Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1988 года по МПК H02M7/25 

ел

00

00

1U

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в маломощных источниках питания, предназначенных для работы с интегральными схемами.

Цель изобретения - повышение КПД путем увеличения выходного напряжения

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Преобразователь содержит три выпрямительных элемента: светодиоды 1 и 2 и диод 3. Объединенные аноды свето- диодов 1 и 2 подключены к катоду ди

ры МДП-транзисторов 13 и 17, закрывая МДП-транзистор 13 и открывая МДП- транзистор 17. Знаком плюс вентильное напряжение с фотодиода 6 поступает на затворы МДП-транзисторов 14 и 16, открьтая МДП-транзистор 14 и закрывая МДП-транзистор 16. Таким образом, МДП-транзисторы выполняют функции коммутационных ключей.

При отрицательных полуволнах входного напряжения токи в светодиодах 1 и 2 не протекают и МДП-транзнеторы 13,14,16 и 17 находятся в своих

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в маломощных источниках питания, предназначенных для работы с интегральными схемами. Цель изобретения - повышение КПД путем увеличения выходного напряжения. Устройство состоит из трех выпрямительных элементов,два из которых светодиоды 1 и 2 оптически связаны с фотодиодами 6 и 7,трех конденсаторов 11,12 и 15 и четырех МДП-транзисторов 13, 14,16 и 17. МДП-транзистор 13 с встроенным -п-ка- налом и МДП-транзистор 17 с индуцированным, р-каналом выполняют функции коммутационного ключа, так же, как и ЩП-транзистор 14 с индуцированным п-каналом с МДП-транзистором 16 с встроенным р-каналом. С помощью коммутационных ключей на М/Щ-транзис- торах конденсаторы 11 и 12 периодически меняются местами, что приводит к снижению потерь энергии и повышению выходного напряжения. Преобразователь является маломощным и предназначен для работы на высокоомную нагрузку. Его преимущества особенно ярко проявляются при работе с низковольтными первичными источниками. Коммутационная часть преобразователя может быть реализована в виде интегральной схемы . 1 ил. (Л

ода 3 и первому входному вьшоду 4.Вто-15 исходных состояниях.

рой входной вьшод 5 соединен с катодом фотодиода 6, оптически связанного со светодиодом 1. Фотодиод 7,оптически связанный с светодиодом 2,

анодом подключен к объединенным като- 20 до напряжения, близкого к амплитуде

35

дам светодиодов 1 и 2 и первому выходному вьшоду 8 для подключения нагрузки 9. Второй выходной вывод 10 образован анодом диода 3 и объединенными обкладками конденсаторов 11 и 12. Свободная обкладка конденсатора 12 подключена к стоку первого ЩЩ-транзистора 13 с встроенным п-ка- налом и стоку второго МДП-транзисто- ра 14 с индуцированным п-каналом.

Исток транзистора 13 подключен к аноду фотодиода 7, а его затвор - к катоду фотодиода 7. Исток транзистора 14 соединен с катодом фотодиода 6, а его затвор - с анодом фотодиода 6. Конденсатор 15 включен между катодами светодиодов 1 и 2 и выводом 5. Третий МДП-транзистор 16 с встроенным р-каналом затвором соединен с затвором транзистора 14, ком - со свободной обкладкой конденсатора 11 и со стоком четвертого МДП-транзистора 17 с индуцированным р-каналом. Исток транзистора 16 соединен с истоком транзистора 14. Затворы транзисторов 13 и 17 объединены так же, как и их стоки.

Преобразователь работает следующим образом.

Переменное напряжение от первичного источника поступает на входные выводы 4 и 5. При положительных полуволнах входного напряжения, протекает ток в светодиодах 1 и 2, они высвечивают кванты света, которые по- .ступают на фотодиоды 6 и 7 и генерируют в них вентильное напряжение.

Знаком минус вентильное напряжение с фотодиода 7 поступает на затвовходного напряжения Ug. Затем при появлении отрицательной полуволны входного напряжения через диод 3 и МДП-транзистор 16 будет заряжаться

25 конденсатор 11 тоже до напряжения U При этом конденсаторы 15 и 11 оказываются включены последовательно, и через M Щ-тpaнзиcтop 13 станут заряжать конденсатор 12 до напряжения,

30 близкого к 2Ug,.

При появлении следующей положительной полуволны входного напряжени открытьй МДП-транзистор 14 включит последовательно с конденсатором 15 конденсатор 12, а закрытый МДП-транзистор 16 отключит конденсатор 11. При этом на последовательном соединении конденсаторов 15 и 12 будет уже иметь место напряжение 3U-(6e3 учёта потерь), которое будет теперь заряжать конденсатор 11 через открытый Мда-транзистор 17. Прохождение последующих полуволн входного напряжения будет приводить к дальнейшему увеличению выходного напряжения, пока потери в устройстве не уравнове сят этот процесс.

Для успешной работы преобразователя необходимо использовать МДП- транзисторы с напряжением отсечки (пороговым напряжением) ,7 В, т.е. меньшим максимальной величины вентильного напряжения, которое для кремниевых фотодиодов величина порядка 0,7 В. Преобразователь является маломощным и предназначен для работы на высокоомную нагрузку. Его преимущества особенно ярко проявляются при работе с низковольтными

45

55

При наличии первой положительной полуволны входного напряжения в основном будет заряжаться лишь конденсатор 15 (через светодиоды 1 и 2)

5

д входного напряжения Ug. Затем при появлении отрицательной полуволны входного напряжения через диод 3 и МДП-транзистор 16 будет заряжаться

25 конденсатор 11 тоже до напряжения U. При этом конденсаторы 15 и 11 оказываются включены последовательно, и через M Щ-тpaнзиcтop 13 станут заряжать конденсатор 12 до напряжения,

0 близкого к 2Ug,.

При появлении следующей положительной полуволны входного напряжения открытьй МДП-транзистор 14 включит последовательно с конденсатором 15 конденсатор 12, а закрытый МДП-транзистор 16 отключит конденсатор 11. При этом на последовательном соединении конденсаторов 15 и 12 будет уже иметь место напряжение 3U-(6e3 учёта потерь), которое будет теперь заряжать конденсатор 11 через открытый Мда-транзистор 17. Прохождение последующих полуволн входного напряжения будет приводить к дальнейшему увеличению выходного напряжения, пока потери в устройстве не уравновесят этот процесс.

Для успешной работы преобразователя необходимо использовать МДП- транзисторы с напряжением отсечки (пороговым напряжением) ,7 В, т.е. меньшим максимальной величины вентильного напряжения, которое для кремниевых фотодиодов величина порядка 0,7 В. Преобразователь является маломощным и предназначен для работы на высокоомную нагрузку. Его преимущества особенно ярко проявляются при работе с низковольтными

5

5

первичными источниками. Коммутационная часть преобразователя может быть реализована в виде интегральной схемы.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий три выпрямительных элемента, два из кото- рых являются светодиодами и включены параллельно, а третий вьтолнен в виде диода и своим катодом подключен к первому входному выводу и анодам све- тодиодов, два фотодиода, оптически связанных каждый со своим светодиодом причем катод первого фотодиода соединен с затвором первого МДП-транзис- тора со встроенным п-каналом, исток которого подключен к первому выход- ному выводу, катодам светодиодов и аноду первого фотодиода, а анод второго фотодиода соединен с затвором второго МДП-транзистора с индуцированным п-каналом, сток которого под- ключен к стоку МДП-транзистора со встроенным п-каналом, а исток - к

катоду второго фотодиода и второму входному вьшоду, и три конденсатора, первый из которых соединен первой обкладкой с катодом второго фотодиода, а второй обкладкой - с катодами светодиодов, второй и третий конденсаторы первой обкладкой подключены к аноду указанного диода и второму выходному вьшоду, причем второй конденсатор второй обкладкой соединен со стоками указанных МДП-транзисто- ров, отличающийся тем, что, с цепью повьшения КПД, путем увеличения выходного напряжения, дополнительно введены третий и четвертый МДП-транзисторы, причем третий МДП-транзистор с встроенным р-кана- лом подключен затвором к аноду второго фотодиода, а истоком - к катоду того же фотодиода, четвертый МДП- транзистор с индуцированным ji-кана- лом затвором подключен к катоду первого фотодиода, а истоком - к аноду того же фотодиода, и стоки указанных МДП-транзисторов соединены с второй обкладкой третьего конденсатора.