Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1984 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобра--эовательной технике и может быть использовано в устройстве электропитания для получения стабилизированного напряжения противоположной полярности.

Известен регулируемьй понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий и параллельно подключенных к входным выводам цепочек, состоящих из последовательно соединенных разрядного диода, конденсатора и разрядного ключа, tt-1 зарядных диодов, соединяющих разноименные выводы конденсаторов сложных цепочек, зарядный ключ, соединяющий разрядный диод и конденсатор первой цепочки с входным выводом, а также управляемые регулирующие элементы, которые включены параллельно разрядным диодам, т- последних цепочек, где 171/П определяет глубину регулирования l .

Недостатком преобразователя является неполное использование габаритной мощности конденсаторов в процессе регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь, содержащий -цепочек, каждая: из которых состоит из последовательно соединенных разрядного ключа, конденсатора и разрядного, диода, tl-1 из которых соединены параллельно и подключены к выводам непосредственйо, П-1 зарядных диодов включенных между разноименными выводами конденсаторов смежных цепочек, а также зарядный ключ, включенный между конденсатором первой цепочки и входным выводом, и регулирующий транзистор, включенньпЧ между разрядным диодом последней п цепочки и выходным выводом, причем зарядный диод этой цепочки подключен непосредственно к общему выводу 2J .

Недостатком устройства является низкий КПД, обуслевленный тем, что преобразователь напряжения выполнен с неизменной кратностью деления входного напряжения, определяемой из расчета обеспечения заданного выходного напряжения при минимальном входном напряжении. С возрастанием входного напряжения соответственно возрастает напряжение на конденсаторе цепи с регулирующим элементом и, следовательно, мощность, которую

217551

необходимо гасить на регулирующем элементе.

Цель изобретения - повышение КПД устройства путем предварительного - регулирования напряжения на силовом входе регулирукндего элемента.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее Ц цепочек, каждая из которых состоит из 10 последовательно соединенных разрядного диода, конденсатора и разрядного ключа, h-1 из которых соединены параллельно и подключены к выходным выводам непосредственно,М -1 зарядных диодов, включенных между разноименными выводами конденсаторов смежных разрядных цепочек, h-и (последний) зарядный диод, включенный между конденсатором последней цепочки и общим выводом, зарядный ключ,, включенный между конденсатором первой разрядной цепочки и другим входным выводом, регулирующий элемент, а также генератор 25 управляющих импульсов, дополнительно введены М узлов сравнения по числу не более ц-1, с разными порогами срабатывания, входами подключенные к входным выводам, а выходами нагруженные на исполнительные органы, например реле, переключающие контакты которых связаны с выходом генератора управляющих импульсов и с входами разрядных ключей в соответствующих М последних цепочках, при этом регулирующий элемент включен между цепочкой .с первым порядковым номером и вьпсодным выводом.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы.

Устройство содержит разрядные цепочки 1-4 (в данном случае И А), каждая из которых состоит из последовательно соединенных разрядного диода 5, конденсатора 6 и разрядного ключа 7. Первая разрядная цепочка подключена диодом 5 к выводу подключения нагрузки 8 через регулирующий элемент 9, а разрядные цепочки 2,3 и 4 подключены параллельно выводам подключения нагрузки 8. Зарядные диоды 10-12 включены соответственно между разноименными вы55 водами конденсаторов 6 смежных разрядных цепочек 1-4. Зарядный диод 13 включен между отводом соединения разрядного диода 5 с конденсатором 6 последней цепочки it и общим входным и выходным выводами. Зарядный ключ 14 включен между выводом 15 подключения источника питания и отводом соединения конденсатора 6 и разрядного ключа .7 первой разрядной цепочки 1. Узлы 16 -и 17 сравнения, выполненные, например, в виде триггеров Шмитта с выходом нагруженным на реле, подключены йходом к вьгаоду 15. Переключающие контакты 18 и 19 реле узлов сравнения 16 и 17 соответственно соединены с выходом генератора 20 управляющих импульсов, выполненного, например, в виде генератора РОЭРА, и с входами ключей 7 разрядных цепочек 3 и 4. Устройство работает следующим об разом. В течение времени открытого состояния зарядного ключа 14 и закрыто го состояния ключей 7, определяемого частотой управляющего напряжения генератора 20, происходит заряд кон денсаторов 6 при их последовательном соединении через зарядные диоды 10-13 от источника питания Е, подключенного к входному вьгеоду 15. При напряжении ((фиг. 2) за ряжаются конденсаторы всех четырех цепочек 1-4. В течение времени закрытого состояния ключа 14 и откры того состояния всех четырех ключей 7 происходит разряд конденсаторов 6 цепочек 2, 3 и 4 на нагрузку 8 через диоды 5, а конденсатора 6 цепочки 1 - через диод 5 и регулирующий транзистор 9. Стабилизация (плавное регулирование) выходного напряжения с помощью регулирующего элемента 9 осуществляется аналогичн прототипу. Если транзистор регулятора 9 пол ностью открыт, то на-нагрузке 8 фор руется напряжение противоположной полярности входному напряжению Еи равное по величине Е/4 (без учета потерь на открытом транзисторе регулятора 9 и в элементах зарядной и разрядных цепочек). Если регулирующий элемент 9 .закрыт, то отсутствует цепь разряда конденсатора 6 цепочки 1 на нагруз ку 8, в то же время конденсаторы цепочек 2, 3 и 4 могут разряжаться на нагрузку 8. В результате конден сатор 6 цепочки 1 заряжается до на пряжения источника питания Е, а конденсаторы 6 разрядных цепочек 2 5 4 разряжаются. Таким образом, изменением проводимости регулирующего элемента 9 можно изменять напряжение на конденсаторах 6 цепочек 2, 3 и 4 от нуля до величины Е/4, а следовательно, и на нагрузке 8. При этом ступенчатое (предварительное) регулир1ование напряжения на конденсаторах цепочек осуществляется изменением коэффициента деления входного напряжения вследствие изменения числа лоследовательно соединенных цепочек в цепи их заряда. При снижении входного напряжения до йеличины, соответствзпощей напряжению срабатывания узла 17 сравнения.ЧИоп , интервал времени t,-t) , контакты 19 реле этого узла сравнения переключают выходную обмотку трансформатора генератора 20, и фаза проводимости ключа 7 цепочки 4 изменяется на противоположную, т.е. проводящее состояние этого ключа совпадает по времени с проводящим состоянием зарядного ключа 14. В этом случае заряд конденсаторов 6 цепочек 1, 2 и 3 осуществляется через ключ 7 цепочки 4, а диод 13 и конденсатор 6 цепочки 4 исключается из цепи заряда, и при открытом состоянии регулирующего элемента 9 напряжение на конденсаторах 6 цепочек 1, 2 и 3 становится равным Е/3 (без учета потерь в элементах зарядной и разрядных цепочек). Аналогично при напряжении Е; соответствующем напряжению срабатывания узла 16 сравнения (интервал времени to ti), осуществляется изменение фазы проводимости ключа 7 цепочки 3 контактом 18 реле, поэтому проводящее состояние ключа 7 цепочки 3 совпадает по времени с проводящим состоянием зарядного ключа 14, ив устройстве осуществляется заряд конденсаторов только двух цепочек - 1 и 2. Таким образом, при изменении входного напряжения от Е до .в устройстве осуществляется ступенчатое изменение коэффициента деления входного напряжения от двух до трех и четырех соответственно при входном напряжении, превышающем UQJ, и Uop. Поэтому избыточное напряжение на регз лирующем элементе 9, определяемое выражением iE и„ - Ugyy(фиг. 2), уменьшается, следовательно, уменьшаются потери мощности. J 1 Для сравнения на фиг. 2 пунктирной линией показано напряжение II у, на конденсаторе регулируемой разряд- ной цепи при неизменной кратности делений напряжения Е (как это выполнено в прототипе). Падение напряжения на регулиррующем транзисторепрототипа определяется выражением LE l cin U8bix откуда следует, что максимальная величина падения.напряжения в прототипе значительно больше Введение М узлов сравнения, нагруженных на исполнительные реле, пе реключаюЬще контакты которых свяааны с выходом генератора импульсов и с 56 входами разрядных ключей в соответствующих М последних разрядных цепочках, и включение регулирующего элемента между разрядной цепочкой с первым порядковым номером и выходным выводом позволяет в зависимости от изменения величины входного напр жения изменять кратность деления напряжения, т.е. обеспечить предварительное регулирование напряжения на силовом входе регулирующего элемента, В результате чего мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе, снижается, а КПД устройства повышается..

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий И-цепочек, каждая из которых состоит из лоследователь но соединенных разрядного ключа, конденсатора и диода, п-1 из которых соединены параллельно и подключены к выходным выводам непосредственно, h-1 зарядных диодов, включенных между разноименными вьгоодами конденсаторов смежных разрядных цепочек, последний П-й зарядный диод, включенный между конденсатором последней цепочки и общим выводом, зарядный ключ, включенный между конденсатором первой разрядной цепочки и другим входным выводом, регулирующий элемент, а .также генератор импульсов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем предварительного регулирования напряжения на силовом входе регулирующего элемента, в него дополни-, тельно введены М узлов сравнения по числу не более П-1, с разныкт порогами срабатывания, входами подключенные к входным выводам, а выходами нагруженные на исполнительные органы, переключающие контакты которых связаны с выходом генерато(Л ра импульсов и с входами разрядных ключей в соответствующих АЛ последс них цепочках, при этом регулирующий элемент включен между цепочкой с первым порядковым номером и выходным выводом.

Фие. t

f. om олг ) (вых, cf

Фиг.2