Стабилизированный понижающий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/155 

Изобретение относится к преобразовательной электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания. Известен понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий два транзистора, два дашда и два конденсатора Г1 3Недостатком данного преобразователя является изолированность его выхода относительно источника питания, что ограничивает его использования. Наиболее близким к изобретению является 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 транзис тор подключен к первому выходному зажиму преобразователя, каждый из выходных выводов инвертора через соответствующие СД-цепочки из последовательно соединенных основного конденса тора 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 2 J. 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 значения компенсируется увеличением паде ния напряжения на регулирующем транзисторе. Поэтому при изменении входного напряжения в широких пределах коэффициент полезного действия такого стабилизированного преобразователя при номинальном значении входного напряжения невысок, а его велиЧина уменьшается пропорционально увеличению входного напряжения. Целью изобретения является повышение КПД при расширении допустимых пределов изменения входного напряжения. Цель достигается тем, что в стабилизированном понижающем преобразователе постоянного напряжения, содержащем четьфе 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 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 в-торой 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 входным выводам мостового выпрямителя, выход которого подключён к выходным зажимам преобразователя, управляющий вход второго регулирующего транзистора подключен к блоку управления. Блок управления может содержать две схемы сравнения, где вход первой из них подключен к вьпсоду. 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. 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 первогорегулирующего транзистора 9 и первому выходному (положительному) зажиму преобразователя. Выходные выводы инвертора, образованные соединением коллекторов тран зисторов 2 и 4, подключены к входным выводам мостового вьтрямителя, образованного соединением соответственно анодов диодов 6 и 8 с катодами диодов 5 и 7 через конденсаторно-диодны цепочки 10-12 и 13-15. Цепочка из последовательно и поочередно соединенных основного конденсатора 10, зарядного диода 11 и второго дополни тельного 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 соединения диода 11 и конденсатора 12 подкл чена к эмиттеру дополнительного тран зистора 16, а общая точка соединения диода 14 и конденсатора 15 подключена к эмиттеру второго дополнительного транзист-ора 1 7 . Коллекторы транзисторов 16 и 17 соединены с первым I положительным ВЫХОДНЫМ зажимом преобра;зователя. Базы транзисторов 16 и 17соответственно через диоды 18 и 19 подключены к выходу задающего генера тора 20, а через развязывающие диоды 21 и 22 - к коллектору второго регулирующего транзистора 23. Разряд |ные диоды 24 и 25 катодами подключены соответственно к общим точкам сое динения 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 (отрица тельным) второму входному и второму 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 28подключен 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 1 и 4, закрыты ключи 2 и 3. При минимальном входном напряжении, равном 2Е, где Е - 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 1j 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, нагрузку 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 элемент транзистор 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 - емкость конденсаторов 10 и 13. Поэтому напряжение на нагрузке 26 равно половине входного напряжения (без учета потерь на диодах и ключах преобразователя) . При подзакрывании транзистора 9 постоянная времени разряда становится больше постоянной времени

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

Когда транзистор 23 закрыт (при напряжении на входе преобразователя превышающем ЗЕ), 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 конденсаторов 10 и 12 к нагрузке 26. Конденсатор 10 подключается параллельно нагруке 26 через открытый ключ 2, транзистор 9, диод 24, а конденсатор 12 через открытый ключ 16 и диод 5. Во второй полупериод управляющего напряжения генератора 20 аналогично происходит заряд конденсаторов 13 и 15 при их последовательном соединении через нагрузку 26, диоды 8 и 14 и открытый 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 напряжения на нагрузке в три раза.

С 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 Ё 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 15с 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 конденсаторами. Это позволяет уменьшить падение напряжения на регулирующем транзисторе и соответственно повысить КПД преобразователя.

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.