| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2278459
Квазірезонансного ВИСОКОЧАСТОТНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ НАПРУГИ
Ім'я винахідника: Горяшін Микола Миколайович (RU); Лук'яненко Михайло Васильович (RU); Базилевський Олександр Борисович
Ім'я патентовласника: Горяшін Микола Миколайович (RU); Лук'яненко Михайло Васильович (RU); Базилевський Олександр Борисович
Адреса для листування: 660014, г.Красноярск, пр. Красноярський робочий, 48, кв.11, А.Б.Базілевскому
Дата початку дії патенту: 2004.12.08
Винахід відноситься до перетворювальної техніки і може знайти застосування в автономних системах електропостачання, зокрема у вторинних джерелах живлення з безтрансформаторним виходом. Перетворювач напруги містить ключовий елемент в ланцюзі з послідовно з'єднаної резонансної котушки індуктивності, один висновок якої приєднаний до виходу ключового елемента, а інший - до потенційної обкладці конденсатора резонансного контуру, приєднаної до катода обратносмещенного рекуперативного діода і висновку котушки індуктивності вихідного фільтра, інший висновок якої з'єднаний з потенційною обкладкою конденсатора вихідного фільтра, а анод рекуперативного діода і інші обкладки конденсаторів резонансного контуру і вихідного фільтра об'єднані і приєднані до загальної шини перетворювача. Вхід перетворювача напруги підключений до первинного джерела електроенергії (ПІЕ), а вихід - до опору навантаження (Rн). Новим в пристрої є те, що ключовий елемент виконаний у вигляді двох зустрічно-послідовно з'єднаних силових МОП-транзисторів таким чином, що їх загальної точкою є витоки, а керуючий сигнал подається між загальною точкою і з'єднаними між собою затворами. Технічний результат: підвищення ККД і питомої потужності.
ОПИС ВИНАХОДИ
Пропонований винахід відноситься до перетворювальної техніки і може знайти застосування в автономних системах електропостачання, зокрема у вторинних джерелах живлення з безтрансформаторним виходом.
Відомі пристрої аналогічного призначення - перетворювачі напруги (ПН) з прямокутною формою напруги та струму [Дьяконов В.П., Максимчук А.А. і ін. Енциклопедія пристроїв на польових транзисторах. М .: СОЛОН - Р. 2002. с.512., Switched-Mode Power Supply Design Manual VeriBest, inc. The EDA Systems Company] до недоліків яких слід віднести: неможливість поліпшення енергетичних характеристик без підвищення швидкодії ключових елементів (КЕ), зменшення падіння напруги на КЕ у відкритому стані. Така тенденція посилює вплив паразитних реактивних складових реальної схеми, тобто зі збільшенням швидкості зміни напруги на колекторі (стоці) КЕ зростає амплітуда сигналу на вищих гармоніках, частоти яких можуть збігатися з власними частотами резонансних контурів, утворених паразитними елементами схеми, що призводить до збільшення високочастотних перешкод, накладених на вихідну напругу перетворювача.
З відомих пристроїв найбільш близьким за своєю технічної сутності до заявляється є квазірезонансний ПН [RWErickson Fundamentals of Power Electronics First Edition New York: Chapman and Hall, May 1997. 791 pages, 929 line illustrations.] І прийнятий за прототип. Цей ПН містить КЕ, реалізований на одному силовому польовому транзисторі, включеному послідовно між первинним джерелом електроенергії (ПІЕ) і ланцюгом, що містить послідовно включені: прохідний діод, резонансний контур (РК), що містить резонансну котушку індуктивності Lp, один з висновків якої підключений до катода прохідного діода, а інший висновок до резонансного конденсатору Ср, паралельно якому включений обратносмещенного рекуперативний діод, до катода якого підключений вихідний LфСф-фільтр.
Основним недоліком зазначеного прототипу є наявність в ланцюзі КЕ прохідного діода, і як наслідок збільшення втрат потужності і обмеження частоти комутації. Наявність прохідного діода обгрунтовано тим що, він запобігає зворотний потік через паразитний діод силового МОП-транзистора, який може бути викликаний тривалим резонансним процесом. Тим самим запобігає повернення енергії, накопиченої в резонансному контурі назад в ПІЕ. Загальним недоліком потужних швидкодіючих діодів є відносно більший час зворотного відновлення, протягом якого він працює як конденсатор, а й істотне пряме падіння напруга нелінійно залежить від струму і температури.
Завдання, на вирішення якої спрямовано заявляється винахід, - зниження втрат в КЕ при одночасному підвищенні частоти комутації, за рахунок чого підвищується ККД і збільшується питома потужність.
Поставлена задача вирішується тим, що квазірезонансний високочастотний перетворювач напруги (КВПН) містить ключовий елемент в ланцюзі з послідовно з'єднаної резонансної котушки індуктивності, один висновок якої приєднаний до виходу ключового елемента, а інший - до потенційної обкладці конденсатора резонансного контуру, приєднаної до катода обратносмещенного рекуперативного діода і висновку котушки індуктивності вихідного фільтра, інший висновок якої з'єднаний з потенційною обкладкою конденсатора вихідного фільтра, а анод рекуперативного діода і інші обкладки конденсаторів резонансного контуру і вихідного фільтра об'єднані і приєднані до загальної шини перетворювача. Вхід перетворювача напруги підключений до первинного джерела електроенергії (ПІЕ), а вихід - до опору навантаження (Rн). Новим в пристрої є те, що ключовий елемент виконаний у вигляді двох зустрічно-послідовно з'єднаних силових МОП-транзисторів таким чином, що їх загальної точкою є витоки, а керуючий сигнал подається між загальною точкою і з'єднаними між собою затворами.
 |
 |
Фиг.1 приведена схема заявляється пристрою. |
Фиг.2 - тимчасові діаграми роботи. |
Заявляється пристрій складається з блоку управління 1, вихід якого підключений до входу ключового елемента 2, що складається з двох зустрічно-послідовно з'єднаних силових МОП-транзисторів VT1, VT2 таким чином, що паразитні діоди VD1, VD2 виявляються і зустрічноввімкнених, а їх аноди з'єднані із загальною точкою. Катод діода VD1 приєднаний до потенційної шині первинного джерела електроенергії 3, катод діода VD2 підключений до одного з висновків резонансної котушки індуктивності Lp 4, другий висновок якої приєднаний до потенційної обкладці резонансного конденсатора Ср 5. Паралельно Ср 5 включений обратносмещенного рекуперативний діод 6, до катода якого підключений один з висновків котушки індуктивності вихідного фільтра Lф 7, а до іншого висновку Lф 7 - потенційна обкладка конденсатора вихідного фільтра Сф 8. Паралельно конденсатору Сф 8 підключено опір навантаження Rн 9. Анод рекуперативного діода 6 і інші обкладки конденсаторів резонансного контуру Ср 5 і вихідного фільтра Сф 8 об'єднані і приєднані до загальної шини перетворювача.
Спочатку транзистори VT1, VT2 закриті. Вихідний струм тече за рахунок енергії, запасеної в котушці індуктивності вихідного фільтра 7. У деякий момент часу, який визначається пристроєм управління 1, КЕ 2 відкривається. Коливальний контур, утворений резонансної котушкою індуктивності Lp 4 і конденсатором Ср 5, починає отримувати енергію від ПІЕ 3. Заряд конденсатора Ср 5 і подальший його розряд відбуватимуться за законом, близькому до синусоидальному, з частотою, рівній резонансній частоті контуру LpCp 4,5. Одночасно струм в котушці індуктивності Lp 4 і буде змінюватися за синусоїдальним законом - спочатку збільшуватися, потім зменшуватися. Коли цей струм зменшитися до нуля КЕ 2 замикається. При цьому зустрічно-послідовно включені діоди VD1, VD2 запобігають зворотний потік, який міг бути викликаний тривалим резонансним процесом.
Коли струм в котушці індуктивності Lp 4 стає рівним нулю, вихідний струм тече через котушку індуктивності вихідного фільтра Lф 7 і конденсатор Ср 5, який швидко розряджається. Як тільки він розрядиться до нуля, відкривається діод 6. На цьому один резонансний цикл закінчується.
При надходженні сигналу на затвори силових МОП-транзисторів відбувається їх відмикання, де шпаруватість і частота комутації визначається відомим законом управління [L. К. Wong, Frank H. Leung, Peter К. S. Tarn. A Simple Large-Signal Nonlinear Modeling Approach for Fast Simulation of Zero-Current-Switch Quasi-Resonant Converters. IEEE Trans. Power Electron., Vol.12, №. 3, p.437-442, may 1997, J. Abu-Qahouq and I. Batarseh, Unified Steady-State Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters, IEEE Trans. Power Electron., Vol.17, №. 5, pp.684-691, sep. 2002] меандр на виході блоку управління 1 Uynp (t) на фіг.2, ток в Lp 4 I (t), a напруга на Ср 5 U (t).
Зниження втрат в заявляється КВПН, на відміну від прототипу, у якого КЕ виконаний на одному силовому транзисторі і включеному з ним послідовно прохідному діоді, досягається виконанням КЕ у вигляді дух зустрічно-послідовно з'єднаних силових МОП-транзисторів, що мають, в порівнянні з прохідним діодом, як велику швидкодію, так і менше падіння напруги. У цьому випадку вимоги до швидкодії КЕ можуть бути знижені, що дозволяє застосувати пару МОП-транзисторів з мінімальним опором відкритого каналу при допустимому напрузі стік-витік, за рахунок чого знижуються втрати і досягається високий ККД при високій питомій потужності.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Квазірезонансний високочастотний перетворювач напруги, що містить ключовий елемент в ланцюзі з послідовно з'єднаної резонансної котушки індуктивності, один висновок якої приєднаний до виходу ключового елемента, а інший - до потенційної обкладці конденсатора резонансного контуру, приєднаної до катода назад зміщеного рекуперативного діода і висновку котушки індуктивності вихідного фільтра, інший висновок якої з'єднаний з потенційною обкладкою конденсатора вихідного фільтра, а анод рекуперативного діода і інші обкладки конденсаторів резонансного контуру і вихідного фільтра об'єднані і приєднані до загальної шини перетворювача, що відрізняється тим, що ключовий елемент виконаний у вигляді двох зустрічно-послідовно з'єднаних силових МОП-транзисторів таким чином, що їх загальної точкою є витоки, а керуючий сигнал подається між загальною точкою і з'єднаними між собою затворами.
Версія для друку
Дата публікації 17.02.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.