнуто за счет наличия в составе выходного фильтра резонансной индуктивности Lr и резонансной емкости Cr (см. фиг. 2, фиг. 3). На фиг. 5 представлены осциллограммы сигналов, зафиксированных при работе реализованного на практике устройства. Первому щупу, регистрирующему напряжение на выводе ШИМ-контроллера, соединенному с управляющим электродом транзистора, на осциллограммах фиг. 5 соответствует эпюра Uвых 5 на фиг. 4 (правая часть). Второму щупу, регистрирующему ток в цепи первичной обмотки трансформатора, на осциллограммах фиг.5 соответствует эпюра i 3.1 на фиг. 4 (правая часть). Третьему щупу, регистрирующему токовый сигнал, поступающий на вывод ШИМ-контроллера, предназначенный для контроля уровня тока, на осциллограммах фиг. 5 соответствует эпюра i 5 на фиг. 4 (правая часть). Четвертому щупу, регистрирующему ток в цепи вторичной обмотки трансформатора на осциллограммах фиг. 5 (нижняя часть), соответствует эпюра i 3.2 на фиг. 4 (правая часть).The proposed device can be implemented on a serial element base. The interaction of the circuit elements described in the consideration of the principle of operation of a single-cycle DC-DC converter is confirmed by objective data. In a device implemented in practice, the transistor switches at a zero (minimum) current value, this is achieved due to the presence of a resonant inductance Lr and a resonant capacitance Cr in the output filter (see Fig. 2, Fig. 3). In FIG. Figure 5 shows the waveforms of the signals recorded during operation of a device implemented in practice. The first probe that records the voltage at the output of the PWM controller connected to the control electrode of the transistor in the oscillograms of FIG. 5 corresponds to the
При рассмотрении осциллограмм на фиг. 5 можно отметить следующее:When considering the waveforms in FIG. 5, the following can be noted:
- импульсные сигналы, зафиксированные при работе реализованного на практике устройства, в основном совпадают по форме и по фазе с эпюрами на фиг. 4 (правая часть);- pulse signals recorded during operation of a device implemented in practice mainly coincide in shape and phase with the diagrams in FIG. 4 (right side);
- небольшое отличие реальных сигналов от идеализированных изображений не влияет на работоспособность устройства;- a slight difference between real signals and idealized images does not affect the performance of the device;
- регистрация сигнала напряжения на выводе ШИМ-контроллера, соединенного с управляющим электродом транзистора (щуп 1), сигнала тока в цепи первичной обмотки трансформатора (щуп 2) и синтезированного токового сигнала, поступающего на вывод ШИМ-контроллера, предназначенного для контроля уровня тока (щуп 3), проводилась одновременно, т.к. препятствий для одновременной регистрации этих сигналов нет, нулевое значение для этих сигналов равно потенциалу общего провода, эти сигналы изображены в верхней части фиг. 5;- registration of the voltage signal at the output of the PWM controller connected to the control electrode of the transistor (probe 1), the current signal in the primary circuit of the transformer (probe 2) and the synthesized current signal supplied to the output of the PWM controller designed to control the current level (probe 3), was carried out simultaneously, because there are no obstacles to the simultaneous registration of these signals, the zero value for these signals is equal to the potential of the common wire, these signals are shown in the upper part of FIG. 5;
- осциллограмма, регистрирующая ток в цепи вторичной обмотки трансформатора (щуп 4), не могла быть изображена на одном поле вместе с другими сигналами, т.к. потенциалы первого выходного вывода и второго выходного вывода второго датчика тока отличаются от потенциала общего провода (щупы осциллографа имеют соединение между собой через входные клеммы осциллографа, это создает недопустимый режим при попытке одновременной регистрации всех четырех сигналов);- the oscillogram recording the current in the secondary circuit of the transformer (probe 4) could not be displayed on the same field with other signals, because the potentials of the first output terminal and the second output terminal of the second current sensor differ from the potential of the common wire (the oscilloscope probes are connected to each other through the input terminals of the oscilloscope, this creates an invalid mode when trying to simultaneously register all four signals);
- синтезированный токовый сигнал, поступающий на вывод ШИМ-контроллера, предназначенный для контроля уровня тока (щуп 3), имеет форму, которая позволяет организовать в составе однотактного преобразователя постоянного напряжения внутренний токовый контур регулирования.- the synthesized current signal supplied to the output of the PWM controller, designed to control the current level (probe 3), has a form that allows you to organize an internal current control loop as part of a single-cycle DC-DC converter.
Таким образом, в реализованном на практике устройстве сложная форма тока в цепи первичной обмотки трансформатора, обусловленная резонансными процессами на элементах выходного фильтра, преобразована в более простую (строго монотонную) для того, чтобы иметь возможность сформировать внутренний токовый контур регулирования в дополнение к основному контуру стабилизации выходного напряжения. Наличие двух типов контуров регулирования в составе однотактного преобразователя постоянного напряжения является достаточным условием для получения технического результата, который состоит в том, что повышается устойчивость и быстродействие устройства при воздействии внешних возмущающих факторов, таких как изменение питающего напряжения на входе или изменение нагрузки на выходе.Thus, in the device implemented in practice, the complex shape of the current in the primary circuit of the transformer, due to resonant processes on the elements of the output filter, is converted into a simpler (strictly monotonic) in order to be able to form an internal current control loop in addition to the main stabilization loop output voltage. The presence of two types of control loops in a single-cycle DC-DC converter is a sufficient condition for obtaining a technical result, which consists in increasing the stability and speed of the device when exposed to external disturbing factors, such as a change in the supply voltage at the input or a change in the load at the output.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1. US №4330816, H02H 7/122, опубл. 18.05.1982.1. US No. 4330816,
2. US №5465201, H02M 3/335, H02H 7/12, опубл. 07.11.1995.2. US No. 5465201,
3. US №6631064 B2, H02H 3/08, H02H 9/02, опубл. 07.10.2003.3. US No. 6631064 B2,
4. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2005. - 528 с.4. Volovich G.I. Circuitry of analog and analog-to-digital electronic devices. - M.: Publishing House "Dodeca - XXI", 2005. - 528 p.
5. http://www.ti.com/ UCC38C43 BiCMOS Current Mode PWM Controller.5. http://www.ti.com/ UCC38C43 BiCMOS Current Mode PWM Controller.
6. Эраносян С., Ланцов В. Квазирезонансные источники вторичного электропитания: проблемы, новый взгляд// Силовая электроника, №3, 2007. - С. 78-84.6. Eranosyan S., Lantsov V. Quasi-resonant secondary power sources: problems, a new look // Power Electronics, No. 3, 2007. - P. 78-84.
7. Гончаров А. Начальная школа построения импульсных DC/DC преобразователей (первый класс)// Электронные компоненты, №6, 2002. - С. 106-111.7. Goncharov A. Elementary school for the construction of pulsed DC / DC converters (first grade) // Electronic Components, No. 6, 2002. - P. 106-111.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127267/07A RU2573433C1 (en) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | Single-step dc voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014127267/07A RU2573433C1 (en) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | Single-step dc voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2573433C1 true RU2573433C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014127267/07A RU2573433C1 (en) | 2014-07-03 | 2014-07-03 | Single-step dc voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2573433C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2739398C1 (en) * | 2020-05-25 | 2020-12-23 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Stabilized key voltage converter |
| RU2767050C1 (en) * | 2021-08-20 | 2022-03-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Pulsed power step-down converter control system in medium current mode |
| RU2821268C1 (en) * | 2023-09-11 | 2024-06-19 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Three-phase network rectified voltage key normalizer |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1273906A1 (en) * | 1985-04-01 | 1986-11-30 | Предприятие П/Я В-8495 | Stabilized power source |
| US5465201A (en) * | 1993-01-21 | 1995-11-07 | Lambda Electronics, Inc. | Overload protection of switch mode converters |
-
2014
- 2014-07-03 RU RU2014127267/07A patent/RU2573433C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1273906A1 (en) * | 1985-04-01 | 1986-11-30 | Предприятие П/Я В-8495 | Stabilized power source |
| US5465201A (en) * | 1993-01-21 | 1995-11-07 | Lambda Electronics, Inc. | Overload protection of switch mode converters |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2739398C1 (en) * | 2020-05-25 | 2020-12-23 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Stabilized key voltage converter |
| RU2767050C1 (en) * | 2021-08-20 | 2022-03-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Pulsed power step-down converter control system in medium current mode |
| RU2821268C1 (en) * | 2023-09-11 | 2024-06-19 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Three-phase network rectified voltage key normalizer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhou et al. | A novel current-sharing control technique for low-voltage high-current voltage regulator module applications | |
| KR101584169B1 (en) | A switching regulator and a method for regulating a voltage using the same | |
| US20170033697A1 (en) | Voltage peak detection circuit and detection method | |
| JP5447651B2 (en) | Switching power supply | |
| US8665612B2 (en) | Constant current controller | |
| US20090067201A1 (en) | Isolated Switched-mode Power Supply With Output Regulation From Primary Side | |
| TW201640804A (en) | Digital slope compensation for peak current controlled converters | |
| US9871452B2 (en) | Transformer, flyback converter and switching power supply with the same | |
| JP6149977B1 (en) | Voltage converter and leakage inductance determination method | |
| US20200083808A1 (en) | Plug-and-play electronic capacitor for voltage regulator modules applications | |
| JP2012130137A (en) | Switching control circuit | |
| RU2573433C1 (en) | Single-step dc voltage converter | |
| Sheehan et al. | Switch-mode power converter compensation made easy | |
| US20150168983A1 (en) | Power conversion device, isolated driving circuit, and isolated driving method | |
| Chen et al. | A dead-beat-controlled fast-transient-response buck converter with active pseudo-current-sensing techniques | |
| JP2015065738A (en) | Power supply control circuit and power supply unit | |
| Lymar et al. | Coupled-magnetic filters with adaptive inductance cancellation | |
| US9523719B2 (en) | Current sensor | |
| JP5130664B2 (en) | Switching power supply | |
| Miyazaki et al. | Constant on-time DC-DC converter using ripple injection filter with inherent adaptive voltage positioning | |
| Wu et al. | Monolithic quasi-sliding-mode controller for SIDO buck converter with a self-adaptive free-wheeling current level | |
| Arikatla | Adaptive control methods for dc-dc switching power converters | |
| RU2474948C1 (en) | Stabilised voltage converter | |
| Zwicker | Generation of multiple isolated bias rails for IGBT inverters using flyback/sepic/cuk combination | |
| Rayees et al. | Multiple pulsed output DC-DC converter with current mode control technique and post regulators |