+

EA038303B1 - Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer - Google Patents

Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer Download PDF

Info

Publication number
EA038303B1
EA038303B1 EA201900050A EA201900050A EA038303B1 EA 038303 B1 EA038303 B1 EA 038303B1 EA 201900050 A EA201900050 A EA 201900050A EA 201900050 A EA201900050 A EA 201900050A EA 038303 B1 EA038303 B1 EA 038303B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
auxiliary
circuit
transformer
switch
diode
Prior art date
Application number
EA201900050A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201900050A1 (en
Inventor
Ерлан Жандарбекович Джунусбеков
Original Assignee
Ерлан Жандарбекович Джунусбеков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ерлан Жандарбекович Джунусбеков filed Critical Ерлан Жандарбекович Джунусбеков
Priority to EA201900050A priority Critical patent/EA038303B1/en
Publication of EA201900050A1 publication Critical patent/EA201900050A1/en
Publication of EA038303B1 publication Critical patent/EA038303B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34Snubber circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Abstract

The invention relates to electric engineering, in particular, to power pulse converters and concerns a method and device to limit voltage without losses at a transistor pulse switch loaded with a parasitic inductance. A device is proposed to recuperate the dissipated power of flyback converter transformer, including a series connected power source, load and pulse switch; the first electric circuit including auxiliary condenser; the first diode series connected to the first circuit containing a throttle, and the second circuit connected to the electrode of the first diode connection to the first circuit; the serial first diode and first circuit are connected in parallel to the load connection electrode in such a way that the first circuit is connected to the load connection electrode to the pulse switch, and the second circuit and the first diode are connected in parallel to the power source so that the first diode is oriented to the side of the positive electrode of the power source; the first circuit includes an additional auxiliary switch connected serially to the auxiliary control condenser to prevent discharge of the mentioned auxiliary capacity below a preset value. A method is proposed to recuperate the dissipated power of flyback converter transformer using the declared device where an auxiliary switch opens the first circuit in a cycle of an open pulse switch to prevent discharge of the auxiliary condenser below a preset voltage. The technical result is an ability of the declared device to function in a continuous current mode thus increasing the effectiveness of recuperation of dissipated magnetic field energy of a high frequency transformer.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к силовой импульсной преобразовательной технике, и касается способа и устройства ограничения напряжения без потерь на транзисторном импульсном ключе, нагруженном на индуктивную нагрузку либо нагрузку с паразитной индуктивностью.The invention relates to electrical engineering, in particular to power pulse converting equipment, and relates to a method and device for limiting voltage without losses on a transistor pulse switch loaded on an inductive load or a load with parasitic inductance.

Изобретение может быть использовано для проектирования высокоэффективных по мощности импульсных источников питания, светодиодных драйверов, микроинверторов фотоэлектрических панелей, корректоров коэффициента мощности и т.д. на основе топологии обратноходового преобразователя.The invention can be used to design high-power switching power supplies, LED drivers, micro-inverters of photovoltaic panels, power factor correctors, etc. based on the topology of the flyback converter.

Топология обратноходового преобразователя является привлекательной для широкого применения, поскольку обладает такими достоинствами как простота, недорогая реализация и высокая надежность, что особенно важно для преобразователей, подключаемых к общей сети распределения электроэнергии. Топология имеет ряд присущих ей недостатков, среди которых неидеальное сцепление магнитных потоков обмоток трансформатора. Хотя материалы магнитных сердечников непрерывно улучшаются, технология изготовления трансформатора остается без изменений, потому основной недостаток, связанный с конструкцией - индуктивность рассеяния - пока существенно не устраняется. Индуктивность рассеяния сказывается на высоковольтных выбросах напряжения силовых транзисторов при выключении и на потерях связанных с энергией рассеяния магнитного поля. Предпринимается множество попыток схемотехнически как можно дешевле и эффективнее решить вопрос подавления и ограничения скачков напряжения.The flyback converter topology is attractive for widespread use because it has such advantages as simplicity, inexpensive implementation and high reliability, which is especially important for converters connected to a common power distribution network. The topology has a number of inherent disadvantages, including imperfect coupling of the magnetic fluxes of the transformer windings. Although the materials of magnetic cores are continuously improving, the technology of manufacturing the transformer remains unchanged, therefore the main disadvantage associated with the design - leakage inductance - has not yet been substantially eliminated. The leakage inductance affects the high voltage surges of the power transistors when turned off and the losses associated with the leakage energy of the magnetic field. Many attempts are being made to solve the problem of suppressing and limiting voltage surges as cheaply and efficiently as possible.

В научной литературе широко известен простой способ ограничения напряжения с помощью так называемого RCD снаббера (RCD snubber), состоящего из последовательного соединенных емкости и диода, включенных параллельно обмотке трансформатора, и резистора, включенного параллельно емкости. При выключении основного транзистора ток перенаправляется через диод схемы ограничителя напряжения (снаббера) на емкость снаббера, таким образом, напряжение на транзисторе ограничивается напряжением на емкости, поглощающей избыточный ток. Накапливаемая при каждой коммутации энергия в емкости снаббера непрерывно и безвозвратно разряжается через резистор снаббера. Недостатком подобной практики являются существенные потери энергии рассеяния. Существуют решения, позволяющие ограничить напряжение на основном ключе и при этом рекуперировать часть или всю (в теории) энергию, связанную с рассеянием магнитного поля.In the scientific literature, a simple method of limiting the voltage is widely known using the so-called RCD snubber, consisting of a series connected capacitance and a diode connected in parallel with the transformer winding, and a resistor connected in parallel with the capacitance. When the main transistor is turned off, the current is redirected through the diode of the voltage limiter circuit (snubber) to the snubber capacitance, thus the voltage across the transistor is limited by the voltage across the capacitance that absorbs the excess current. The energy accumulated during each switching in the snubber capacitance is continuously and irrevocably discharged through the snubber resistor. The disadvantage of this practice is the significant loss of dissipated energy. There are solutions that allow you to limit the voltage on the main switch and at the same time recover some or all (in theory) the energy associated with the scattering of the magnetic field.

Известно устройство Обратноходовой преобразователь со схемой ограничения напряжения (Н02М 1/34), заявленное в заявке WO 2016/155737 A1 на патент ВОИС от 06 октября 2016 года, в котором диод в известном RCD снаббере был заменен на пассивно управляемый вспомогательный транзисторный ключ. Цель вспомогательного транзисторного ключа - обеспечить проводимость в двух направлениях в течении достаточного, но короткого интервала времени для заряда и разряда емкости снаббера. В таком случае в течение данного интервала емкость снаббера имела бы возможность накопить энергию паразитной индуктивности, развернуть ток обмотки трансформатора и рекуперировать энергию обратно в первичную обмотку для трансформации на вторичную сторону. Недостатком известного устройства является то, что энергия паразитной индуктивности рекуперируется, но частично так, что существенная часть рассеивается при размыкании вспомогательного ключа. Пассивный метод управления вспомогательным ключом дешевле, чем активный, но в известном устройстве не приводит теоретически к высокой эффективности рекуперации.A known device is a Flyback converter with a voltage limiting circuit (H2M 1/34), declared in WO 2016/155737 A1 for WIPO patent dated October 06, 2016, in which the diode in the known RCD snubber was replaced with a passively controlled auxiliary transistor switch. The purpose of the transistor auxiliary switch is to provide bidirectional conduction for a sufficient but short time interval to charge and discharge the snubber's capacitance. In this case, during this interval, the snubber capacitance would have the opportunity to accumulate the energy of the parasitic inductance, turn the current in the transformer winding and recuperate the energy back into the primary winding for transformation to the secondary side. The disadvantage of the known device is that the energy of the parasitic inductance is recovered, but partially so that a significant part is dissipated when the auxiliary switch is opened. The passive method of controlling the auxiliary switch is cheaper than the active one, but in the known device does not theoretically lead to a high recuperation efficiency.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является устройство Не диссипативный LC ограничитель напряжения (Н02Н 7/122), заявленное в патенте США №4489373 от 18 декабря 1984 года. Упомянутый патент описывает устройство снаббера (ограничителя напряжения) без потерь для использования в импульсных преобразователях, включающее источник постоянного напряжения; по крайней мере один управляемый ключ, напряжение на котором необходимо ограничить; основную индуктивность, соединенную с упомянутым ключом; нагрузку и обратный шунтирующий диод, и отличающееся тем, что включает улучшения: емкость, первый диод и вспомогательную индуктивность, включенные последовательно в цепь и так, что полученная цепь включена параллельно основному ключу, причем первый вывод емкости подключен к соединению упомянутого ключа с упомянутой основной индуктивностью; второй диод подключен между вторым выводом упомянутой емкости и положительным потенциалом упомянутого источника постоянного напряжения, причем упомянутые первый и второй диоды ориентированы полярностью так, что блокируют ток упомянутого постоянного источника, приложенного к цепи образуемой упомянутыми диодами и индуктивностью. Как заявлено в патенте, нагрузкой может быть трансформатор, в частности трансформатор обратноходового преобразователя (flyback), подключенной последовательно с упомянутым ключом, тогда упомянутой основной индуктивностью будет индуктивность рассеяния трансформатора. В установившемся режиме с трансформатором flyback известная схема работает следующим образом.The closest analogue of the claimed invention is a non-dissipative LC voltage limiter device (HO2H 7/122), declared in US patent No. 4489373 dated December 18, 1984. The aforementioned patent describes a lossless snubber (voltage limiter) device for use in switching converters, including a constant voltage source; at least one controlled key, the voltage on which must be limited; main inductance connected to said switch; load and a reverse shunt diode, and characterized in that it includes improvements: a capacitance, a first diode and an auxiliary inductance connected in series in the circuit and so that the resulting circuit is connected in parallel with the main switch, and the first capacitance terminal is connected to the connection of the said switch with the said main inductance ; the second diode is connected between the second terminal of said capacitance and the positive potential of said constant voltage source, said first and second diodes being oriented in polarity so as to block the current of said constant source applied to the circuit formed by said diodes and inductance. As stated in the patent, the load can be a transformer, in particular a flyback transformer, connected in series with said switch, then said main inductance will be the leakage inductance of the transformer. In steady-state conditions with a flyback transformer, the known circuit works as follows.

1. При выключении управляемого ключа индуктивность рассеяния трансформатора (основная индуктивность) будет поддерживать ток в первичной обмотке, заряжая емкость снаббера через второй диод. Одновременно под обратным напряжением на обмотке, то есть под напряжением заряжаемой емкости, ток в первичной обмотке будет разворачиваться, ток вторичной обмотки будет нарастать. Когда ток первичной обмотки трансформатора спал до нуля, второй диод закрылся, и теперь емкость разряжается током вспомогательной индуктивности. Ток вспомогательной индуктивности разряжает саму вспомогательную индуктивность, без потерь разряжает емкость снаббера, протекает по первичной обмотке транс1. When the controlled switch is turned off, the leakage inductance of the transformer (main inductance) will maintain the current in the primary winding, charging the snubber capacitance through the second diode. At the same time, under a reverse voltage on the winding, that is, under the voltage of the charged capacitance, the current in the primary winding will unfold, the current in the secondary winding will increase. When the current of the primary winding of the transformer dropped to zero, the second diode was closed, and now the capacitance is discharged by the current of the auxiliary inductance. The auxiliary inductance current discharges the auxiliary inductance itself, discharges the snubber capacitance without loss, flows through the primary winding of the trans

- 1 038303 форматора, передавая без потерь энергию на вторичную сторону.- 1,038303 shapers, transferring energy losslessly to the secondary side.

2. При замыкании (открытии) управляемого ключа емкость снаббера оказывается параллельно подключенной к вспомогательной индуктивности и разряжается без потерь на вспомогательную индуктивность через первый диод.2. When the controlled key is closed (opened), the snubber capacitance is connected in parallel to the auxiliary inductance and is discharged without loss to the auxiliary inductance through the first diode.

В теории, известное устройство не имеет потерь мощности, в реальности имеются существенные потери, связанные с высокими действующими значениями токов во вспомогательной индуктивности, емкости снаббера, переключениях первого и второго диодов, перемагничивании вспомогательной индуктивности. Для увеличения КПД снаббера было бы желательно снизить действующие значения токов, что было бы достигнуто, если вспомогательная индуктивность работала в режиме непрерывных токов. Недостатком известного устройства является то, что устройство не всегда может работать в режиме непрерывных токов вспомогательного дросселя. Например, если время открытого состояния управляемого ключа больше времени закрытого его состояния, тогда емкость снаббера будет больше разряжаться вспомогательным дросселем до значения напряжения, недостаточного для запирания тока первичной обмотки, что может привести к выходу из строя всего электронного преобразователя. Таким образом, индуктивность в известном устройстве подбирают достаточно маленького значения, чтобы гарантировать режим прерывных токов, что приводит к большим значениям действующих токов во всех компонентах снаббера и, как следствие, к ограниченной эффективности по рекуперации энергии. Кроме того, последовательно с индуктивностью включают диод для предотвращения обратного тока и снижения реактивной составляющей, но диод является причиной дополнительных потерь.In theory, the known device has no power losses, in reality there are significant losses associated with high effective values of currents in the auxiliary inductance, snubber capacitance, switching of the first and second diodes, magnetization reversal of the auxiliary inductance. To increase the efficiency of the snubber, it would be desirable to reduce the effective values of the currents, which would be achieved if the auxiliary inductance was operated in continuous current mode. The disadvantage of the known device is that the device cannot always operate in the mode of continuous currents of the auxiliary choke. For example, if the open time of the controlled key is longer than its closed time, then the snubber capacitance will be more discharged by the auxiliary choke to a voltage value insufficient to block the primary winding current, which can lead to failure of the entire electronic converter. Thus, the inductance in the known device is chosen small enough to guarantee the intermittent current mode, which leads to high rms currents in all components of the snubber and, as a consequence, to limited energy recovery efficiency. In addition, a diode is connected in series with the inductance to prevent reverse current and reduce the reactive component, but the diode causes additional losses.

Наиболее близким налогом заявляемого изобретения является устройство Обратно-прямоходовой преобразователь с недиссипативным ограничителем напряжения (Н02М 3/335, Н02М 3/156), заявленное в патенте США №9362831 В2 от 7 июня 2016 года. Известное устройство характеризуется наличием цепей ограничения напряжения без потерь аналогично описанному выше известному устройству, за исключением того, что применяются для двух трансформаторной схемы преобразователя, причем один трансформатор обратноходовой, другой - прямоходовой, fly-forward схема. Недостатком известного устройства, как и в вышеописанном известном устройстве, является то, что устройство не всегда может работать в режиме непрерывных токов вспомогательного дросселя.The closest tax of the claimed invention is a reverse-forward converter device with a non-dissipative voltage limiter (Н02М 3/335, Н02М 3/156), declared in US patent No. 9362831 B2 dated June 7, 2016. The known device is characterized by the presence of lossless voltage limiting circuits similar to the above-described known device, except that they are used for two transformer converter circuits, one transformer being a flyback, the other being a forward, fly-forward circuit. The disadvantage of the known device, as in the above-described known device, is that the device cannot always operate in the mode of continuous currents of the auxiliary choke.

Наиболее близким налогом заявляемого изобретения являются устройства Устройство ограничения напряжения и способ для преобразователя постоянного напряжения (Н02М), заявленное в заявке WO 02/41479 A2 на патент ВОИС от 23 мая 2002 года, и Устройство рекуперации энергии индуктивности рассеяния и способ для обратноходового преобразователя (Н02М 3/335), заявленное в патенте США №6473318 В1 от 29 октября 2002 года. Оба устройства применяют эквивалентные схемы ограничения напряжения на основном ключе и рекуперации энергии индуктивной нагрузки, в частности энергии индуктивности рассеяния высокочастотных трансформаторов. Известные устройства отличаются от рассмотренных выше тем, что вместо вспомогательной индуктивности в снаббере используется дополнительная обмотка трансформатора нагрузки, или, другими словами, вспомогательная индуктивность интегрирована с трансформатором нагрузки. Это дает то преимущество, что при замыкании основного управляемого ключа емкость снаббера разряжается на вспомогательную обмотку трансформатора, тем самым энергия обратно передается в накопление магнитной энергии трансформатора для последующей передачи на вторичную сторону в следующем такте работы ключа, когда основной ключ закрыт. Однако применяемая схема рекуперации энергии имеет схожую топологию в сравнении с предыдущими, аналогичную логику работы и страдает тем же недостатком, что не может быть использован в режиме непрерывных токов для снижения потерь при скважности основного ключа более 0.5.The closest tax of the claimed invention is a voltage limiting device and a method for a DC voltage converter (Н02М), declared in WO 02/41479 A2 for a WIPO patent dated May 23, 2002, and a leakage inductance energy recovery device and a method for a flyback converter (Н02М 3/335), claimed in U.S. Pat. No. 6,473,318 B1, Oct. 29, 2002. Both devices use equivalent circuits for limiting the voltage on the main switch and recuperating the energy of the inductive load, in particular the energy of the leakage inductance of high frequency transformers. The known devices differ from those discussed above in that instead of the auxiliary inductance in the snubber, an additional winding of the load transformer is used, or, in other words, the auxiliary inductance is integrated with the load transformer. This has the advantage that when the main controlled key is closed, the snubber capacitance is discharged to the auxiliary winding of the transformer, thereby the energy is transferred back to the accumulation of magnetic energy of the transformer for subsequent transfer to the secondary side in the next cycle of the key when the main key is closed. However, the applied energy recovery scheme has a similar topology in comparison with the previous ones, a similar operating logic and suffers from the same disadvantage that it cannot be used in the continuous current mode to reduce losses when the duty cycle of the main switch is more than 0.5.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение режима непрерывного тока работы для индуктивно-емкостной схемы ограничения напряжения в широком диапазоне скважности основного ключа. Задача достигается введением дополнительных мер для предотвращения чрезмерного разряда вспомогательной емкости схемы ограничения, для возможности дросселя схемы рекуперации работать в режиме непрерывных токов.The tasks to be solved by the present invention are to provide a continuous current mode of operation for an inductive-capacitive voltage limiting circuit in a wide range of duty cycle of the main switch. The task is achieved by introducing additional measures to prevent excessive discharge of the auxiliary capacitance of the limiting circuit, so that the choke of the regenerative circuit can operate in continuous current mode.

Техническим результатом станет повышение эффективности рекуперации энергии магнитного поля рассеяния высокочастотного трансформатора.The technical result will be to increase the efficiency of recuperation of the energy of the magnetic field leakage of the high-frequency transformer.

Техническое решение задачи предлагается за счет использования способа рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя, включающего, по крайней мере, последовательно включенные источник однополярного электрического питания, нагрузку и импульсный ключ, использующего по крайней мере одну первую электрическую цепь, включающую электрически последовательно включенные по крайней мере один вспомогательный конденсатор и по крайней мере один вспомогательный ключ;The technical solution to the problem is proposed by using a method for recuperating the dissipation energy of a flyback converter transformer, including at least one series-connected source of unipolar electrical power, a load and a pulse switch using at least one first electrical circuit, including at least one electrically connected in series. an auxiliary capacitor and at least one auxiliary switch;

по крайней мере один первый вспомогательный диод, электрически подключенный последовательно к первой цепи;at least one first auxiliary diode electrically connected in series with the first circuit;

по крайней мере одну вторую электрическую цепь, включающую по крайней мере один вспомогательный дроссель, и вторая цепь электрически подключена к электроду последовательного соединения первого вспомогательного диода к первой цепи, и причем последовательно включенные первый вспомогательный диод и первая цепь электрическиat least one second electrical circuit, including at least one auxiliary choke, and the second circuit is electrically connected to the electrode of the series connection of the first auxiliary diode to the first circuit, and wherein the first auxiliary diode and the first circuit are electrically connected in series

- 2 038303 подключены параллельно к упомянутой нагрузке так, что первая цепь подключена к электроду последовательного соединения упомянутой нагрузки к упомянутому импульсному ключу, а вторая цепь и первый вспомогательный диод электрически подключены параллельно к упомянутому источнику питания таким образом, что первый вспомогательный диод ориентирован в направлении выпрямления тока в сторону положительного электрода источника питания, в котором на первом цикле, открытого импульсного ключа, упомянутый вспомогательный конденсатор разряжается на упомянутый вспомогательный дроссель через упомянутый импульсный ключ и упомянутый вспомогательный ключ;- 2 038303 are connected in parallel to said load so that the first circuit is connected to the electrode of the series connection of said load to said switching switch, and the second circuit and the first auxiliary diode are electrically connected in parallel to said power supply in such a way that the first auxiliary diode is oriented in the direction of rectification current towards the positive electrode of the power source, in which on the first cycle, an open pulse switch, said auxiliary capacitor is discharged to said auxiliary choke through said pulse switch and said auxiliary switch;

на втором цикле, закрытого импульсного ключа, сначала ток нагрузки перенаправляется через первый вспомогательный диод в первую цепь, запасая энергией упомянутый вспомогательный конденсатор до тех пор, пока энергия индуктивности нагрузки не иссякнет, при этом ток вспомогательного дросселя рекуперируется в упомянутый источник питания, а по истечении энергии индуктивности нагрузки первый вспомогательный диод закрывается, после чего ток вспомогательного дросселя теперь течет по первой цепи в нагрузку, таким образом, энергия, запасенная во вспомогательном дросселе и вспомогательном конденсаторе, рекуперируется в нагрузку, и отличающегося тем, что упомянутый вспомогательный ключ - с возможностью пассивного или активного управления упомянутым вспомогательным ключом так, что вспомогательный ключ может размыкать первую цепь в первом цикле, на все время или часть времени первого цикла, для предотвращения разряда вспомогательного конденсатора ниже установленного значения напряжения.on the second cycle, closed pulse switch, first, the load current is redirected through the first auxiliary diode to the first circuit, storing energy in the said auxiliary capacitor until the energy of the load inductance runs out, while the auxiliary inductor current is recovered to the said power source, and after energy of the load inductance, the first auxiliary diode closes, after which the auxiliary choke current now flows through the first circuit to the load, thus the energy stored in the auxiliary choke and the auxiliary capacitor is recovered into the load, and characterized in that the said auxiliary switch is passively or actively controlling said auxiliary switch so that the auxiliary switch can open the first circuit in the first cycle, for all or part of the time of the first cycle, to prevent the auxiliary capacitor from discharging below a set voltage value.

Техническое решение задачи предлагается также за счет использования устройства рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя, включающего по крайней мере один источник однополярного электрического питания, по крайней мере одну нагрузку и по крайней мере один контролируемый импульсный ключ, такие, что упомянутые нагрузка, импульсный ключ и источник питания электрически подключены последовательно;The technical solution to the problem is also proposed through the use of a device for recuperating the dissipation energy of the flyback converter transformer, which includes at least one unipolar power supply source, at least one load and at least one controlled pulse switch, such that the mentioned load, pulse switch and source the power supplies are electrically connected in series;

по крайней мере одну первую электрическую цепь, включающую по крайней мере один вспомогательный конденсатор;at least one first electrical circuit including at least one auxiliary capacitor;

по крайней мере один первый вспомогательный диод, электрически подключенный последовательно к первой цепи;at least one first auxiliary diode electrically connected in series with the first circuit;

по крайней мере одну вторую электрическую цепь, включающую по крайней мере один вспомогательный дроссель, и вторая цепь электрически подключена к электроду последовательного соединения первого вспомогательного диода к первой цепи, и причем последовательно включенные первый вспомогательный диод и первая цепь электрически подключены параллельно к упомянутой нагрузке так, что первая цепь подключена к электроду последовательного соединения упомянутой нагрузки к упомянутому импульсному ключу, а вторая цепь и первый вспомогательный диод электрически подключены параллельно к упомянутому источнику питания таким образом, что первый вспомогательный диод ориентирован в направлении выпрямления тока в сторону положительного электрода источника питания, и отличающееся тем, что первая электрическая цепь дополнительно включает по крайней мере один вспомогательный ключ, последовательно электрически подключенный к упомянутому вспомогательному конденсатору, с возможностью пассивного или активного управления упомянутым вспомогательным ключом для предотвращения разряда упомянутой вспомогательной емкости ниже задаваемого значения, например, размыкая первую цепь на все время или долю времени открытого состояния упомянутого импульсного ключа.at least one second electrical circuit including at least one auxiliary choke, and the second circuit is electrically connected to an electrode of the series connection of the first auxiliary diode to the first circuit, and wherein the first auxiliary diode and the first circuit are connected in series in parallel to said load so, that the first circuit is connected to the electrode of the series connection of said load to the said pulse switch, and the second circuit and the first auxiliary diode are electrically connected in parallel to the said power supply in such a way that the first auxiliary diode is oriented in the direction of rectifying the current towards the positive electrode of the power supply, and different in that the first electrical circuit additionally includes at least one auxiliary switch electrically connected in series to said auxiliary capacitor, with the possibility of passive or active control with said auxiliary switch to prevent the discharge of said auxiliary capacitance below a predetermined value, for example, by opening the first circuit for the entire time or a fraction of the time of the open state of said pulse switch.

Универсальные блок-схемы реализаций заявленного технического решения показаны на фиг. 1 и на фиг. 2.Universal block diagrams of the claimed technical solution implementations are shown in FIG. 1 and FIG. 2.

Фиг. 3, 4, 5 приведены для пояснения работы заявленного устройства и показывают эквивалентные схемы на циклах работы устройства в течение периода переключения основного импульсного ключа. Фиг. 3 - эквивалентная схема первого цикла работы устройства. Фиг. 4 - эквивалентная схема второго цикла работы устройства, когда действует паразитная индуктивность. Фиг. 5 - эквивалентная схема второго цикла работы устройства, когда энергия паразитной индуктивности иссякла.FIG. 3, 4, 5 are given to explain the operation of the claimed device and show equivalent circuits in the operation cycles of the device during the switching period of the main impulse switch. FIG. 3 is an equivalent diagram of the first cycle of the device. FIG. 4 is an equivalent circuit of the second cycle of operation of the device when parasitic inductance is acting. FIG. 5 is an equivalent circuit of the second cycle of operation of the device when the energy of the parasitic inductance has dried up.

На фиг. 6 показана блок-схема заявленного устройства в применении к обратноходовому преобразователю.FIG. 6 shows a block diagram of the claimed device as applied to a flyback converter.

На фиг. 7 показана блок-схема заявленного устройства в применении к прямоходовому преобразователю.FIG. 7 shows a block diagram of the claimed device as applied to a forward converter.

На фиг. 8 показана блок-схема заявленного устройства в применении к обратноходовому преобразователю с вспомогательным дросселем, интегрированным с трансформатором.FIG. 8 shows a block diagram of the claimed device as applied to a flyback converter with an auxiliary choke integrated with a transformer.

На фиг. 1 и 2 наглядно поясняется что, заявленное устройство рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя собственно состоит из последовательных вспомогательного конденсатора 101 и вспомогательного ключа 105, составляющих первую электрическую цепь; первого вспомогательного диода 104; вспомогательного дросселя 102, образующего вторую электрическую цепь. Причем порядок последовательного соединения конденсатора 101 и ключа 105 в первой цепи может быть любой. На фиг. 1 и 2 также показаны источник питания 108, нагруженный на последовательFIG. 1 and 2 clearly explain that the claimed device for recuperating the energy dissipation of the flyback transformer transformer itself consists of a series auxiliary capacitor 101 and an auxiliary switch 105, constituting the first electrical circuit; the first auxiliary diode 104; an auxiliary choke 102 forming a second electrical circuit. Moreover, the order of the serial connection of the capacitor 101 and the key 105 in the first circuit can be any. FIG. 1 and 2 also show the power supply 108 loaded on the successor.

- 3 038303 но включенные нагрузку 107 и импульсный ключ 106. Вспомогательный диод 104 и первая цепь соединены последовательно и вместе подключены параллельно нагрузке 107 таким образом, что первая цепь подключена к точке соединения нагрузки 107 и импульсного ключа 106, а последовательные первый вспомогательный диод 104 и вторая цепь, состоящая из дросселя 102, оказываются включенными параллельно источнику питания 108, причем так, что диод 104 ориентирован в направлении выпрямления тока в сторону положительного электрода источника 108. Нагрузкой 107 может быть резистивная нагрузка с паразитной индуктивностью, может быть индуктивная нагрузка, может быть трансформатор, у которого вторичная сторона нагружена на вторичные цепи, а первичная обмотка используется для подключения по схеме на фиг. 1. или по схеме на фиг. 2. Логика работы устройства одинакова, как на реализации по схеме фиг. 1, так и по схеме на фиг. 2, которые отличаются порядком последовательного включения нагрузки и импульсного ключа относительно положительного терминала источника питания. Если в качестве импульсного ключа 106 используется полевой транзистор, то схема на фиг. 1 будет схемой с истоком транзистора, основного ключа, привязанным к постоянному нулевому потенциалу, а схема на фиг. 2 соответственно - с истоком транзистора, основного ключа, привязанным к плавающему потенциалу. На фиг. 1 показан конденсатор 109, который можно применить и включить параллельно источнику питания для снижения импеданса источника на высоких частотах.- 3 038303 but connected load 107 and the pulse switch 106. The auxiliary diode 104 and the first circuit are connected in series and are connected together in parallel with the load 107 in such a way that the first circuit is connected to the connection point of the load 107 and the pulse switch 106, and the sequential first auxiliary diode 104 and the second circuit, consisting of a choke 102, turns out to be connected in parallel with the power source 108, and so that the diode 104 is oriented in the direction of current rectification towards the positive electrode of the source 108. The load 107 can be a resistive load with parasitic inductance, it can be an inductive load, it can be a transformer in which the secondary side is loaded on the secondary circuits, and the primary winding is used for connection according to the diagram in FIG. 1. or according to the diagram in FIG. 2. The logic of the device is the same as in the implementation according to the diagram of FIG. 1 and according to the diagram in FIG. 2, which differ in the order of sequential switching on of the load and the pulse switch relative to the positive terminal of the power supply. If a field effect transistor is used as the pulse switch 106, then the circuit in FIG. 1 will be a circuit with the source of the transistor, the main switch, tied to a constant zero potential, and the circuit in FIG. 2, respectively - with the source of the transistor, the main switch, tied to the floating potential. FIG. 1 shows a capacitor 109 that can be applied and connected in parallel with a power supply to reduce the source impedance at high frequencies.

Заявленный способ и работу заявленного устройства поясним на примере реализации, показанной на фиг. 1. Общим требованием для работы всех преобразователей является требование соблюдения ампер-секундного баланса для всех емкостных компонентов и вольт-секундного баланса для всех индуктивных компонентов преобразователя в течение периода работы импульсных ключей. То есть напряжение на вспомогательной емкости 101 должно быть достаточным для перемагничивания индуктивности или паразитной индуктивности нагрузки 107. Предположим, что напряжение Ux на конденсаторе 101 достаточное большое, а вспомогательный ключ 105 всегда открыт. При открытии управляемого импульсного ключа 106, первый цикл на фиг. 3, нагрузка 107 подключается к источнику питания, при этом вспомогательный конденсатор 101 разряжается через открытый ключ 106 на вспомогательную индуктивность 102, а вспомогательный диод 104 на фиг. 1 заперт. Вольт-секундный интеграл первого цикла, действующий на вспомогательный дроссель 102, равен Ux*D*T, где D - скважность, а Т - период импульсного ключа 106. При закрытия ключа 106, второй цикл на фиг. 4, из-за индуктивности нагрузки 107 ток не прерывается и перенаправляется через вспомогательный диод 104 в первую цепь, заряжая конденсатор 101 на время, пока энергия индуктивности нагрузки не иссякнет, одновременно через диод 104 дроссель 102 разряжается на источник 108, таким образом, без потерь рекуперируя обратно в источник энергию, принятую от конденсатора 101 в предыдущем, первом цикле. Если напряжение Ux достаточно большое, то ток нагрузки иссякает за время, меньшее времени второго цикла, диод 104 закроется, а ток индуктивности 102 оставшееся до начала первого цикла следующего периода потечет по первой цепи в нагрузку, см. фиг. 5. Таким образом, теперь энергия без потерь рекуперируется прямо в нагрузку. Но при больших значениях скважности D импульсного ключа, время второго цикла (1-D)*T для перемагничивания индуктивности нагрузки сокращается, а диод 104 будет открыт практически все время второго цикла, тогда вольт-секундный интеграл второго цикла для дросселя 102 почти равен -Uin(1-D)T, где Uin напряжение источника питания 108. При больших значениях скважности вспомогательный конденсатор 101 будет больше разряжаться на дроссель 102, его напряжение будет уменьшаться. Найдем значение Ux при больших D. Поскольку ток вспомогательного дросселя должен быть непрерывным для увеличения эффективности заявленного устройства рекуперации, то для дросселя 102 можно записать вольтсекундный баланс за весь период Ux*D*T=Uin(1-D)T, отсюда находим равновесное значение напряжения для вспомогательного конденсатора 101, Ux=Uin(1-D)/D. Видно, что при больших значениях скважности (D близко к 1) напряжение на вспомогательном конденсаторе 101 может разряжаться вспомогательным дросселем до малых значений и недостаточных для перемагничивания нагрузки, что будет приводить к нестабильной работе преобразователя, увеличению потерь и другим катастрофическим последствиям. Мало того, при увеличении скважности величина необходимого напряжения перемагничивания для нагрузки возрастает, поскольку время приложения обратного напряжения падает согласно (1-D)*T. Для предотвращения чрезмерного разряда конденсатора на первом цикле импульсного ключа предусмотрен вспомогательный ключ 105, с возможностью пассивного или активного управления. Ключ 105 может закрываться на определенный интервал времени первого цикла, уменьшая время разряда вспомогательного конденсатора, и быть в открытом состоянии во время второго цикла для заряда вспомогательного конденсатора. Это позволяет увеличить диапазон рабочих значений скважности импульсного ключа по сравнению с известными устройствами с сохранением условия непрерывности тока для вспомогательного дросселя 102 и без нарушения работы преобразователя. В известных устройствах невозможно обеспечить наилучшие условия рекуперации энергии паразитной индуктивности при работе импульсного преобразователя со скважностью основного ключа, равной или выше 0.5.The claimed method and operation of the claimed device will be illustrated by the example of the implementation shown in FIG. 1. The general requirement for the operation of all converters is the requirement to observe the ampere-second balance for all capacitive components and the volt-second balance for all inductive components of the converter during the period of operation of the pulse switches. That is, the voltage across the auxiliary capacitor 101 should be sufficient to reversal the inductance or parasitic inductance of the load 107. Suppose that the voltage Ux across the capacitor 101 is large enough, and the auxiliary switch 105 is always open. Upon opening of the controllable pulse switch 106, the first cycle in FIG. 3, the load 107 is connected to the power supply, while the auxiliary capacitor 101 is discharged through the public switch 106 to the auxiliary inductance 102, and the auxiliary diode 104 in FIG. 1 is locked. The volt-second integral of the first cycle acting on the auxiliary choke 102 is equal to Ux * D * T, where D is the duty cycle and T is the period of the pulse switch 106. When the switch 106 is closed, the second cycle in FIG. 4, due to the load inductance 107, the current is not interrupted and is redirected through the auxiliary diode 104 to the first circuit, charging the capacitor 101 for a time until the energy of the load inductance runs out, at the same time through the diode 104 the choke 102 is discharged to the source 108, thus without losses recuperating back to the source the energy received from the capacitor 101 in the previous, first cycle. If the voltage Ux is large enough, then the load current dries up in a time shorter than the time of the second cycle, the diode 104 will close, and the inductance current 102 remaining until the beginning of the first cycle of the next period will flow through the first circuit into the load, see Fig. 5. In this way, energy is now recovered without loss directly to the load. But with large values of the duty cycle D of the pulse switch, the time of the second cycle (1-D) * T for magnetizing the load inductance is reduced, and the diode 104 will be open almost all the time of the second cycle, then the volt-second integral of the second cycle for inductor 102 is almost equal to -Uin (1-D) T, where Uin is the voltage of the power source 108. At high duty cycle values, the auxiliary capacitor 101 will discharge more into the choke 102, its voltage will decrease. Let us find the value of Ux at large D. Since the current of the auxiliary inductor must be continuous to increase the efficiency of the declared regenerative device, then for the inductor 102 it is possible to write down the volt-second balance for the entire period Ux * D * T = Uin (1-D) T, from here we find the equilibrium value voltage for auxiliary capacitor 101, Ux = Uin (1-D) / D. It can be seen that at large values of the duty cycle (D is close to 1), the voltage across the auxiliary capacitor 101 can be discharged by the auxiliary choke to small values and insufficient for the magnetization reversal of the load, which will lead to unstable operation of the converter, an increase in losses and other catastrophic consequences. Moreover, with an increase in the duty cycle, the value of the required magnetization reversal voltage for the load increases, since the time of application of the reverse voltage decreases according to (1-D) * T. To prevent excessive discharge of the capacitor in the first cycle of the pulse switch, an auxiliary switch 105 is provided, with the possibility of passive or active control. The switch 105 can be closed for a specific time interval of the first cycle, reducing the discharge time of the auxiliary capacitor, and be open during the second cycle to charge the auxiliary capacitor. This makes it possible to increase the range of operating values of the duty cycle of the impulse switch in comparison with known devices while maintaining the condition of current continuity for the auxiliary choke 102 and without disrupting the operation of the converter. In the known devices, it is impossible to provide the best conditions for recuperating the energy of the parasitic inductance when the pulse converter operates with the duty cycle of the main switch equal to or higher than 0.5.

Преимуществом предложенного решения является то, что оптимальные преобразователи, с точки зрения уменьшения действующих значений токов и увеличения эффективности по мощности, рассчитываются на работу с номинальной скважностью D около 0.5, а заявленное устройство позволит работу преобразователя при скважности более 0.5 и при этом будет иметь наилучшую эффективность рекупераThe advantage of the proposed solution is that the optimal converters, from the point of view of reducing the effective values of currents and increasing the power efficiency, are designed to operate with a nominal duty cycle D of about 0.5, and the declared device will allow the converter to operate at a duty cycle of more than 0.5 and at the same time will have the best efficiency. recuperator

- 4 038303 ции энергии индуктивности нагрузки так, как дроссель заявленного устройства рекуперации имеет возможность работать в режиме непрерывного тока. Кроме того, в этом режиме нет необходимости использовать вспомогательный диод, последовательно включенный к упомянутому дросселю, для предотвращения реверсии тока.- 4 038303 load inductance energy as the inductor of the claimed regenerative device has the ability to operate in continuous current mode. In addition, in this mode it is not necessary to use an auxiliary diode connected in series with said inductor to prevent current reversal.

В качестве нагрузки в заявленном устройстве может быть трансформатор, включенный по схеме обратноходового преобразования, например, с несимметрично нагруженной первичной индуктивностью (SEPIC), или собственно обратноходовой преобразователь (Flyback). На фиг. 6 показаны одна из реализаций заявленного устройства и его применение в схеме обратноходового преобразователя с гальванической развязкой. На фиг. 6 показано, что в качестве вспомогательного ключа 105 может использоваться транзистор, в данном случае полевой. В качестве нагрузки 107 применяется трансформатор с вторичной цепью, включенной по схеме обратноходового преобразователя. Вторичная цепь содержит выпрямляющий диод 112, конденсатор для сглаживания пульсаций 113 и может быть подключена нагрузка. На фиг. 6 показан случай, когда в качестве импульсного ключа 106 применяется транзистор, в данном случае полевой транзистор. Если принять, что напряжение на конденсаторе 101 достаточное для перемагничивания трансформатора 107 и вспомогательный ключ 105 всегда включен, то при условии, что ток первичной обмотки быстро падает при закрывании ключа 106, можно найти выражение для напряжения вспомогательного конденсатора: Ux=Uin. При этом известно, что необходимое напряжение первичной обмотки для перемагничивания обратноходового трансформатора 107 равно Uin*D/(1-D). Видно, что при значении скважности больше 0.5 напряжение на вспомогательном конденсаторе будет меньше необходимого для перемагничивания обратноходового трансформатора. Для предотвращения нежелательного явления задействуют ключ 105 заявленным выше методом. Кроме того, поскольку вспомогательный полевой транзистор 105 имеет встроенный диод, то возможен вариант работы, когда транзистор 105 может закрываться на некоторое число периодов импульсного ключа, пока вспомогательный конденсатор заряжается до определенного значения, и быть открытым какое-то число периодов, пока конденсатор 101 разряжается до минимального разрешенного значения напряжения. При этом при выключении ключа 106 заряд конденсатора 101 паразитной индуктивностью трансформатора 107 происходит через диод 104 и внутренний диод выключенного полевого транзистора 105, в случае транзистора 105, ориентированного проводить ток в том же направлении, что диод 104.The load in the claimed device can be a transformer connected according to a flyback conversion circuit, for example, with an asymmetrically loaded primary inductance (SEPIC), or a flyback converter itself. FIG. 6 shows one of the implementations of the claimed device and its application in the flyback converter circuit with galvanic isolation. FIG. 6 shows that a transistor, in this case a field-effect transistor, can be used as an auxiliary switch 105. A transformer with a secondary circuit connected according to the flyback converter circuit is used as the load 107. The secondary circuit contains a rectifier diode 112, a ripple dampening capacitor 113, and a load can be connected. FIG. 6 shows a case where a transistor, in this case a field-effect transistor, is used as the pulse switch 106. If we assume that the voltage across the capacitor 101 is sufficient to reverse the magnetization of the transformer 107 and the auxiliary switch 105 is always on, then, provided that the primary winding current drops rapidly when the switch 106 is closed, an expression for the auxiliary capacitor voltage can be found: Ux = Uin. It is known that the required voltage of the primary winding for the magnetization reversal of the flyback transformer 107 is equal to Uin * D / (1-D). It can be seen that when the duty cycle is greater than 0.5, the voltage on the auxiliary capacitor will be less than that required for the magnetization reversal of the flyback transformer. To prevent an undesirable phenomenon, the key 105 is used according to the above method. In addition, since the auxiliary field-effect transistor 105 has a built-in diode, it is possible to operate when the transistor 105 can be closed for a certain number of periods of the pulse switch while the auxiliary capacitor is charged to a certain value, and be open for a certain number of periods while the capacitor 101 is discharged. to the minimum allowed voltage value. In this case, when the switch 106 is turned off, the capacitor 101 is charged by the parasitic inductance of the transformer 107 through the diode 104 and the internal diode of the turned off field-effect transistor 105, in the case of the transistor 105, oriented to conduct current in the same direction as the diode 104.

Вспомогательный ключ заявленного устройства рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя может быть управляем активно, то есть синхронизированно с импульсным ключом, например, с помощью контроллера управляющего импульсным ключом.The auxiliary switch of the claimed device for recuperating the dissipation energy of the flyback converter transformer can be actively controlled, that is, synchronized with the pulse switch, for example, using a controller that controls the pulse switch.

В заявленном устройстве вспомогательный ключ может быть управляем пассивно, например с помощью дополнительной вспомогательной обмотки трансформатора, для питания управляющей пассивной схемы и генерирования сигналов управления вспомогательным ключом. На фиг. 6 реализован пассивный метод управления по уровню напряжения на вспомогательном конденсаторе, когда управление вспомогательным ключом осуществляется схемой компаратора 201, закрывающим ключ 105, если конденсатор 101 разрядился до минимально разрешенного напряжения, и открывающим ключ 105, если конденсатор 101 зарядился с запасом над минимально разрешенным напряжением. Для измерения напряжения на конденсаторе 101 использован делитель 203, например резистивный. Здесь, в частности, вспомогательный конденсатор 101 является источником питания пассивной схемы управления 200.In the claimed device, the auxiliary switch can be controlled passively, for example, by means of an additional auxiliary winding of the transformer, to power the control passive circuit and generate control signals for the auxiliary switch. FIG. 6, a passive method of controlling the voltage level on the auxiliary capacitor is implemented, when the auxiliary switch is controlled by the comparator circuit 201, which closes the switch 105 if the capacitor 101 is discharged to the minimum allowed voltage, and opens the switch 105 if the capacitor 101 is charged with a margin above the minimum allowed voltage. A divider 203, for example a resistive divider, is used to measure the voltage across the capacitor 101. Here, in particular, the auxiliary capacitor 101 is the power supply for the passive driving circuit 200.

В качестве нагрузки в заявленном устройстве может быть трансформатор, включенный по схеме прямоходового преобразователя (Forward), как показано на фиг. 7. На фиг. 7 показана одна из реализаций заявленного устройства, когда в качестве нагрузки 107 используется трансформатор, включенный по схеме прямоходового преобразователя. На фиг. 7 дополнительно введены выпрямительный диод 115, выходной дроссель 114.The load in the claimed device can be a transformer connected according to the Forward converter circuit, as shown in FIG. 7. FIG. 7 shows one of the implementations of the claimed device, when the load 107 is a transformer connected according to the forward converter circuit. FIG. 7 additionally introduced rectifier diode 115, output choke 114.

Заявленное устройство может включать дополнительно второй вспомогательный диод 103, показанный на фиг. 7, последовательно включенный с вспомогательным дросселем 102, причем последовательность включения может быть любой. Второй вспомогательный диод должен быть ориентирован в направлении выпрямления тока в сторону положительного электрода источника питания 108 и служит для предотвращения реверсии тока в дросселе 102 при существенных пульсациях тока в нем.The claimed device may additionally include a second auxiliary diode 103 shown in FIG. 7, connected in series with an auxiliary choke 102, and the sequence of activation can be any. The second auxiliary diode should be oriented in the direction of current rectification towards the positive electrode of the power source 108 and serves to prevent the current reversal in the choke 102 with significant current ripple in it.

В заявленном устройстве вспомогательный дроссель может быть интегрирован с трансформатором, то есть представляет собой дополнительную вспомогательную обмотку трансформатора, имеющую сцепление магнитного потока с первичной обмоткой трансформатора, как показано на фиг. 8. В качестве вспомогательной индуктивности 102 используется дополнительная обмотка Naux - 102, например, обратноходового трансформатора 107.In the claimed device, the auxiliary choke can be integrated with the transformer, that is, it is an additional auxiliary winding of the transformer, having a magnetic flux coupling with the primary winding of the transformer, as shown in FIG. 8. As an auxiliary inductance 102, an additional Naux-102 winding is used, for example, a flyback transformer 107.

Вспомогательный дроссель или вспомогательная обмотка, используемая в качестве вспомогательного дросселя, может иметь ответвление для питания других внешних или внутренних цепей устройства, например схемы управления и т.п. На фиг. 8 показано, что питание некоторой схемы 117, например контроллера импульсного ключа, осуществляется вспомогательной обмоткой 102 с ответвлением через диод 116.The auxiliary inductor, or the auxiliary winding used as the auxiliary inductor, may be tapped to supply other external or internal circuits of the device, such as control circuits and the like. FIG. 8 shows that a circuit 117, such as a switching controller, is powered by an auxiliary winding 102 tapped through a diode 116.

Во всех реализациях заявленное устройство может включать датчик тока, подключенный электрически последовательно с импульсным ключом для измерения тока импульсного ключа и осуществления различных схем контроля.In all implementations, the claimed device may include a current sensor connected electrically in series with the pulse switch to measure the pulse switch current and implement various control schemes.

Claims (20)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Устройство рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя, включающее по крайней мере один источник однополярного электрического питания, по крайней мере одну нагрузку и по крайней мере один контролируемый импульсный ключ, такие, что упомянутые нагрузка, импульсный ключ и источник питания электрически подключены последовательно;1. A device for recuperating the energy dissipation of the flyback converter transformer, including at least one unipolar power supply source, at least one load and at least one controlled pulse switch, such that said load, pulse switch and power supply are electrically connected in series; по крайней мере одну первую электрическую цепь, включающую по крайней мере один вспомогательный конденсатор;at least one first electrical circuit including at least one auxiliary capacitor; по крайней мере один первый вспомогательный диод, электрически подключенный последовательно к первой цепи;at least one first auxiliary diode electrically connected in series with the first circuit; по крайней мере одну вторую электрическую цепь, включающую по крайней мере один вспомогательный дроссель, и вторая цепь электрически подключена к электроду последовательного соединения первого вспомогательного диода к первой цепи, и причем последовательно включенные первый вспомогательный диод и первая цепь электрически подключены параллельно к упомянутой нагрузке так, что первая цепь подключена к электроду последовательного соединения упомянутой нагрузки к упомянутому импульсному ключу, а вторая цепь и первый вспомогательный диод электрически подключены параллельно к упомянутому источнику питания таким образом, что первый вспомогательный диод ориентирован в направлении выпрямления тока в сторону положительного электрода источника питания, и отличающееся тем, что первая электрическая цепь дополнительно включает по крайней мере один вспомогательный ключ, последовательно электрически подключенный к упомянутому вспомогательному конденсатору, с возможностью пассивного или активного управления упомянутым вспомогательным ключом для предотвращения разряда упомянутой вспомогательной емкости ниже задаваемого значения, например, размыкая первую цепь на все время или долю времени открытого состояния упомянутого импульсного ключа.at least one second electrical circuit including at least one auxiliary choke, and the second circuit is electrically connected to an electrode of the series connection of the first auxiliary diode to the first circuit, and wherein the first auxiliary diode and the first circuit are connected in series in parallel to said load so, that the first circuit is connected to the electrode of the series connection of said load to the said pulse switch, and the second circuit and the first auxiliary diode are electrically connected in parallel to the said power supply in such a way that the first auxiliary diode is oriented in the direction of rectifying the current towards the positive electrode of the power supply, and different in that the first electrical circuit additionally includes at least one auxiliary switch electrically connected in series to said auxiliary capacitor, with the possibility of passive or active control with said auxiliary switch to prevent the discharge of said auxiliary capacitance below a predetermined value, for example, by opening the first circuit for the entire time or a fraction of the time of the open state of said pulse switch. 2. Устройство по п.1, включающее по крайней мере один дополнительный конденсатор, включенный параллельно упомянутому источнику питания.2. The device according to claim 1, including at least one additional capacitor connected in parallel with said power supply. 3. Устройство по п.1, в котором упомянутый вспомогательный ключ содержит по крайней мере один полевой транзистор, который может быть ориентирован так, что его внутренний диод выпрямляет ток в направлении, в котором выпрямляет первый вспомогательный диод, последовательно подключенный к первой цепи.3. The apparatus of claim 1, wherein said auxiliary switch comprises at least one field-effect transistor that can be oriented such that its internal diode rectifies current in the direction in which it rectifies the first auxiliary diode connected in series to the first circuit. 4. Устройство по п.1, в котором упомянутый импульсный ключ содержит по крайней мере один полевой транзистор с возможностью управления от широтно-импульсного или частотно-импульсного модулирующего контроллера.4. The device according to claim 1, wherein said pulse switch comprises at least one field-effect transistor controllable from a pulse-width or pulse-frequency modulating controller. 5. Устройство по п.1, в котором упомянутая нагрузка включает по крайней мере один трансформатор, причем первичная обмотка упомянутого трансформатора включена последовательно с упомянутыми источником питания и импульсным ключом.5. An apparatus according to claim 1, wherein said load comprises at least one transformer, and the primary winding of said transformer is connected in series with said power supply and a pulse switch. 6. Устройство по п.5, в котором упомянутый трансформатор используется по топологии обратноходового преобразования.6. The apparatus of claim 5, wherein said transformer is used in a flyback topology. 7. Устройство по п.5, в котором упомянутый трансформатор используется по топологии прямоходового преобразования.7. The apparatus of claim 5, wherein said transformer is used in a forward conversion topology. 8. Устройство по п.5, в котором вспомогательный дроссель интегрирован с упомянутым трансформатором, то есть представляет собой вспомогательную обмотку, имеющую сцепление магнитного потока с первичной обмоткой упомянутого трансформатора.8. The apparatus of claim 5, wherein the auxiliary choke is integrated with said transformer, that is, it is an auxiliary winding having magnetic flux engagement with the primary winding of said transformer. 9. Устройство по п.1, в котором упомянутый вспомогательный дроссель имеет ответвление для питания внешних или внутренних электрических цепей заявленного устройства.9. The device according to claim 1, wherein said auxiliary choke has a branch for supplying external or internal electrical circuits of the claimed device. 10. Устройство по п.8, в котором упомянутая вспомогательная обмотка трансформатора имеет ответвление для питания внешних или внутренних электрических цепей заявленного устройства.10. A device according to claim 8, wherein said auxiliary transformer winding has a branch for supplying external or internal electrical circuits of the claimed device. 11. Устройство по п.1, включающее по крайней мере один датчик тока, электрически последовательно включенный с импульсным ключом.11. The device according to claim 1, including at least one current sensor, electrically connected in series with the pulse switch. 12. Устройство по п.1, в котором вторая электрическая цепь включает по крайней мере один второй вспомогательный диод, последовательно электрически подключенный к упомянутому вспомогательному дросселю, причем второй вспомогательный диод полярно ориентирован так, что выпрямляет ток в направлении положительного электрода упомянутого источника питания.12. The apparatus of claim 1, wherein the second electrical circuit includes at least one second auxiliary diode in series electrically connected to said auxiliary inductor, the second auxiliary diode being polarly oriented so as to rectify current towards the positive electrode of said power source. 13. Способ рекуперации энергии рассеяния трансформатора обратноходового преобразователя, использующий устройство по п.1, в котором на первом цикле открывают упомянутый импульсный ключ, при этом упомянутый вспомогательный конденсатор разряжается на упомянутый вспомогательный дроссель через импульсный ключ и упомянутый вспомогательный ключ;13. A method for recuperating the dissipation energy of a flyback converter transformer using the device according to claim 1, wherein said pulse switch is opened in the first cycle, said auxiliary capacitor being discharged to said auxiliary choke through the pulse switch and said auxiliary switch; на втором цикле закрывают импульсный ключ, тогда сначала ток нагрузки перенаправляется через первый вспомогательный диод в первую цепь, запасая энергией упомянутый вспомогательный конденса- 6 038303 тор до тех пор, пока энергия индуктивности нагрузки не иссякнет, при этом ток вспомогательного дросселя рекуперируется в упомянутый источник питания, а по истечении энергии индуктивности нагрузки первый вспомогательный диод закрывается, после чего ток вспомогательного дросселя теперь течет по первой цепи в нагрузку, таким образом, энергия, запасенная во вспомогательном дросселе и вспомогательном конденсаторе, рекуперируется в нагрузку, и отличающийся тем, что упомянутый вспомогательный ключ размыкают в первом цикле, на все время или часть времени первого цикла, для предотвращения разряда вспомогательного конденсатора ниже установленного значения напряжения.on the second cycle, the impulse switch is closed, then first the load current is redirected through the first auxiliary diode to the first circuit, storing the energy of the said auxiliary capacitor - 6 038303 torr until the energy of the load inductance runs out, while the auxiliary inductor current is recovered to the said power source , and after the energy of the load inductance has expired, the first auxiliary diode closes, after which the auxiliary choke current now flows through the first circuit to the load, thus the energy stored in the auxiliary choke and the auxiliary capacitor is recovered to the load, and characterized in that said auxiliary switch open in the first cycle, for all or part of the time of the first cycle, to prevent the auxiliary capacitor from discharging below the set voltage value. 14. Способ по п.13, в котором упомянутый вспомогательный ключ содержит по крайней мере один полевой транзистор.14. The method of claim 13, wherein said auxiliary switch comprises at least one field effect transistor. 15. Способ по п.13, в котором упомянутый импульсный ключ содержит по крайней мере один полевой транзистор с возможностью управления от широтно-импульсного или частотно-импульсного модулирующего контроллера.15. The method of claim 13, wherein said pulse switch comprises at least one field-effect transistor controllable from a pulse-width or pulse-frequency modulating controller. 16. Способ по п.13, в котором вторая электрическая цепь включает по крайней мере один второй вспомогательный диод, последовательно электрически подключенный к упомянутому вспомогательному дросселю, причем второй вспомогательный диод полярно ориентирован так, что выпрямляет ток в направлении первой цепи.16. The method of claim 13, wherein the second electrical circuit includes at least one second auxiliary diode in series electrically connected to said auxiliary inductor, the second auxiliary diode being polarly oriented so as to rectify current in the direction of the first circuit. 17. Способ по п.13, в котором упомянутая нагрузка включает по крайней мере один трансформатор, причем первичная обмотка упомянутого трансформатора включена последовательно с упомянутыми источником питания и импульсным ключом.17. The method of claim 13, wherein said load comprises at least one transformer, wherein the primary winding of said transformer is connected in series with said power supply and a pulse switch. 18. Способ по п.17, в котором упомянутый трансформатор используется по топологии обратноходового преобразования.18. The method of claim 17, wherein said transformer is used in a flyback topology. 19. Способ по п.17, в котором упомянутый трансформатор используется по топологии прямоходового преобразования.19. The method of claim 17, wherein said transformer is used in a forward conversion topology. 20. Способ по п.17, в котором вспомогательный дроссель интегрирован с упомянутым трансформатором, то есть представляет собой вспомогательную обмотку, имеющую сцепление магнитного потока с первичной обмоткой упомянутого трансформатора.20. A method according to claim 17, wherein the auxiliary choke is integrated with said transformer, that is, is an auxiliary winding having magnetic flux engagement with the primary winding of said transformer.
EA201900050A 2019-01-03 2019-01-03 Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer EA038303B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201900050A EA038303B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201900050A EA038303B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201900050A1 EA201900050A1 (en) 2020-07-31
EA038303B1 true EA038303B1 (en) 2021-08-06

Family

ID=71833502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201900050A EA038303B1 (en) 2019-01-03 2019-01-03 Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA038303B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118263917B (en) * 2024-04-11 2024-12-13 常州市创联电源科技股份有限公司 Battery control system, method and device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365171A (en) * 1980-12-23 1982-12-21 General Electric Company Low loss snubber circuit
US6473318B1 (en) * 2000-11-20 2002-10-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
RU32331U1 (en) * 2003-05-15 2003-09-10 Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие-ИРБИС" Flyback DC-DC Converter
US20140204620A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Tdk-Lambda Uk Limited Converter
WO2016155737A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Linak A/S A flyback converter with a snubber circuit
CN205911955U (en) * 2016-07-19 2017-01-25 深圳南云微电子有限公司 Active clamping's flyback converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365171A (en) * 1980-12-23 1982-12-21 General Electric Company Low loss snubber circuit
US6473318B1 (en) * 2000-11-20 2002-10-29 Koninklijke Philips Electronics N.V. Leakage energy recovering system and method for flyback converter
RU32331U1 (en) * 2003-05-15 2003-09-10 Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие-ИРБИС" Flyback DC-DC Converter
US20140204620A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 Tdk-Lambda Uk Limited Converter
WO2016155737A1 (en) * 2015-03-31 2016-10-06 Linak A/S A flyback converter with a snubber circuit
CN205911955U (en) * 2016-07-19 2017-01-25 深圳南云微电子有限公司 Active clamping's flyback converter

Also Published As

Publication number Publication date
EA201900050A1 (en) 2020-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100481065B1 (en) single ended forward DC-TO-DC converter providing enhanced resetting for synchronous rectification
US7746670B2 (en) Dual-transformer type of DC-to-DC converter
US7768807B2 (en) Bidirectional no load control with overshoot protection
US5625541A (en) Low loss synchronous rectifier for application to clamped-mode power converters
US6198260B1 (en) Zero voltage switching active reset power converters
US7869235B2 (en) Flyback converter having an active snubber
US8743565B2 (en) High power converter architecture
US20180337610A1 (en) PWM Controlled Resonant Converter
US9019724B2 (en) High power converter architecture
US6906930B2 (en) Structure and method for an isolated boost converter
EP0622891A2 (en) Low loss synchronous rectifier for application to clamped-mode power converters
US20110127976A1 (en) Multiphase soft-switched dc-dc converter
JP2004514398A (en) Leak energy recovery system and method for flyback converter
KR20020074206A (en) Voltage clamping system and method for a dc/dc power converter
US20100328971A1 (en) Boundary mode coupled inductor boost power converter
US20200251992A1 (en) Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching
JP2015159710A (en) energy recovery snubber
US5379206A (en) Low loss snubber circuit with active recovery switch
JP2014143911A (en) Converter
US5457379A (en) High efficiency switch mode regulator
TWI723533B (en) Flyback power-converting device with zero-voltage switching and method for flyback converting power with zero-voltage switching
US20110199802A1 (en) Single ended power converters operating over 50% duty cycle
EA038303B1 (en) Method and device to recuperate the dissipated power of inverse converter transformer
US10014765B2 (en) Single stage power factor correction converter
JP6945429B2 (en) Insulated switching power supply
点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载