Полумостовой преобразователь постоянного напряжения
HALF-BRIDGE CONSTANT VOLTAGE CONVERTER

Изобретение предназначено для преобразования постоянного напряжения в импульсное переменное и может найти широкое применение в различных областях техники, в том числе в источниках вторичного электропитания, источниках бесперебойного питания, преобразователях постоянного напряжения в переменное.
Известен полумостовой преобразователь постоянного напряжения состоящий из двух силовых транзисторов, двух трансформаторных драйверов управления силовыми транзисторами и устройства управления [1].
Недостатком такого преобразователя является узкий диапазон частоты управления преобразователем и невысокое качество управляющих сигналов силовыми транзисторами из-за паразитных элементов трансформаторов драйверов управления.
Известен полумостовой преобразователь постоянного напряжения, состоящий из двух силовых МОП транзисторов, двух драйверов управления силовыми транзисторами с внутренней трансформаторной гальванической развязкой по принципу модуляция-демодуляция, гальванически развязанного двухканального источника вспомогательного питания драйверов управления и устройства управления [2].
Недостатки известного устройства. Питание драйверов управления осуществляется двухканальным гальванически развязанным источником вспомогательного питания драйверов управления, что повышает стоимость устройства и его сложность.
Наиболее близким техническим решением является полумостовой преобразователь постоянного напряжения состоящий из двух силовых МОП транзисторов, двух драйверов управления верхним и нижним силовыми транзисторами с внутренней трансформаторной гальванической развязкой по принципу модуляция-демодуляция, одноканального источника вспомогательного питания без гальванической развязки, схемы «бустерного» питания верхнего драйвера состоящего из конденсатора, диода и резистора, устройства управления [3].
Недостатком данного преобразователя является отсутствие питания драйвера управления верхнего силового транзистора при включении устройства, т.к. первичный заряд «бустерного» конденсатора происходит при открывании нижнего силового транзистора. При подаче питания напряжение сток-исток обоих транзисторов равно половине напряжения питания. При открывании нижнего силового транзистора происходит резкое возрастание напряжение сток-исток верхнего транзистора, что приводит к быстрому перезаряду паразитной емкости затвор-сток силового транзистора, что при отсутствии нормального напряжения питания драйвера управления верхнего транзистора и как следствие отсутствие его нормального управления происходит возрастание напряжения затвор-исток верхнего транзистора с переходом его в открытое состояние и появлению сквозных токов, что резко снижает надежность работы преобразователя.
Технический результат изобретения: создание простого универсального полумостового преобразователя постоянного напряжения с гальванически развязанным управлением, с обеспечением «мягкого» первоначального включения преобразователя с отсутствием «сквозного тока».
Технический результат достигается тем, что в полумостовом преобразователе постоянного напряжения, состоящем из верхнего 8 и нижнего 9 силовых МОП транзисторов (фиг. 1), двух драйверов управления 3 и 4 верхним и нижним силовыми транзисторами с внутренней трансформаторной гальванической развязкой по принципу модуляция-демодуляция, одноканального источника вспомогательного питания без гальванической развязки 2, схемы «бустерного» питания верхнего драйвера состоящего из конденсатора 7, диода бустерной цепи 6 и резистора бустерной цепи 5, устройства управления 1, введено сопротивление 10 включенное параллельно выводам сток-исток нижнего силового транзистора 9.
За счет введенного внешнего сопротивления 10, при подаче на преобразователь напряжения питания Епит на нижнем силовом транзисторе 9 напряжение сток-исток остается близким к нулю, а на верхнем равно напряжению питания. Одновременно происходит заряд «бустерного» конденсатора 7 от источника вспомогательного питания 2 через открытый диод 6 и резистор 5. При появлении управляющего напряжения на драйвер управления нижнего силового транзистора 9, открывание последнего не приводит к изменению напряжения сток-исток 8 и соответственно появлению отпирающего напряжения на затворе 8 и «сквозного» тока в силовых транзисторах, что значительно повышает надежность функционирования.
Данное техническое решение было апробировано на DC-DC преобразователе постоянного напряжения 400 В в постоянное 12 В, мощностью 3 кВт для электротранспорта. Испытания подтвердили эффективность предложенного решения.
Источники информации
1. AN-6104. LLC Resonant Converter Design using FAN7688. Fairchild Semiconductor Corporation, 2015 г.
2. EiceDRIVER™ Driver IC Evaluation Board EVAL_1ED020I12-BT Application Note. Infineon Technologies AG. www.infineon.com.
3. 3 kW dual-phase LLC demo board. Application Note. Infineon Technologies AG. www.infineon.com.