Стабилизированный понижающий преобразователь постоянного напряжения

 

1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПОНИЖАЮЩИР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий четыре управляемых от задающего генератора ключа, соединенных по схеме мостового инвертора , первый входной вывод которого подключен к первому входному зажиму преобразователя, второй входной вывод через первый регулирующий транзистор подключен к первому выходному зажиму преобразователя, каждый из выходных выводов инвертора через соответствующие СД-цепочки из последовательно соединенных основного конденсатора и зарядного диода связаны с первым выходным зажимом преобразователя, два разрядных диода, каждый из которых подключен между вторым выходным зажимом преобразователя и общей точкой соединения соответствующих основного конденсатора и зарядного диода, причем второй выходной и второй входной зажимы преобразоателя объединены. а управляющий вход первого регулируюп (его транзистора подключен к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД при расширении пределов изменения входного напряжения, каждая из указанных СД-цепочек связана с первым выходным зажимом через соответствующий дополнительный транзистор, управляющий электрод каждого из которых связан с задающим генератором, а также через соответствующий развязывающий диод и второй регулирующий транзистор - с вторым входным зажимом преобразователя , а общие точки соединеi ния каждого из зарядных диодов и дополнительных транзисторов через соответствующие дополнительные конденсаторы подключены к соответствующим входным выводам мостового выпрямителя , выход которого подключен к выходным зажимам преобразователя, управляющий вход -второго регулирующего транзистора подключен к блоку управления , 2. Преобразователь по п. 1, отел личающийся тем, что блок со со управления содержит две схемы сравнения , вход первой из них подключен к выходу преобразователя, вход второй - к второму выходу инвертора, а выходы указанных схем подключены к управляющим переходам соответствую щих регулирующих транзисторов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) асов Н 02 M 3/155

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3585800/24-07 (22) 27.04.83 (46) 30.07.84. Бюл. N 28 (72) И.Г. Гузовский, В.А. Поляков и А.М. Кашкаров (53) 621.3 14.88(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 442558, кл. Н 02 M 3/ 18, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

11 - 951592, кл. Н 02 M 3/18, 1980. (54) (57) 1. СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий четыре управляемых от задающего генератора ключа, соединенных по схеме мостового инвертора, первый входной вывод которого подключен к первому входному зажиму преобразователя, второй входной вывод через первый регулирующий транзистор подключен к первому выходному зажиму преобразователя, каждый из выходных выводов инвертора через соответ ствующие Сд-цепочки из последовательно соединенных основного конденсатора и зарядного диода связаны с первым выходным зажимом преобразователя, два разрядных диода, каждый из которых подключен между вторым выходным зажимом преобразователя и общей точкой сое динения соответствующих основного конденсатора и зарядного диода, причем второй выходной и второй входной зажимы преобраэоателя объединены, а управляющий вход первого регулирую- щего транзистора подключен к блоку управления, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при расширении пределов изменения входного напряжения, каждая из указанных

СД-цепочек связана с первым выходным зажимом через соответствующий дополнительный транзистор, управляющий электрод каждого из которых связан с задающим генератором, а также через соответствующий развязывающий диод и второй регулирующий транзистор — с вторым входным зажимом преобразователя, а общие точки соединения каждого из зарядных диодов и дополнительных транзисторов через соответствующие дополнительные конденсаторы подключены к соответствующим С входным выводам мостового выпрямителя, выход которого подключен к вы- g ходным зажимам преобразователя, управляющий вход второго регулирующего laaL транзистора подключен к блоку управ- фивы ления. CO

2. Преобразователь по п. 1, о т- д л и ч а ю шийся тем, что блок цр управления содержит две схемы сравнения, вход первой из них подключен к выходу преобразователя, вход второй — к второму выходу инвертора, а выходы указанных схем подключены к управляющим переходам соответствующих регулирующих транзисторов.

1 11059

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания.

Известен понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзистора, два диада и два конденсатора Р1 3.

Недостатком данного преобразователя является изолированность его выхода 10 относительно источника питания, что ограничивает его использования.

Наиболее близким к изобретению является стабилизированный понижающий преобразователь постоянного на- 15 пряжения, содержащий четыре управляемых от задающего генератора ключа, соединенных по схеме мостового инвертора, первый входной вывод которого подключен к первому входному зажиму 20 преобразователя, второй входной вывод через первый регулирующий транзистор подключен к первому выходному зажиму преобразователя, каждый из выходных выводов инвертора через соот- 25 ветствующие СД-цепочки из последовательно соединенных основного конденсатора и зарядного диода связаны с Первым выходным зажимом преобразователя, два разрядных диода, каждый из которых включен между вторым выходным зажимом преобразователя и общей точкой соединения соответствующих основного Конденсатора и зарядного диода, причем второй выходной и второй вход- ной зажимы преобразователя объединены, а управляющий вход первого регулирующего транзистора подключен к блоку управления (2 1.

В этом преобразователе коэффициент деления входного напряжения на входе регулирующего транзистора равен двум и в процессе стабилизации выходного напряжения все приращение Входного напряжения от его минимального зна45 чения компенсируется увеличением паде. ния напряжения на регулирующем транзисторе. Поэтому при изменении входного напряжения в 1пироких пределах коэффициент полезного действия та50 кого стабилизированного преобразователя при номинальном значении входного напряжения невысок, а его величина уменьшается пропорционал1,но увеличению входного напряжения.

Целью изобретения является повы55 шение КПД при расширении допустимых пределов изменения входного напряжения.

Цель достигается тем, что в стабилизированном понижающем преобразователе постоянного напряжения, содержащем четыре управляемых от задаю щего генератора ключа, соединенных по схеме мостового инвертора, первый входной вывод которого подключен к первому входному зажиму преобразователя, второй входной вывод через первый регулирующий транзистор подключен к первому выходному зажиму преобразоВателя каждый из Выходных Выводов ин . вертора через соответствующие СД-цепочки из последовательно соединенных основного конденсатора и зарядного диода связаны с первым выходным зажимом преобразователя, два разрядных диода, каждый из которых включен между вторым выходным зажимом преобразователя и общей точкой соединения соответствующих основного конденсатора и зарядного диода, причем второй выходной и второй входной зажимы преобразователя объединены, а управляющий вход первого регулирующего транзистора подключен к блоку управления, каждая из указанных СД-цепочек связана с первым выходным зажимом через соответствующий дополнительный транзистор, управляющий электрод каждого из которых связан с задающим генератором, а также через соответствующий развязывающий диод и второй регулирующий транзистор — с вторым входным зажимом преобразователя, а общие точки соединения каждого из зарядных диодов и дополнительн61х транзисторов через соответствующие дополнительные конденсаторы подключены к соответствующим входным выводам мостового выпрямителя, выход которого подключен к выходным зажимам преобразователя, управляющий вход второго регулирующего транзисто" ра подключен к блоку управления..

Блок управления может содержать две схемы сравнения, где вход первой из них подключен к выходу.преобразователя, вход второй — к второму выходу инвертора, а выходы указанных схем подключены к управляющим переходам соответствующих регулирующих транзисторов.

На чертеже приведена схема стабилизированного понижающего преобразователя постоянного напряжения.

Преобразователь содержит транзисторы 1-4 (управляемые ключи), соединенные по схеме мостового инвертора, 1105 з и диоды 5-8, образующие мостовой выпрямитель. Первый входной вывод инвертора, образованный соединением эмиттеров транзисторов 1-3, подключен к первому (положительному) входному зажиму преобразователя, второй входной вывод инвертора, образованный соединением коллекторов транзисторов

2 и 4, подключен к коллектору первого регулирующего транзистора 9. Первый выходной вывод мостового выпрямителя, образованный соединением катодов диодов 6 и 8, подсоединен к эмиттеру первого регулирующего транзистора 9 и первому выходному (положительному) зажиму преобразователя.

Выходные выводы инвертора, образованные соединением коллекторов транзисторов 2 и 4, подключены к входным выводам мостового выпрямителя, образованного соединением соответственно анодов диодов 6 и 8 с катодами диодов 5 и 7 через конденсаторно-диодные цепочки 10-12 и 13-15. Цепочка из последовательно и поочередно соединенных основного конденсатора 10, зарядного диода 11 и второго дополнительного конденсатора 12 соединяет эмиттер транзистора 2 с анодом диода

6. Вторая цепочка из последовательно и поочередно соединенных основного конденсатора 13, зарядного диода 14 и дополнительного-конденсатора 15 соединяет эмиттер транзистора 4 с анодом диода 8. Общая точка соедине35 ния диода 11 и конденсатора 12 подклю. чена к эмиттеру дополнительного транзистора 16, а общая точка соединения диода 14 и конденсатора 15 подключена к эмиттеру второго дополнительного

40 транзистора 17.Коллекторы транзисторов 16 и 17 соединены с первым t положительным выходным зажимом преобразователя. Вазы транзисторов 16 и 17соответственно через диоды 18 и 19 подключены к выходу задающего генера45 тора 20, а через развязывающие диоды 21 и 22 — к коллектору второго регулирующего транзистора 23. Разряд1 ные диоды 24 и 25 катодами подключе ны соответственно к общим точкам сое- цинения отрицательного вывода основного конденсатора 10 с анодом зарядного диода 11 и отрицательного вывода основного конденсатора 13 с анодом зарядного диода 14. Аноды диодов ,5, 7, 24, 25 и эмиттер транзистора

23 подключены к объединенным (отрицательным) второму входному и второму

991 4 выходному зажимам преобразователя.

Нагрузка 26 подключена к выходным зажимам преобразователя. Источник опорного напряжения 27 подключен к двум схемам сравнения с усилителями постоянного тока 28 и 29 блока управления 30 регулирующих транзисторов

9 и 23. Измерительный вход схемы сравнения 28 подключен к эмиттеру регулирующего транзистора 9, а ее выход через усилитель постоянного тока — к базе регулирующего транзистора 9. Вход схемы сравнения 29 подключен к коллектору регулирующего транзистора 9, а ее выход через усилитель постоянного тока — к базе регулирующего транзистора 23.

Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения работает следующим образом.

В один полупериод напряжения задающего генератора 20 открыты ключи и 4, закрыты ключи 2 и 3. При минималь. ном входном напряжении, равном 2Е, где Š— стабилизированное напряжение на выходе преобразователя, полностью открыты дополнительные тиристоры 16 и 17 по цепи: "минус" источника питания, транзистор 23, диоды 21 и 22.

Происходит заряд конденсатора 10 через ключ 1, диод 11, транзистор 16, нагрузку 26 и разряд конденсатора 13 на нагрузку 26 через ключ 4, транзистор 9, диод 25.

Во второй полупериод напряжения генератора 20 открыты ключи 2 и 3, закрыты ключи 1 и 4, аналогично происходит заряд конденсатора 13 через ключ 3, диод 14, транзистор 17, на грузку 26 и разряд конденсатора 10 на нагрузку через ключ 2, транзистор 9 и диод 24. Следовательно, заряд конденсаторов 10 и 13 осуществляется через нагрузку 26, а их разряд на нагрузку через регулирующий элементтранзистор 9, а так как регулирующий транзистор 9 открыт полностью при минимальном входном напряжении, то постоянная времени заряда конденсатора 10 и 13 равна постоянной времени разряда — равны RC, где R— сопротивление нагрузки 26, а С вЂ” емкость конденсаторов 10 и 13. Поэтому напряжение на нагрузке 26 равно поло-вине входного напряжения (без учета потерь на диодах и ключах преобразователя). При подзакрывании транзистора 9 постоянная времени разряда становится больше постоянной времени

1105991 заРяда конденсаторов 10 и 13, в результате напряжение на нагрузке уменьшается и таким образом в преобразователе осуществляется регулирование выходного напряжения. 5

Когда транзистор 23 закрыт (при напряжении на входе преобразователя превышающем 3E), транзисторы 16 и 17 переключаются синфазно соответственно с транзисторами 2 и 4. При этом происходит заряд конденсаторов 10 и 12 при их последовательном соединении через ключ 1, диоды 11, 6 и нагрузку 26, разряд же происходит при параллельном подключении конденсато- 15 ров 10 и 12 к нагрузке 26. Конденсатор 10 подключается параллельно нагрузке 26 через открытый ключ 2, транзистор 9, диод 24, а конденсатор 12— через открытый ключ 16 и диод 5. Во 20 второй полупериод управляющего напряжения генератора 20 аналогично происходит заряд конденсаторо 13 и 15 при их последовательном соединении через нагрузку 26, диоды 8 и 14 и от- 25 крытый ключ 3 и разряд этих конденсаторов на нагрузку 26 при их параллельном соединении через ключ 4, транзистор 9, ключ 17 диоды 25 и 7. Таким образом происходит деление входного 30 напряжения на нагрузке в три раза.

C увеличением входного напряжения больше ЗЕ соответственно сигналу схемы сравнения с усилителя постоянного тока 28 происходит подзакрывание регулирующего транзистора 9, и все дальнейшее приращение входного напряжения компенсируется увеличением падения напряжения на регулирующем транзисторе 9, обеспечивая тем самым стабилизацию напряжения на нагрузке

26 с заданной точностью.

При изменении входного напряжения от ЗЕ до 2Е деление входного напряжения в три раза не обеспечивает стабилизацию напряжения Е на нагрузке, так как напряжение на конденсаторах

10 и 13, а следовательно, и на силовом входе регулирующего транзистора 9 становится менее Е. Поэтому по сигналу схемы сравнения с усилителем постоянного тока 29 приоткрывается транзистор 23 и через диоды 21, 22 и транзисторы 16 и 17 в моменты заряда соответственно конденсаторов 10 и 13 происходит перераспределение величин напряжения на конденсаторах 10 и 12 и соответственно 13 и 15. При этом конденсаторы 10 и 13 заряжаются до большого значения напряжения, чем конденсаторы 12 и 15 с тем условием, чтобы на силовом входе регулирующего транзистора 9 обеспечить напряжение на уровне несколько большим Е (с учетом падения напряжения на транзисторе 9 в открытом состоянии).

Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемом преобразователе при изменении входного напряжения от 2Е до ЗЕ осуществляется плавное перераспределение этого напряжения между основными и дополнительными кон-. денсаторами. Это позволяет уменьшить падение напряжения на регулирующем транзисторе и соответственно повысить

КПД преобразователя.

1105991

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, NocKBa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5611/43 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А.Селезнев

Редактор А.Гулько Техред И.Кузьма Корректор А.Тяско