UA150800U - Isolated DC converter - Google Patents

Abstract

The isolated DC converter contains potential and common input pins, a power choke with a main winding, the first output of which is connected to the potential input output, two main and two auxiliary controlled switches, a separation diode and a transformer, with a primary with a middle output and secondary windings. Each of the two extreme terminals of the transformer primary winding is connected via the main controlled key to a common input output. The middle terminal of the primary winding of the transformer is connected to the second terminal of the main winding of the power choke. The terminals of the secondary winding of the transformer are connected via a current rectifier to the terminals of the output filter capacitor and two output terminals. Between the extreme terminals of the primary winding of the transformer, two auxiliary controlled switches connected in series are connected, to the connection point of which a separation diode with a leading direction from the connection point is connected by one pin. An additional capacitor and an additional choke are introduced, the winding of which is connected in series with an additional capacitor. The free output of the additional capacitor is connected to the common input output. The free output of the additional choke winding is connected to the second output of the main power choke winding. The connection point of the terminals of the additional capacitor and the winding of the additional choke is connected to the free output of the separation diode.

Description

Корисна модель належить до області електротехніки, а саме до перетворювальної техніки, і може використовуватись при створенні джерел вторинного електроживлення, агрегатів безперебійного електроживлення, при перетворенні енергії від вітрогенераторів, сонячних батарей і акумуляторів та в інших пристроях силової електроніки.The useful model belongs to the field of electrical engineering, namely to conversion engineering, and can be used in the creation of secondary power sources, uninterruptible power supply units, in the conversion of energy from wind generators, solar batteries and batteries, and in other power electronics devices.

Відомий ізольований перетворювач постійного струму (1, Рід. 2), що складається з вхідного дроселя, чотирьох керованих ключів, трансформатора з первинною із середнім виводом і вторинною обмотками, двох розділових діодів, випрямляча струму вторинної обмотки на діодах та вихідного фільтруючого конденсатора.An isolated DC-DC converter (1, Ref. 2) is known, consisting of an input choke, four controlled switches, a transformer with a primary with a middle tap and secondary windings, two isolation diodes, a diode secondary winding rectifier and an output filter capacitor.

Недоліком такого перетворювача є переривчаста форма струму споживання, яка має місце при регулюванні коефіцієнта заповнення імпульсів керованих ключів в умовах зміни рівня напруги живлення |, Фіг. 4). Відсутність вхідного фільтруючого конденсатора приводить до того, що імпульсний струм споживання негативно позначається на роботі джерела живлення. Якщо для зменшення впливу струму з переривчастою формою встановити на вході перетворювача фільтруючий конденсатор, то він буде підключений безпосередньо до джерела живлення. В цьому випадку допустимі параметри конденсатора повинні бути розраховані на великі імпульсні струми, які виникають з боку джерела живлення при наявності стрибків напруги, а це приводить до збільшення габариту і появу втрат потужності.The disadvantage of such a converter is the intermittent shape of the consumption current, which occurs when adjusting the pulse filling factor of the controlled keys under conditions of change in the supply voltage |, Fig. 4). The absence of an input filter capacitor leads to the fact that the pulse current consumption negatively affects the operation of the power source. If a filter capacitor is installed at the input of the converter to reduce the impact of the current with an intermittent form, then it will be connected directly to the power source. In this case, the allowable parameters of the capacitor must be calculated for large impulse currents that arise from the power source in the presence of voltage surges, which leads to an increase in size and the appearance of power losses.

Іншим недоліком аналога є збільшені втрати потужності у керованих ключах, тому що на стадії накопичення енергії у вхідному дроселі в комутації струму задіяні два послідовно з'єднані ключі (1, Фіг. За).Another disadvantage of the analogue is the increased power loss in the controlled keys, because at the stage of energy accumulation in the input choke in the current commutation, two serially connected keys are involved (1, Fig. 3).

Відомий також ізольований перетворювач постійного струму (2, Фіг. 2Ї), що складається з чотирьох керованих ключів, трансформатора з двома первинними обмотками, які розділені силовим дроселем, і вторинною обмоткою, двох розділових діодів, випрямляча струму вторинної обмотки на діодах та вихідного фільтруючого конденсатора.An isolated DC converter (2, Fig. 2Y) is also known, consisting of four controlled keys, a transformer with two primary windings that are separated by a power choke, and a secondary winding, two isolation diodes, a secondary winding current rectifier on diodes and an output filter capacitor .

Цей пристрій має недоліки, аналогічні розглянутим у аналогу (1), а саме: переривчастий характер струму споживання, який присутній при регулюванні коефіцієнта заповнення імпульсів керованих ключів в умовах зміни рівня напруги живлення; негативний вплив цієї форми струму на роботу джерела живлення; збільшені втрати потужності у керованих ключах, два з яких присутні у ланцюзі струму накопичення енергії у силовому дроселі.This device has disadvantages similar to those considered in analog (1), namely: the intermittent nature of the consumption current, which is present when adjusting the pulse filling factor of the controlled switches under conditions of changing the supply voltage level; the negative impact of this form of current on the operation of the power source; increased power losses in the controlled keys, two of which are present in the energy storage current circuit in the power choke.

Зо Відомий також ізольований перетворювач постійного струму |З, Фіг. 3.1)|, що складається з вхідного силового дроселя, трансформатора з секціонованою первинною обмоткою із середнім виводом та вторинною обмоткою, чотирьох керованих ключів, двох розділових діодів, випрямляча струму вторинної обмотки на діодах та вихідного фільтруючого конденсатора.Z An isolated DC converter |Z is also known, Fig. 3.1)|, consisting of an input power choke, a transformer with a sectioned primary winding with an average terminal and a secondary winding, four controlled switches, two isolation diodes, a secondary winding current rectifier on diodes and an output filter capacitor.

В ньому присутність вхідного дроселя забезпечує безперервність струму споживання і його гладку форму. Але в умовах зміни рівня напруги живлення, коли виконується регулювання коефіцієнта заповнення імпульсів керованих ключів, струм через вторинну обмотку трансформатора та струм на виході випрямляча мають східчасту форму |З, Фіг. 3.2) з підвищеним діючим значенням відносно середнього. Для збереження рівня пульсацій вихідної напруги потрібна збільшена ємність вихідного фільтруючого конденсатора, розрахованого на імпульсні струми. Також до недолікв можна віднести високе значення робочої напруги керованих ключів, яке дорівнює двократного значення максимальної напруги живлення. Це обумовлює підвищені втрати потужності в елементах і знижує ККД.In it, the presence of an input choke ensures the continuity of the consumption current and its smooth shape. But under the conditions of a change in the supply voltage level, when the pulse filling factor of the controlled keys is adjusted, the current through the secondary winding of the transformer and the current at the output of the rectifier have a stepped form |Z, Fig. 3.2) with an increased effective value relative to the average. To maintain the level of output voltage ripples, an increased capacity of the output filtering capacitor designed for impulse currents is required. Also, the disadvantages include the high value of the operating voltage of the controlled keys, which is equal to twice the value of the maximum supply voltage. This leads to increased power losses in the elements and reduces the efficiency.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі за технічною суттю та конструктивними ознаками є ізольований перетворювач |4, Фіг. 4.16).The closest analogue of the useful model in terms of technical essence and design features is the isolated converter |4, Fig. 4.16).

Він містить потенційний і загальний вхідні виводи з фільтруючим конденсатором між ними, силовий дросель з обмоткою, один вивід якої підключений до потенційного вхідного виводу, чотири керованих ключа, трансформатор з первинною із середнім виводом та вторинною обмотками. Два крайні виводи первинної обмотки трансформатора підключені через керовані ключі до загального вхідного виводу, а середній вивід первинної обмотки трансформатора з'єднаний з другим виводом обмотки силового дроселя. Виводи вторинної обмотки трансформатора через випрямляч струму підключені до виводів вихідного фільтруючого конденсатора та до навантаження. Між крайніми виводами первинної обмотки трансформатора підключено два інші послідовно з'єднані керовані ключі. До точки з'єднання керованих ключів одним виводом підключений розділовий діод з провідним напрямком від точки з'єднання, а іншим виводом він підключений до потенційного вхідного виводу.It contains potential and common input terminals with a filter capacitor between them, a power choke with a winding, one terminal of which is connected to the potential input terminal, four controlled switches, a transformer with a primary with a middle terminal and secondary windings. The two extreme terminals of the primary winding of the transformer are connected through controlled switches to the common input terminal, and the middle terminal of the primary winding of the transformer is connected to the second terminal of the power choke winding. The terminals of the secondary winding of the transformer are connected through the rectifier to the terminals of the output filter capacitor and to the load. Two other series-connected controlled switches are connected between the extreme terminals of the primary winding of the transformer. A separation diode is connected to the connection point of the controlled keys by one terminal with the conductive direction from the connection point, and by the other terminal it is connected to the potential input terminal.

У найближчого аналога при регулюванні коефіцієнта заповнення імпульсів керованих ключів для стабілізації рівня вихідної напруги формується безперервний (без пауз) режим протікання струмів: двополярного струму через трансформатор і однополярного струму на виході випрямляча. Гладка форма останнього мінімізує пульсації струму і напруги у вихідному бо фільтруючому конденсаторі.In the closest analogue, when adjusting the pulse filling factor of controlled keys to stabilize the output voltage level, a continuous (without pauses) mode of current flow is formed: bipolar current through the transformer and unipolar current at the output of the rectifier. The smooth shape of the latter minimizes current and voltage ripples in the output filter capacitor.

Однак недоліком найближчого аналога є те, що струм споживання в умовах регулювання має переривчасту форму. Імпульсний струм споживання негативно позначається на роботі джерел з кінцевим значенням внутрішнього опору (генератори, сонячні батареї, водневі паливні елементи). Переривчастий струм має збільшене діюче значення, яке викликає відповідне імпульсне коливання напруги джерела живлення, що приводить до додаткового внутрішнього нагріву джерела і знижує строк його служби.However, the disadvantage of the closest analogue is that the consumption current under regulation conditions has an intermittent form. Impulse current consumption negatively affects the operation of sources with a finite value of internal resistance (generators, solar batteries, hydrogen fuel cells). Intermittent current has an increased effective value, which causes a corresponding impulse fluctuation of the voltage of the power source, which leads to additional internal heating of the source and reduces its service life.

Для зменшення впливу струму споживання з переривчастою формою у схемі найближчого аналога |4, Фіг. 4.16| встановлено між вхідними виводами фільтруючий конденсатор Свх.To reduce the influence of the consumption current with an intermittent form in the scheme of the closest analogue |4, Fig. 4.16| a filter capacitor Svkh is installed between the input terminals.

Допустимі параметри конденсатора повинні бути розраховані на збільшені імпульсні струми, які виникають за рахунок струму споживання переривчастої форми, а також струмів з боку джерела живлення при наявності стрибків напруги. Це приводить до збільшення габариту фільтруючого конденсатора і наявності у ньому додаткових втрат потужності.The allowable parameters of the capacitor must be calculated for increased impulse currents, which arise due to the consumption current of an intermittent form, as well as currents from the power source in the presence of voltage surges. This leads to an increase in the size of the filter capacitor and the presence of additional power losses in it.

Таким чином, серед приведених відомих пристроїв (1-4| відсутній перетворювач з безперервною передачею через нього енергії, де струм споживання і струм до навантаження мають гладку форму (з невеликими пульсаціями).Thus, among the given known devices (1-4|) there is no converter with continuous energy transfer through it, where the consumption current and the current to the load have a smooth shape (with small pulsations).

Основною задачею корисної моделі є отримання у діапазоні регулювання перетворювача безперервної гладкої форми струму споживання при збереженні безперервної передачі енергії через трансформатор і безперервної гладкої форми струму до навантаження.The main task of a useful model is to obtain a continuous smooth shape of the consumption current in the range of adjustment of the converter while maintaining a continuous transfer of energy through the transformer and a continuous smooth shape of the current to the load.

Додатковою задачею є зменшення кількості магнітних елементів у перетворювачі та поліпшення масо-габаритних показників пристрою.An additional task is to reduce the number of magnetic elements in the converter and improve the weight and dimensions of the device.

Поставлені задачі досягаються тим, що перетворювач містить потенційний і загальний вхідні виводи, силовий дросель з основною обмоткою, перший вивід якої підключений до потенційного вхідного виводу, два основних та два допоміжних керованих ключа, розділовий діод і трансформатор, з первинною із середнім виводом та вторинною обмотками. Кожний з двох крайніх виводів первинної обмотки трансформатора підключений через основний керований ключ до загального вхідного виводу, а середній вивід первинної обмотки трансформатора з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя. Виводи вторинної обмотки трансформатора через випрямляч струму підключені до виводів вихідного фільтруючого конденсатора та двох вихідних виводів. При цьому між крайніми виводами первинної обмотки трансформатора підключено два послідовно з'єднані допоміжні керовані ключі, до точки з'єднання яких одним виводом підключений розділовий діод з провідним напрямком від точки з'єднання.The tasks are achieved by the fact that the converter contains potential and common input terminals, a power choke with a primary winding, the first terminal of which is connected to the potential input terminal, two main and two auxiliary controlled switches, an isolation diode and a transformer, with a primary with a middle terminal and secondary windings . Each of the two extreme terminals of the primary winding of the transformer is connected through the main controlled switch to the common input terminal, and the middle terminal of the primary winding of the transformer is connected to the second terminal of the main winding of the power choke. The terminals of the secondary winding of the transformer are connected through the rectifier to the terminals of the output filter capacitor and the two output terminals. At the same time, two serially connected auxiliary controlled keys are connected between the extreme terminals of the primary winding of the transformer, to the connection point of which a separation diode is connected to one terminal with the conductive direction from the connection point.

Згідно з корисною моделлю, у перетворювач введені додатковий конденсатор і додатковий дросель, обмотка якого послідовно з'єднана з додатковим конденсатором, причому вільний вивід додаткового конденсатора підключений до загального вхідного виводу, вільний вивід обмотки додаткового дроселя з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя, а точка з'єднання виводів додаткового конденсатора і обмотки додаткового дроселя підключена до вільного виводу розділового діода.According to a useful model, an additional capacitor and an additional choke are introduced into the converter, the winding of which is connected in series with the additional capacitor, and the free terminal of the additional capacitor is connected to the common input terminal, the free terminal of the winding of the additional choke is connected to the second terminal of the main winding of the power choke , and the connection point of the terminals of the additional capacitor and the winding of the additional choke is connected to the free terminal of the isolation diode.

Крім цього, у перетворювачі, згідно з корисною моделлю, в силовий дросель введена друга додаткова обмотка, яка підключена відповідно до підключення виводів обмотки додаткового дроселя і пов'язана магнітно з основною обмоткою, причому до точки з'єднання виводів другої додаткової обмотки і основної обмотки підключені їх однойменні виводи.In addition, in the converter, according to the useful model, a second additional winding is introduced into the power choke, which is connected according to the connection of the winding terminals of the additional choke and is magnetically connected to the main winding, and to the point of connection of the terminals of the second additional winding and the main winding their outputs of the same name are connected.

Досягнення нового технічного результату в перетворювачі полягає в наступному: зниження пульсацій струму споживання при регулюванні перетворювача завдяки безперервній гладкій формі цього струму; збереження при регулюванні безперервної передачі енергії через трансформатор і безперервної гладкої форми струму на виході випрямляча та до навантаження; зменшення ємності або усунення вхідного фільтруючого конденсатора і втрат потужності в ньому від дії імпульсних струмів комутації і струмів, котрі виникають з боку джерела живлення. покращення масо-габаритних показників пристрою шляхом створення одного дроселя з двома магнітно зв'язаними обмотками.The achievement of a new technical result in the converter is as follows: reduction of consumption current pulsations when adjusting the converter due to the continuous smooth form of this current; preservation during regulation of continuous transfer of energy through the transformer and continuous smooth current form at the output of the rectifier and to the load; reducing the capacity or eliminating the input filtering capacitor and power losses in it due to the action of impulse switching currents and currents arising from the power source. improving the weight and dimensions of the device by creating one choke with two magnetically connected windings.

Необхідною та достатньою для досягнення нового технічного результату, є основна сукупність суттєвих ознак, яка запропонована в формулі корисної моделі, а саме: введення послідовно з'єднаних додаткового конденсатора і обмотки додаткового дроселя; підключення вільного виводу додаткового конденсатора до загального вхідного виводу і вільного виводу обмотки додаткового дроселя до другого виводу основної обмотки силового дроселя; підключення точки з'єднання виводів додаткового конденсатора і обмотки додаткового дроселя до вільного виводу розділового діода.Necessary and sufficient for achieving a new technical result is the basic set of essential features proposed in the formula of the useful model, namely: the introduction of a series-connected additional capacitor and the winding of an additional choke; connecting the free terminal of the additional capacitor to the common input terminal and the free terminal of the winding of the additional choke to the second terminal of the main winding of the power choke; connecting the connection point of the terminals of the additional capacitor and the winding of the additional choke to the free terminal of the separation diode.

Додатковою сукупністю суттєвих ознак є введення в силовий дросель другої додаткової 60 обмотки, яка підключена відповідно до підключення виводів обмотки додаткового дроселя і має магнітний зв'язок з основною обмоткою, а також підключення однойменних (синфазних) виводів другої додаткової обмотки і основної обмотки до точки їх з'єднання.An additional set of essential features is the introduction of the second additional 60 winding into the power choke, which is connected in accordance with the connection of the winding terminals of the additional choke and has a magnetic connection with the main winding, as well as the connection of the identical (in-phase) terminals of the second additional winding and the main winding to their point connection

Перетворювач (Фіг. 1) складається з потенційного 1 і загального 2 вхідних виводів, силового дроселя з основною обмоткою 3, перший вивід якої підключений до потенційного вхідного виводу 1, двох основних 4, 5 та двох допоміжних 6, 7 керованих ключів, трансформатора 8 з первинною із середнім виводом обмоткою 9 (9.1, 9.2 (Фіг. За, З30)) та вторинною обмоткою 10, випрямляча струму 11 вторинної обмотки 10, вихідного фільтруючого конденсатора 12, двох вихідних виводів 13, 14 і розділового діода 15.The converter (Fig. 1) consists of a potential 1 and common 2 input terminals, a power choke with a primary winding 3, the first terminal of which is connected to a potential input terminal 1, two main 4, 5 and two auxiliary 6, 7 controlled switches, a transformer 8 with primary winding 9 (9.1, 9.2 (Fig. Za, C30)) and secondary winding 10, current rectifier 11 of secondary winding 10, output filter capacitor 12, two output terminals 13, 14 and separation diode 15.

Крайні виводи первинної обмотки 9 трансформатора 8 підключені через відповідні основні керовані ключі 4, 5 до загального вхідного виводу 2. Середній вивід первинної обмотки 9 трансформатора 8 з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя 3. Виводи вторинної обмотки 10 трансформатора 8 підключені через випрямляч струму 11 до виводів вихідного фільтруючого конденсатора 12 та двох вихідних виводів 13, 14.The extreme terminals of the primary winding 9 of the transformer 8 are connected through the corresponding main controlled keys 4, 5 to the common input terminal 2. The middle terminal of the primary winding 9 of the transformer 8 is connected to the second terminal of the main winding of the power choke 3. The terminals of the secondary winding 10 of the transformer 8 are connected through a rectifier current 11 to the terminals of the output filter capacitor 12 and two output terminals 13, 14.

Між крайніми виводами первинної обмотки 9 трансформатора 8 підключено два послідовно з'єднані допоміжні керовані ключі 6, 7. До точки з'єднання керованих ключів 6, 7 одним виводом підключений розділовий діод 15 з провідним напрямком від точки з'єднання.Between the extreme terminals of the primary winding 9 of the transformer 8, two serially connected auxiliary controlled keys 6, 7 are connected. To the connection point of the controlled keys 6, 7, a separation diode 15 is connected by one terminal with the conductive direction from the connection point.

До перетворювача введено додатковий конденсатор 16 і додатковий дросель 17, обмотка якого послідовно з'єднана з додатковим конденсатором.An additional capacitor 16 and an additional choke 17 are introduced into the converter, the winding of which is connected in series with the additional capacitor.

Вільний вивід додаткового конденсатора 16 підключений до загального вхідного виводу 2, а вільний вивід обмотки додаткового дроселя 17 з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя 3. Точка з'єднання виводів додаткового конденсатора 16 і обмотки додаткового дроселя 17 підключена до другого виводу розділового діода 15.The free terminal of the additional capacitor 16 is connected to the common input terminal 2, and the free terminal of the winding of the additional choke 17 is connected to the second terminal of the main winding of the power choke 3. The connection point of the terminals of the additional capacitor 16 and the winding of the additional choke 17 is connected to the second terminal of the isolation diode 15.

У модифікованому виконанні перетворювача (Фіг. 2) в силовий дросель з основною обмоткою З введена друга додаткова обмотка 18. Вона підключена відповідно до підключення виводів обмотки додаткового дроселя 17 і пов'язана магнітно з основною обмоткою 3, причому до точки з'єднання виводів другої додаткової обмотки 18 і основної обмотки 3 підключені однойменні (тобто синфазні) виводи.In the modified version of the converter (Fig. 2), a second additional winding 18 is introduced into the power choke with the main winding C. It is connected according to the connection of the winding terminals of the additional choke 17 and is magnetically connected to the main winding 3, and to the point of connection of the terminals of the second additional winding 18 and main winding 3 are connected to the terminals of the same name (that is, in-phase).

Корисна модель пояснюється графічними зображеннями, де: на Фіг. 1. зображена схема пристрою;A useful model is explained graphically, where: in Fig. 1. the diagram of the device is shown;

Зо на Фіг. 2 зображена схема запропонованого пристрою з одним силовим дроселем, який містить дві обмотки; на Фіг. З зображені спрощені схеми двох стадій комутаційного процесу перетворювача:From in Fig. 2 shows the scheme of the proposed device with one power choke, which contains two windings; in Fig. Simplified diagrams of two stages of the switching process of the converter are shown:

Фіг. За - схема на інтервалі накопичення енергії у силовому і додатковому дроселях;Fig. Za - scheme on the interval of energy accumulation in the power and additional throttles;

Фіг. ЗЬ - схема на інтервалі виводу енергії з силового і додаткового дроселів;Fig. 3b - scheme on the interval of energy output from the power and additional throttles;

На Фіг. 4 зображені часові діаграми, що пояснюють принцип роботи схеми пристрою:In Fig. 4 shows timing diagrams explaining the principle of operation of the device circuit:

Фіг. 4а, 5 - сигнали на керуючих входах основних керованих ключів 4, 5;Fig. 4a, 5 - signals at the control inputs of the main controlled keys 4, 5;

Фіг. 4с, а - сигнали на керуючих входах допоміжних керованих ключів 6, 7;Fig. 4c, a - signals on the control inputs of auxiliary controlled keys 6, 7;

Фіг. 4е - струм у основній обмотці силового дроселя 3;Fig. 4e - current in the main winding of power choke 3;

Фіг. 4ї - струм у обмотці додаткового дроселя 17;Fig. 4th - current in the winding of the additional choke 17;

Фіг. 44 - напруга на обмотках силового дроселя З і додаткового дроселя 17;Fig. 44 - voltage on the windings of power throttle Z and additional throttle 17;

Фіг. 4п - струми через основний 4 і допоміжний 6 керовані ключі та первинну обмотку 9 трансформатора 8 на першому півперіоді комутації;Fig. 4n - currents through the main 4 and auxiliary 6 controlled switches and the primary winding 9 of the transformer 8 on the first half-cycle of switching;

Фіг. 4і - струми через основний 5 і допоміжний 7 керовані ключі та первинну обмотку 9 трансформатора 8 на другому півперіоді комутації;Fig. 4i - currents through the main 5 and auxiliary 7 controlled switches and the primary winding 9 of the transformer 8 on the second half-cycle of switching;

Фіг. 4| - струм через розділовий діод 15;Fig. 4| - current through the separation diode 15;

Фіг. 4К - струм у вторинній обмотці 10 трансформатора 8;Fig. 4K - current in the secondary winding 10 of transformer 8;

Фіг. 4! - вихідний струм випрямляча струму 11.Fig. 4! - the output current of the rectifier 11.

Робота перетворювача (фіг. 1) на інтервалах комутації керованих ключів ілюструється за допомогою окремих спрощених схем на Фіг. За, Фіг. ЗБОЮ, де керовані ключі і діоди з провідним станом представлені перемичками, а непровідні елементи виключені повністю.The operation of the converter (Fig. 1) on the switching intervals of the controlled keys is illustrated with the help of separate simplified diagrams in Fig. For, Fig. FAILURE, where controlled keys and diodes with a conductive state are represented by jumpers, and non-conductive elements are completely excluded.

На схемах приведені напрямки струмів (суцільні стрілки) через вхідні 1, 2 і вихідні 13, 14 виводи. Контури струмів, які протікають через керовані ключі, в обмотках дроселів та трансформатора і додатковому конденсаторі, котрі обумовлені накопиченням/виводом енергії у силовому дроселі показані у вигляді штрихових стрілок, а у додатковому дроселі - у вигляді штрих-пунктирних стрілок. Полярність напруги на обмотках дроселів і трансформатора показана у вигляді символів (5) (-).The diagrams show the directions of the currents (solid arrows) through input 1, 2 and output 13, 14 terminals. The contours of the currents that flow through the controlled keys, in the windings of the chokes and the transformer and the additional capacitor, which are due to the accumulation/output of energy in the power choke, are shown in the form of dashed arrows, and in the additional choke - in the form of dashed-dotted arrows. The polarity of the voltage on the windings of chokes and transformer is shown in the form of symbols (5) (-).

Керуючі сигнали комутації ключів, а також форми напруг і струмів в елементах схеми протягом періоду Т приведені на часових діаграмах (Фіг. 4). Тривалість включеного стану оп основних керованих ключів 4, 5, яка є регульованою, представлена на часових діаграмах через 60 відносний коефіцієнт заповнення імпульсів струму О-2іоп/Її у вигляді О0Т/2. Тривалість включеного стану допоміжних керованих ключів 6, 7 фіксована і дорівнює тривалості половини періоду 1/2.The control signals of the switching of the keys, as well as the forms of voltages and currents in the elements of the circuit during the period T are shown on the time diagrams (Fig. 4). The duration of the ON state of the main controlled switches 4, 5, which is adjustable, is represented on the time diagrams by the 60 relative filling factor of the current pulses О-2иоп/Еии in the form of О0Т/2. The duration of the enabled state of the auxiliary controlled keys 6, 7 is fixed and is equal to the duration of half the period 1/2.

Процеси у перетворювачі (Фіг. 1) на першому іюо-ї2 і другому 2-ї« півперіодах комутації (Фіг. 4) мають аналогічний характер. Тому роботу перетворювача (Ффіг.1) розглянемо на інтервалі тільки одного першого півперіоду комутації ію-ї2, де керуючі сигнали 54, Зв послідовно формують процес включення основного і допоміжного ключів 4, 6 (Фіг. 4а, Фіг. 4с).The processes in the converter (Fig. 1) on the first half-cycle of switching (Fig. 4) are of a similar nature. Therefore, we will consider the operation of the converter (Fig. 1) on the interval of only one first half-cycle of the iyu-i2 switching, where the control signals 54, Zv sequentially form the process of turning on the main and auxiliary keys 4, 6 (Fig. 4a, Fig. 4c).

При першій стадії комутації на інтервалі ю-ї- (Фіг. За) включений основний ключ 4 (Фіг. 4а).At the first stage of switching, the main key 4 (Fig. 4a) is turned on at the interval y-y- (Fig. 3a).

Через допоміжний ключ 6, незважаючи на провідний стан (Фіг. 4с), струм не протікає, тому що у підключених до нього розділовому діоді 15 і допоміжному ключі 7 відсутні провідні стани. Для струму споживання, який визначається струмом їз силового дроселя 3, складається послідовний ланцюг (Фіг. За, штрихові стрілки) з елементів: потенційний вхідний вивід 1, основна обмотка силового дроселя 3, первинна обмотка 9.1 трансформатора 8, ключ 4 у провідному стану, загальний вхідний вивід 2. При цьому наростаючим струмом Ііз (Фіг. 4є) у індуктивності силового дроселя З відбувається накопичення енергії. Одночасно іде передача цього струму в складі струму ко (Фіг. 4Н, суцільні лінії) з первинної обмотки 9.1 трансформатора 8 до вторинної обмотки 10 із струмом Іо (Фіг. 4К) і далі через випрямляч струму 11 (фіг. 4І) до вихідних виводів 13, 14.Through the auxiliary key 6, despite the conductive state (Fig. 4c), the current does not flow, because the separation diode 15 and the auxiliary key 7 connected to it do not have conductive states. For the consumption current, which is determined by the output current of the power choke 3, a series circuit (Fig. 2, dashed arrows) consists of elements: potential input terminal 1, the main winding of the power choke 3, the primary winding 9.1 of the transformer 8, the key 4 in the conductive state, the common input output 2. At the same time, the increasing current Iiz (Fig. 4e) in the inductance of the power choke Z accumulates energy. At the same time, this current is transferred as part of the current ko (Fig. 4H, solid lines) from the primary winding 9.1 of the transformer 8 to the secondary winding 10 with the current Io (Fig. 4K) and further through the current rectifier 11 (Fig. 4I) to the output terminals 13 , 14.

На цій стадії комутації присутній також струм Іії7 додаткового дроселя 17, джерелом живлення якого є напруга на раніше зарядженому додатковому конденсаторі 16. Для цього струму складається послідовний ланцюг (Фіг. За, штрих-пунктирні стрілки) з елементів: позитивний вивід додаткового конденсатора 16, обмотка додаткового дроселя 17, первинна обмотка 9.1 трансформатора 8, ключ б у провідному стану, негативний вивід додаткового конденсатора 16. Наростаючим струмом 117 (Фіг. 4)) у індуктивності додаткового дроселя 17 відбувається накопичення енергії. Одночасно іде передача струму з первинної обмотки 9.1 (Фіг. 4Н, суцільні лінії) трансформатора 8 до вторинної обмотки 10 (Фіг.4К) і далі через випрямляч струму 11 (Фіг. 4І) до вихідних виводів 13, 14.At this switching stage, there is also a current Iiii7 of the additional choke 17, the power source of which is the voltage on the previously charged additional capacitor 16. For this current, a series circuit (Fig. 2a, dashed-dotted arrows) consists of elements: the positive output of the additional capacitor 16, the winding of the additional choke 17, the primary winding 9.1 of the transformer 8, the key b in the conductive state, the negative output of the additional capacitor 16. The increasing current 117 (Fig. 4)) in the inductance of the additional choke 17 causes energy accumulation. At the same time, the current is transmitted from the primary winding 9.1 (Fig. 4H, solid lines) of the transformer 8 to the secondary winding 10 (Fig. 4K) and further through the current rectifier 11 (Fig. 4I) to the output terminals 13, 14.

При другій стадії комутації на інтервалі ї-ї2 (Фіг. 30), коли відключається основний ключ 4 (Фіг. 44) і залишається включений один допоміжний ключ 6 (Фіг. 4с), змінюється полярність напруги на обмотці силового дроселя З (Фіг. 49). Струм споживання зберігає свій напрямок, алеAt the second stage of commutation at the y-y2 interval (Fig. 30), when the main key 4 (Fig. 44) is turned off and one auxiliary key 6 (Fig. 4c) remains on, the polarity of the voltage on the winding of the power choke Z changes (Fig. 49 ). The flow of consumption maintains its direction, but

Зо змінюється контур його протікання (Фіг. 30, штрихові стрілки) і склад послідовного ланцюга з елементів: потенційний вхідний вивід 1, основна обмотка силового дроселя 3, первинна обмотка 9.1 трансформатора 8, ключ б і розділовий діод 15 (обидва у провідному стані), додатковий конденсатор 16, загальний вхідний вивід 2. При цьому спадаючим струмом Із в індуктивності силового дроселя 3 (фіг.4є) відбувається виведення енергії. Одночасно іде передача струму з первинної обмотки 9.1 (Фіг. 4Н, суцільні лінії) трансформатора 8 до вторинної обмотки 10 (Фіг. 4К) і далі через випрямляч струму 11 (Фіг. 4Ї) до вихідних виводів 13, 14.The contour of its flow changes (Fig. 30, dashed arrows) and the composition of a series chain of elements: potential input output 1, main winding of power choke 3, primary winding 9.1 of transformer 8, key b and separation diode 15 (both in the conducting state), additional capacitor 16, common input output 2. At the same time, energy is extracted by the falling current Iz in the inductance of the power choke 3 (Fig. 4e). At the same time, the current is transmitted from the primary winding 9.1 (Fig. 4H, solid lines) of the transformer 8 to the secondary winding 10 (Fig. 4K) and further through the current rectifier 11 (Fig. 4Y) to the output terminals 13, 14.

На цій стадії комутації також змінюється полярність напруги на обмотці додаткового дроселя 17 (Фіг. 49), який тепер стає джерелом струму. Струм 117 зберігає свій напрямок, але змінюється контур його протікання (Фіг. ЗБ, штрих-пунктирні стрілки) і склад послідовного ланцюга з елементів: позитивний вивід обмотки додаткового дроселя 17, первинна обмотка 9.1 трансформатора 8, ключ 6 і діод 15 у провідному стані, негативний вивід обмотки додаткового дроселя 17. При цьому спадаючим струмом 1/7 в індуктивності додаткового дроселя 17 (Фіг. 48) відбувається виведення енергії. Одночасно іде передача струму з первинної обмотки 9.1 (Фіг. 4Н, суцільні лінії) трансформатора 8 до вторинної обмотки 10 (Фіг. 4К) і далі через випрямляч струму 11 (Фіг. 4) до вихідних виводів 13, 14.At this switching stage, the polarity of the voltage on the winding of the additional choke 17 (Fig. 49) also changes, which now becomes a current source. The current 117 keeps its direction, but the contour of its flow changes (Fig. 3B, dash-dotted arrows) and the composition of a series chain of elements: the positive output of the winding of the additional choke 17, the primary winding 9.1 of the transformer 8, the key 6 and the diode 15 in the conducting state, the negative output of the winding of the additional choke 17. At the same time, energy is removed by the falling current of 1/7 in the inductance of the additional choke 17 (Fig. 48). At the same time, the current is transferred from the primary winding 9.1 (Fig. 4H, solid lines) of the transformer 8 to the secondary winding 10 (Fig. 4K) and further through the current rectifier 11 (Fig. 4) to the output terminals 13, 14.

Таким чином, на обох стадіях комутації струми Іза, через ключ 4 (Фіг. 4Н, штрихові лінії) і Їє через ключ 6 (Фіг. 4п, пунктирні ліні), а також струм через первинну обмотку 9.1 (Фіг. 4п, суцільні лінії) трансформатора 8 складають підсумовані два струми (Іїз--Ї17) силового дроселя З і додаткового дроселя 17. Аналогічну форму і підсумований склад мають струми І5, Іс? через ключі 5, 7 (Фіг. 4ї) на інтервалі другого півперіоду. Підсумований склад також має струм Ірі5 через розділовий діод 15 (Фіг. 41).Thus, at both switching stages, the currents Iza through key 4 (Fig. 4H, dashed lines) and Ie through key 6 (Fig. 4p, dashed lines), as well as the current through the primary winding 9.1 (Fig. 4p, solid lines) transformer 8 consists of the summed two currents (Iiz--Yi17) of the power choke Z and the additional choke 17. Currents I5, Is? have a similar shape and summed composition. through keys 5, 7 (Fig. 4th) at the interval of the second half-cycle. The summed composition also has a current Iri5 through the separation diode 15 (Fig. 41).

Рівняння вольт-секундного балансу в обмотках силового дроселя З і додаткового дроселя 17 Тетеря шшя Щя (Фіг. се відповідно: --- | - - | -- сів -Е . ---- п 2 п 2 0)The equation of the volt-second balance in the windings of the power choke Z and the additional choke 17 Teterya shshya Shchya (Fig. se, respectively: --- | - - | -- siv -E . ---- p 2 p 2 0)

Об) 0. ЦО р.т (се п унеши но (г) де: Е - напруга на вхідних виводах 1, 2 перетворювача;Ob) 0. TSO r.t (se p uneshy no (g) where: E - voltage at the input terminals 1, 2 of the converter;

Шо - напруга на вихідних виводах 13, 14 перетворювача;Sho - voltage at output terminals 13, 14 of the converter;

ств - напруга на додатковому конденсаторі 16; п - коефіцієнт передачі напруги між обмотками у трансформаторі 8.stv - voltage on additional capacitor 16; n is the voltage transfer coefficient between the windings in the transformer 8.

Вирази складових напруг у лівих частинах рівнянь (1), (2) відповідають стадії накопичення, а у правих частинах - стадії виводу енергії у дроселях.The expressions of the component voltages in the left parts of equations (1), (2) correspond to the stage of accumulation, and in the right parts to the stage of energy output in chokes.

Після рішення системи рівнянь (1), (2) отримаємо вирази для вихідної напруги перетворювача і напруги на додатковому конденсаторі 16:After solving the system of equations (1), (2), we obtain the expressions for the output voltage of the converter and the voltage on the additional capacitor 16:

ОБ дод у конд рOB add in cond r

Осів ЗЕ (4).Osiv ZE (4).

Перетворювач має модифіковане виконання (Фіг. 2). В ньому для зменшення кількості магнітних елементів функція накопичування енергії у додатковому дроселі 17 перенесена до силового дроселя З шляхом розміщення на його осерді другої додаткової обмотки 18. За рахунок цього виникає магнітний зв'язок між другою додатковою 18 і основною З обмотками.The converter has a modified version (Fig. 2). In it, in order to reduce the number of magnetic elements, the function of energy storage in the additional choke 17 is transferred to the power choke Z by placing the second additional winding 18 on its core. Due to this, a magnetic connection occurs between the second additional 18 and the main Z windings.

Таке розміщення стало можливим тому, що у виразах (1), (2) складові напруг їі знаки потенціалів виводів на основної обмотці силового дроселя З і обмотці додаткового дроселя 17 співпадають як на етапі накопичення енергії, так і на етапі її виводу. Це стає очевидним, якщо підставити рівність (4) до виразів (1), (2).This placement became possible because in expressions (1), (2) the components of the voltages and the signs of the output potentials on the main winding of the power choke Z and the winding of the additional choke 17 coincide both at the stage of energy accumulation and at the stage of its output. This becomes obvious if equality (4) is substituted for expressions (1), (2).

Для мінімізації пульсації струму споживання перетворювача і струму до навантаження необхідна рівність або наближеність кількості витків у основній З і додатковій 18 обмотках дроселя, а також з'єднання цих обмоток однойменно означеними (тобто синфазними) виводами.To minimize the pulsation of the current consumption of the converter and the current to the load, the equality or approximation of the number of turns in the main Z and additional 18 windings of the choke is necessary, as well as the connection of these windings with the same-named (i.e. common-phase) outputs.

Експериментальний зразок перетворювача постійного струму по схемі (Фіг. 2) було виготовлено на Науково-виробничому підприємстві "Імпульс" (м. Запоріжжя). У перетворювачі використані силовий дросель з двома обмотками на осерді М5250060 (МІСВОМЕТАЇ 5) і трансформатор на осерді ЕбЄ5/32/27 (ЕРСОБ5). Проведено випробування зразка потужністюAn experimental sample of the DC converter according to the scheme (Fig. 2) was manufactured at the Research and Production Enterprise "Impuls" (Zaporizhia). The power choke with two windings on the M5250060 core (MISVOMETAI 5) and the transformer on the EbE5/32/27 core (ЕРСОБ5) are used in the converter. A power test of the sample was carried out

Ро-1800Вт із перетворенням вхідної постійної напруги Е-80-1608 у вихідну Оо-24В. Результати вимірів підтвердили працездатність пристрою і можливість досягання у ньому покращених показників за рахунок отримання у діапазоні регулювання перетворювача безперервної гладкої форми струму споживання і струму до навантаження.Ro-1800W with conversion of input constant voltage E-80-1608 into output Oo-24V. The results of the measurements confirmed the performance of the device and the possibility of achieving improved performance in it due to obtaining a continuous smooth form of the consumption current and the current to the load in the adjustment range of the converter.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ:SOURCES:

Зо 1. Н.А. Нідисні, ГР. Ттибеїї. ВЕС АТЕО ЕЕГ АСТВІС РОМЕН СІВСШОІТ АВВАМОСЕМЕМТ //From 1. N.A. Nidisni, GR. Ttibeii. VES ATEO EEG ASTVIS ROMEN SIVSSHOIT AVVAMOSEMEMT //

И.5. Раїепі 4025863, Мау. 24, 1977. 2. Мак В. Месії. СОВВЕМТ ГЕО РОБН РОЇ РОМЕВ СОММУЕВТЕН // 0.5. Раїепі 4980813,I.5. Raiepi 4025863, Mau. 24, 1977. 2. Mak V. Messiah. SOVVEMT GEO ROBN ROI ROMEV SOMMUEVTEN // 0.5. Raiepi 4980813,

Оес. 25, 1990. 3. Глебов Б.А. Магнитно-транзисторнье преобразователи напряжения для питания РОЗА. -Oes. 25, 1990. 3. Glebov B.A. Magnetic-transistor voltage converters for powering ROZA. -

М.: Радио и связь, 1981. - С. 96 (с. 38, рис. 3.1). 4. Моин В.С. Стабилизированнье транзисторнье преобразователи. - М.: Знергоатомиздат, 1986. - С. 376 (с. 151, Рис. 4.16г).M.: Radio and communication, 1981. - p. 96 (p. 38, fig. 3.1). 4. Moyn V.S. Stabilizing transistor converters. - M.: Znergoatomizdat, 1986. - P. 376 (p. 151, Fig. 4.16g).

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA 1. Перетворювач ізольований постійного струму, що містить потенційний і загальний вхідні виводи, силовий дросель з основною обмоткою, перший вивід якої підключений до потенційного вхідного виводу, два основні та два допоміжні керовані ключі, розділовий діод і трансформатор, з первинною із середнім виводом та вторинною обмотками, кожний з двох крайніх виводів 45 первинної обмотки трансформатора підключений через основний керований ключ до загального вхідного виводу, середній вивід первинної обмотки трансформатора з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя, а виводи вторинної обмотки трансформатора через випрямляч струму підключені до виводів вихідного фільтруючого конденсатора та двох вихідних виводів, при цьому між крайніми виводами первинної обмотки трансформатора 50 підключено два послідовно з'єднані допоміжні керовані ключі, до точки з'єднання яких одним виводом підключений розділовий діод з провідним напрямком від точки з'єднання, який відрізняється тим, що введені додатковий конденсатор і додатковий дросель, обмотка якого послідовно з'єднана з додатковим конденсатором, причому вільний вивід додаткового конденсатора підключений до загального вхідного виводу, вільний вивід обмотки додаткового 55 дроселя з'єднаний з другим виводом основної обмотки силового дроселя, а точка з'єднання виводів додаткового конденсатора і обмотки додаткового дроселя підключена до вільного виводу розділового діода.1. An isolated DC converter containing potential and common input terminals, a power choke with a primary winding, the first terminal of which is connected to the potential input terminal, two main and two auxiliary controlled switches, an isolation diode and a transformer, with a primary with a middle terminal and a secondary windings, each of the two extreme terminals 45 of the primary winding of the transformer is connected through the main controlled switch to the common input terminal, the middle terminal of the primary winding of the transformer is connected to the second terminal of the main winding of the power choke, and the terminals of the secondary winding of the transformer through the current rectifier are connected to the terminals of the output filtering capacitor and two output terminals, while between the extreme terminals of the primary winding of the transformer 50, two series-connected auxiliary controlled keys are connected, to the connection point of which a separation diode with a conducting direction from the connection point is connected to one terminal, which differs in that introduced and an additional capacitor and an additional choke, the winding of which is connected in series with the additional capacitor, and the free terminal of the additional capacitor is connected to the common input terminal, the free terminal of the winding of the additional 55 choke is connected to the second terminal of the main winding of the power choke, and the connection point of the terminals of the additional capacitor and the winding of the additional choke is connected to the free terminal of the separation diode. 2. Перетворювач за п. 1, який відрізняється тим, що в силовий дросель введена друга додаткова обмотка, яка підключена відповідно до підключення виводів обмотки додаткового 60 дроселя і пов'язана магнітно з основною обмоткою, причому до точки з'єднання виводів другої2. The converter according to claim 1, which differs in that a second additional winding is introduced into the power choke, which is connected in accordance with the connection of the winding terminals of the additional 60 choke and is magnetically connected to the main winding, and to the point of connection of the terminals of the second