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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2278459

HOCHFREQUENZ quasiresonanten Spannungswandler

HOCHFREQUENZ quasiresonanten Spannungswandler

Name des Erfinders: Goryashin Nikolay (RU); Mikhail Lukyanenko (RU); Bazilevsky Alexander B.
Der Name des Patentinhabers: Nikolai Goryashin (RU); Mikhail Lukyanenko (RU); Bazilevsky Alexander B.
Adresse für die Korrespondenz :. 660.014, Krasnoyarsk, Krasnoyarsk, usw. Arbeiter, 48, kv.11, A.B.Bazilevskomu
Startdatum des Patents: 2004.12.08

Diese Erfindung bezieht sich auf Wandler Ausrüstung und kann in autonomen Stromanlagen, insbesondere in der sekundären Energiequelle zum Ausgeben eines transformator verwendet werden. Der Spannungswandler umfasst ein Schlüsselelement in der Kette von in Reihe gekoppelten Resonanzinduktor, von dem ein Anschluß mit dem Ausgang des Schlüsselelement verbunden ist und das andere - auf der Potentialplatte des Schwingkreiskondensators mit der Kathode der Umkehr regenerative Diode und Ausgangsspule Ausgangsfilterdrossel verbunden ist, das andere Ende davon ist mit das Potential des Ausgangsfilterkondensator auskleiden, und eine regenerative Diode Anode und die andere Kondensatorplatte des Resonanzkreises und dem Filterausgang werden kombiniert und an einen gemeinsamen Bus-Wandler verbunden ist. Eingangsspannungswandler an die Primärstromquelle (PIA) und der Ausgang - mit dem Lastwiderstand (RL). Das neue Gerät ist, dass das Schlüsselelement in Form von zwei anti-seriell geschalteten Leistungs-MOSFETs, so dass ihre Ursprünge der gemeinsame Punkt sind, und ein Steuersignal wird zwischen dem gemeinsamen Punkt und miteinander verbundene Gates angelegt. EFFEKT: Steigerung der Effizienz und Leistungsdichte.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Wandler Ausrüstung und kann in autonomen Stromversorgungssystemen, insbesondere in der Sekundärenergiequelle zur Ausgabe eines transformator verwendet werden.

Bekannte Vorrichtungen ähnlichen Zweck - Spannungswandler (CD) mit der rechteckigen Form der Spannung und Strom [VP Dyakonov, AA Maksimchuk et al. Encyclopedia of FET-Geräte. M:. SOLON - R. 2002. s.512, Switched-Mode Power Supply Design Manual Veribest, inc .. Die EDA-Systems Company] auf die Mängel, die umfassen sollte: die Unfähigkeit, die Energieleistung ohne eine Erhöhung der Leistung von Schlüsselelementen (FE) zu verbessern, um den Spannungsabfall in der EG in den offenen Zustand zu reduzieren. Dieser Trend verstärkt die Wirkung von parasitären reaktiven Komponenten der realen Schaltung, das heißt, mit steigender Änderungsrate der Spannung am Kollektor (Drain) erhöht die Amplitude des FE-Signals auf den höheren Harmonischen, die Frequenzen, die durch die parasitären Elemente der Schaltung, gebildet mit den Eigenfrequenzen der Resonanzschaltungen zusammenfallen, was zu einer Erhöhung führt in Hochfrequenzrauschen überlagert auf der Ausgangsspannung des Wandlers kann.

Aus dem Stand der Technik am nächsten in seiner technischen Wesen der beanspruchten ist quasiresonance Mo [RWErickson Fundamentals of Power Electronics First Edition New York: Chapman and Hall, im Mai 1997. 791 Seiten, 929 Abbildungen Linie.] Und für den Prototyp angenommen. Diese PN enthält CE, implementiert auf einem Kraftfeldeffekttransistor in Reihe zwischen der Hauptleistungsquelle (PIA) und der Kette verbunden konsistent enthalten ist: Durchlauf-Diode, der Resonanzkreis (RK) enthält, Lp die Induktivität der Resonanzspule, eines der Ergebnisse mit der Kathode verbunden ist Durchgang der Diode, und der andere Anschluß an einen Resonanzkondensator Cp, die eine Umkehr parallel regenerative Diode enthalten ist, ist die Kathode mit dem Ausgangs LfSf Filter verbunden.

Der Hauptnachteil des Prototyps ist die Anwesenheit in der Kette von Dioden TBE Durchgang und damit eine Zunahme der Energieverluste und die Begrenzung der Schaltfrequenz. Verfügbarkeits Passage Diode basiert auf der Tatsache, dass es umgekehrter Strom durch die Körperdiode des Leistungs-MOSFET verhindert, die durch die fortschreitende Resonanz verursacht werden können. Dies verhindert, dass die Rückkehr der Energie in dem Resonanzkreis zurück zu dem PIA gespeichert. Der gemeinsame Nachteil der leistungsfähigen Hochgeschwindigkeitsdiode relativ groß Umkehrerholungszeit, während der es als Kondensator arbeitet, und eine direkte und wesentliche Spannungsabfall linear abhängig von dem Strom und der Temperatur.

Die Aufgabe der beanspruchten Erfindung zu lösende - reduzierte Verluste in QE, während die Schaltfrequenz steigt, wodurch die Steigerung der Effizienz und Leistungsdichte zunimmt.

Das Problem wird dadurch gelöst, dass die quasi-resonante Hochspannungswandler (KVPN) enthält ein zentrales Element in einer Kette von in Reihe geschalteten Resonanz-Induktivität eine Klemme aufweist, die mit dem Ausgang des Schlüsselelement verbunden ist und das andere - ein potentielles Platte des Schwingkreiskondensators mit der Kathode der Umkehr regenerative Diode geschalteter und dem Ausgang der Ausgangsfilterdrossel, der andere Ausgang davon mit dem Potential der Ausgangsplatte des Filterkondensators verbunden ist, und eine regenerative Diode Anode und die andere Kondensatorplatte des Resonanzkreises und dem Filterausgang werden kombiniert und verbunden mit einem gemeinsamen Bus-Wandler. Eingangsspannungswandler an die Primärstromquelle (PIA) und der Ausgang - mit dem Lastwiderstand (RL). Das neue Gerät ist, dass das Schlüsselelement in Form von zwei anti-seriell geschalteten Leistungs-MOSFETs, so dass ihre Ursprünge der gemeinsame Punkt sind, und ein Steuersignal wird zwischen dem gemeinsamen Punkt und miteinander verbundene Gates angelegt.

HOCHFREQUENZ quasiresonanten Spannungswandler

Figur 1 zeigt ein Schema der beanspruchten Vorrichtung.

2 - Zeitarbeit Diagramm.

Das erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einer Steuereinheit 1 ist der Ausgang mit dem Eingang eines Kernelement 2 verbunden ist, bestehend aus zwei anti-seriell VT1 verbunden Leistungs-MOSFETs, VT2, so dass parasitäre Dioden VD1, VD2 seits und vstrechnovklyuchennymi, und ihre Anoden sind mit einem gemeinsamen verbundenen Punkt. Die Kathode der Diode VD1 auf das Potential der primären Stromquelle Bus 3, VD2 Kathode der Diode ist mit einer der Klemmen des Resonanz Spuleninduktivität Lp 4, wobei das andere Ende davon verbunden ist, ist mit einem Elektrodenpotential des Resonanzkondensators Cp 5. Parallel Mi 5 enthalten eine Reverse-regenerative Diode 6, die Kathode, an die verbunden ist eine der Schlussfolgerungen des Ausgangsfilterdrossel lf 7 und einem anderen Schluss lf 7 - das Potential des Ausgangsfilterkondensators 8. Sf Sf über dem Kondensator 8 verbunden RL Lastwiderstand 9. die Anode regenerative Diode 6 und die andere Elektrode des Schwingkreiskondensatoren Cp 5 und Ausgangs Futter Sf Filter 8 werden vereinigt und mit einem gemeinsamen Bus-Wandler verbunden ist.

Anfänglich werden VT1, VT2 Transistoren geschlossen. Ausgangsstrom fließt aufgrund der gespeicherten Energie in der Spule Ausgangsfilterdrossel 7. An einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt durch die Steuervorrichtung 1, FE 2 öffnet. Ein durch die Resonanzspule Lp 4 Induktor und einen Kondensator Cp gebildet Schwingkreis 5, beginnt stattfinden wird Energie aus dem PIA 3. Der Ladekondensator Cp 5 und dessen anschließende Entlastung erhalten nach dem Gesetz, die sinus nahe ist, mit einer Frequenz gleich der Resonanzfrequenz-Schaltungs LpCp 4,5. Zur gleichen Zeit wird der Strom in der Induktivität Lp und 4 variieren sinus - erste Anstieg und dann abnimmt. Wenn dieser Strom auf Null reduziert wird, 2 QE gesperrt ist. Diese Rücken an in Reihe geschalteten Dioden VD1, VD2 verhindern Sperrstrom, der durch den laufenden Prozess der Resonanz verursacht werden könnten.

Wenn der Strom in der Induktivität Lp 4 null wird, fließt der Ausgangsstrom durch die Ausgangsfilterinduktionsspule 7 und lf Kondensator Cp 5, die sich schnell entladen wird. Sobald er auf Null entladen wird, 6. In diesem Fall die Diode öffnet, ein Resonanzzyklus endet.

Wenn ein Signal an die Gates der Leistungs-MOSFETs ist ihre Entriegelungsposition, wo der Arbeitszyklus und die Schaltfrequenz durch eine bekannte Regelungsgesetz bestimmt wird [L. K. Wong, Frank H. Leung, Peter K. S. Tarn. Eine einfache Großsignal Nonlinear Modellierungsansatz für die schnelle Simulation von Null-Strom-Schalter quasiresonante Wandler. IEEE Trans. Power-Electron., Vol.12, №. 3, p.437-442, Mai 1997, J. Abu-Qahouq und I. Batarseh Unified Beharrungszustand Analyse von Soft-Switching-DC-DC-Wandler, IEEE Trans. Power-Electron., Vol.17, №. 5, pp.684-691, sep. 2002] Rechteckwellenausgang von der Steuereinheit 1 Uynp (t) in 2, wird der Strom in Lp 4 I (t), eine Spannung an Cp 5 U (t).

Reduzierte Verluste beansprucht KVPN, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei denen KE mit der durch die Diode auf der einen Leistungstransistor und eingebaut in Serie hergestellt wird erreicht durch CE in einem Geist der antiseriell geschaltete Leistungs-MOSFETs Durchführung aufweist, im Vergleich mit einem durch die Diode als eine große Leistung und geringeren Spannungsabfall. In diesem Fall können die Anforderungen an die CE Geschwindigkeit abgesenkt werden, die ein Paar von MOSFETs mit einem Mindestwiderstand von offenen Kanal mit einem akzeptablen Drain-Source-Spannung, wodurch anwenden können Verluste und erreicht einen hohen Wirkungsgrad bei hoher Leistungsdichte reduziert wird.

FORDERUNGEN

Quasi-resonant Hochspannungskonverter ein Schlüsselelement in einer Kette von in Reihe geschalteten Resonanzspule mit einem Anschluß aufweist, der mit dem Ausgang des Schlüsselelement verbunden ist und das andere - ein potentielles Platte des Schwingkreiskondensators ist mit der Kathode der Sperrvorspannung regenerative Diode und Ausgangsspule Ausgangsfilterdrossel verbunden ist, der andere Anschluß mit dem Potential Platte des Ausgangsfilterkondensator verbunden ist, und eine regenerative Diode Anode und die andere Elektrode Kondensatoren des Schwingkreises sowie Filterausgang werden kombiniert und an einen gemeinsamen Wandler Bus verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlüsselelement in Form von zwei anti-seriell-Leistungs-MOSFETs verbunden ist, so dass ihre Ursprünge sind der gemeinsame Punkt, und ein Steuersignal zwischen dem gemeinsamen Punkt und miteinander verbundene Gates angelegt wird.

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Erscheinungsdatum 17.02.2007gg