Преобразователь переменного напряжения в постоянное

 

Использование: изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах в качестве источника вторичного электропитания с емкостным накопителем для импульсной нагрузки. Сущность изобретения: в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор 1, выпрямитель 2, входные выводы которого подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора, конденсатор 3 и нагрузку 4, включенные параллельно и подключенные между выходным выводом выпрямителя и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, два МДП - транзистора с п - каналом 5,6, два МДП - транзистора с р - каналом 7,8 и два диода 9,10, катод первого из которых подключен к аноду второго диода и второй клемме источника входного напряжения, первая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к стокам первого МДП - транзистора с п - каналом и первого МДП - транзистора с р - каналом, исток и подложка которого подключены к катоду второго диода и истоку с подложкой второго МДП - транзистора с р - каналом, сток которого подключен к стоку второго МДП - транзистора с п - каналом, исток и подложка которого подключены к аноду первого диода и истоку с подложкой первого МДП - транзистора с п - каналом, затвор которого подключен к затвору первого МДП - транзистора с р - каналом, а затвор второго МДП - транзистора с п - каналом подключен к затвору второго МДП - транзистора с р - каналом, достигается улучшение использования трансформатора за счет полного размагничивания /перемагничивания/ его сердечника путем снабжения первичной обмотки трансформатора витками, образующими дополнительную секцию, подключенную одним своим выводом к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а вторым своим выводом - к стоку второго МДП - транзистора, затвор которого подключен ко второму выводу управления, а первый вывод управления подключен к затвору первого МДП - транзистора. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в преобразовательных устройствах в качестве источника вторичного электропитания с емкостным накопителем для импульсной нагрузки (например, газоразрядной).

Широко известны преобразователи напряжения, являющиеся зарядными устройствами с различными токоформирующими элементами [1] . Входным напряжением в них является постоянное напряжение, преобразуемое инвертором в переменное. Затем это переменное напряжение выпрямляется и заряжает емкостный накопитель. Между инвертором и выпрямителем могут быть включены согласующие элементы или между ними используется непосредственная связь. Емкостный накопитель может быть непосредственно подключен к выходу выпрямителя или через согласующий элемент. Если в качестве входного напряжения использовать переменное напряжение, то необходимо применить дополнительный выпрямитель и сглаживающий фильтр. Это, естественно, приведет к снижению КПД и ухудшит массогабаритные показатели, что и является недостатком аналогов.

В качестве прототипа выбран преобразователь переменного напряжения в постоянное [2] , содержащий трансформатор, выпрямитель, входные выводы которого подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора, конденсатор и нагрузку, включенные параллельно и подключенные между выходным выводом выпрямителя и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, два МДП-транзистора с n-каналом, два МДП-транзистора с p-каналом и два диода, анод первого из которых подключен к истокам и подложкам обоих МДП-транзисторов с n-каналом, стоки которых подключены ко второму выводу первичной обмотки трансформатора и стокам обоих МДП-транзисторов с p-каналом, истоки и подложки которых подключены к катоду второго диода, анод которого подключен к катоду первого диода и второй клемме источника входного напряжения, первая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а выход схемы управления подключен к затворам всех четырех МДП-транзисторов. Такой преобразователь позволяет полностью перемагнититься сердечнику трансформатора только при поступлении на его вход следующей полуволны (низкочастотного) входного напряжения. Работа прототипа при длительно подмагниченном сердечнике приводит к необходимости увеличивать габариты и массу трансформатора, к снижению выходной мощности и КПД преобразователя.

Задача данного изобретения - улучшение использования трансформатора: при этом достигается требуемый технический результат за счет его полного размагничивания (перемагничивания) при переключении МДП-транзисторов в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем трансформатор, выпрямитель, входные выводы которого подключены к крайним выводам вторичной обмотки трансформатора, конденсатор и нагрузку, включенные параллельно и подключенные между выходным выводом выпрямителя и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора, два МДП-транзистора с n-каналом, два МДП-транзистора с p-каналом и два диода, катод первого из которых подключен к аноду второго диода и второй клемме источника питания, первая клемма которого подключена к первому выводу первичной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к стокам первого МДП-транзистора с n-каналом и первого МДП-транзистора с p-каналом, исток и подложка которого подключены к катоду второго диода и истоку с подложкой второго МДП-транзистора с p-каналом, сток которого подключен к стоку второго МДП-транзистора с n-каналом, исток и подложка которого подключены к аноду первого диода и истоку с подложкой первого МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого подключен к затвору первого МДП-транзистора с p-каналом, а затвор второго МДП-транзистора с n-каналом подключен к затвору второго МДП-транзистора с p-каналом, отличительные от прототипа признаки заключаются в том, что первичная обмотка трансформатора дополнена витками, образующими дополнительную ее секцию, подключенную одним своим выводом к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а вторым своим выводом - к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен ко второму выводу управления, а первый вывод управления подключен к затвору первого МДП-транзистора.

При положительной полуволне входного напряжения U_вх работа устройства осуществляется с помощью МДП-транзисторов с n-каналом, а при отрицательной полуволне U_вх - с помощью МДП-транзисторов с p-каналом. Поскольку МДП-транзисторы с n-каналом при положительной полуволне U_вх (а также МДП-транзисторы с p-каналом при отрицательной полуволне U_вх) открываются и закрываются поочередно, то ток в первичной (и вторичной) обмотке трансформатора при этом будет протекать то в одном, то в другом (противоположном) направлении (при любой полярности U_вх). В результате сердечник трансформатора будет полностью перемагничиваться, т. е. в нем будет отсутствовать постоянное подмагничивание.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное; на фиг. 2 - временная диаграмма тока в обмотках трансформатора.

Предлагаемый преобразователь переменного напряжения в постоянное содержит трансформатор 1, выпрямитель 2, конденсатор 3, нагрузку 4, два МДП-транзистора с n-каналом 5 и 6, два МДП-транзистора с p-каналом 7 и 8, два диода 9 и 10. Трансформатор 1 имеет две обмотки: первичную и вторичную. Крайние выводы вторичной обмотки трансформатора 1 подключены ко входным выводам выпрямителя 2, между выходным выводом которого и выводом от средней точки вторичной обмотки трансформатора 1 параллельно друг другу включены конденсатор 3 и нагрузка 4. Первая клемма источника входного напряжения подключена к первому выводу (средней точке) первичной обмотки трансформатора 1, второй (крайний) вывод которой подключен к стокам МДП-транзисторов 5 и 7. Третий (крайний) вывод первичной обмотки трансформатора 1 (от крайнего витка дополнительной секции) подключен к стокам МДП-транзисторов 6 и 8. Истоки и подложки МДП-транзисторов 5 и 6 подключены к аноду диода 9, а истоки и подложка МДП-транзисторов 7 и 8 подключены к катоду диода 10. Катод диода 9 и анод диода 10 подключены ко второй клемме источника питания. Затворы МДП-транзисторов 5 и 7 подключены к первому выводу управления, а затворы МДП-транзисторов 6 и 8 - ко второму выводу управления. Выпрямитель 2 может быть выполнен как в аналогах, как в прототипе или иным образом. Конденсатор 3 выполняет функции накопителя энергии. В качестве нагрузки 4 могут быть использованы различные устройства и элементы (ОКГ, газоразрядные лампы и др. ). Сигналы управления U_упр1 и U_упр2 должны быть двухполярными. Когда U_упр1 имеет положительную полярность, U_упр2 - отрицательную, и наоборот. Длительность импульсов управления зависит от конкретных технических требований, а их частота должна быть много больше частоты входного напряжения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При положительной полуволне входного напряжения U_вх протекание тока в первичной обмотке трансформатора 1 определяется открытым состоянием МДП-транзисторов 5 и 6, поскольку диод 9 при этом включен в пропускном направлении. При отрицательной полуволне U_вх протекание тока определяется открытым состоянием МДП-транзисторов 7 и 8, поскольку в этом случае уже диод 10 включен в пропускном направлении. Для открывания МДП-транзисторов 5 и 6 на их затворы поступают положительные импульсы, а для открывания МДП-транзисторов 7 и 8 - отрицательные импульсы. Поскольку частота отпирающих импульсов U_упр1 и U_упр2 будет значительно больше частоты U_вх, то за одну полуволну входного напряжения ток в обмотках трансформатора 1 будет многократно менять свое направление протекания (см. фиг. 2). Так, при открытом МДП-транзисторое 5 (или МДП-транзисторе 7) ток будет протекать через первую (основную, левую) секцию первичной обмотки трансформатора 1 по МДП-транзистору 5 (или 7) и диоду 9 (или 10). При открытом МДП-транзисторе 6 (или МДП-транзисторе 8) ток от источника входного напряжения будет протекать через вторую (дополнительную, правую) секцию первичной обмотки трансформатора 1 по МДП-транзистору 6 (или 8) и диоду 9 (или 10).

Сигналы со вторичной обмотки трансформатора 1 преобразуются выпрямителем 2 в пульсирующее однополярное напряжение, поступающее на емкостный накопитель энергии 3. При подключении (зажигании) нагрузки 4 происходит разряд конденсатора 3 на нагрузку 4.

За счет изменения направления протекания тока в обмотках трансформатора 1 полностью происходит перемагничивание сердечника трансформатора, т. е. отсутствует его постоянное подмагничивание. Это обстоятельство улучшает использование трансформатора 1, позволяет снизить его габариты и массу.

Экспериментальная проверка преобразователя переменного напряжения в постоянное была проведена на МДП-транзисторах КП701, КП702, 2П703, 2П803 и лабораторных образцах.

В предлагаемом устройстве наблюдалось многократное полное перемагничивание магнитопровода трансформатора в течение действия одной полуволны входного напряжения. (56) 1. Булатов О. Г. и др. "Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии", М. , "Радио и связь", 1986, с. 43.

2. Авторское свидетельство СССР N 1693701, кл. H 02 M 7/217, 1971.

Формула изобретения

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ, содержащий трансформатор, первый вывод первичной обмотки которого соединен с первым из входных выводов для подключения источника питания, а его вторичная обмотка соединена с входом выпрямителя, выход которого образует выходные выводы для подключения нагрузки, между которыми включен конденсатор, два МДП-транзистора с n-каналом, два МДП-транзистора с p-каналом, два диода, катод первого из которых подключен к аноду второго диода и второму входному выводу, а также два вывода управления для подключения соответствующих выходов блока управления, причем второй вывод первичной обмотки трансформатора подключен к стокам первого МДП-транзистора с n-каналом и первого МДП-транзистора с p-каналом, исток и подложка которого подключены к катоду второго диода и истоку с подложкой второго МДП-транзистора с p-каналом, сток которого подключен к стоку второго МДП-транзистора с n-каналом, исток и подложка которого подключены к аноду первого диода и истоку с подложкой первого МДП-транзистора и с n -каналом, затвор которого подключен к затвору первого МДП-транзистора с p-каналом, а затвор второго МДП-транзистора с n-каналом подключен к затвору второго МДП-транзистора с p-каналом, отличающийся тем, что первичная обмотка трансформатора дополнительно снабжена витками, образующими дополнительную секцию, подключенную одним своим выводом к первому выводу первичной обмотки трансформатора, а вторым своим выводом - к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого образует второй вывод управления, а первый вывод управления образован затвором первого МДП-транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2