Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/217 

1СГ

t

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательным устройствам, и предназначено для электропитания низковольтных интегральных схем.

Известны бестрансформаторные преобразователи переменного напряжения в постоянное, предназначенные для электропитания интегральных схем 1. Такие преобразователи за счет деления напряжения на конденсаторах позволяют понизить выходное напряжение до величин, применяемых в интегральных схемах. Для деления напряжения конденсаторы заряжаются последовательно (от первичного источника), переключаются в параллельное соединение и затем разряжаются на нагрузку. Для коммутации используются диоды и транзисторные ключи. Недостатками таких преобразователей является большое количество конденсаторов, коммутирующих элементов и устройств.

Известен также преобразователь переменного напряжения в постоянное на пороговом элементе 2. Он состоит из МДП-транзистора с индуцированным р-ка- налом, к затвору которого подключен один вывод резистора, другой вывод которого подключен к общей шине преобразователя. При положительной полуволне входного напряжения, превышающего пороговое напряжение (напряжение отсечки) МДП-транзистора (по модулю), МДП-тран- зистор открывается и на выходе преобразо вателя появляется напряжение в виде положительных полуволн, практически равное амплитуде входного напряжения. Основным недостатком аналога является то, что нельзя понизить напряжение на его выходе относительно входного напряжения (до величин, применяемых для электропитания интегральных схем),

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь переменного напряжения в постоянное 4, содержащий три МДП-транзистора с индуцированным р-каналом и два резистора, второй из которых является нагрузоч- ным и первым выводом подключен к выходной клемме и стоку первого МДП- транзистора, исток и подложка которого подключен к истоку с подложкой третьего МДП-транзистора и стоку с подложкой второго МДП-транзистора, исток которого подключен к входной клемме, а затвор - к общей шине, вторым выводам обоих резисторов и затвору третьего МДП-транзистора, сток которого подключен к первому выводу первого резистора и затвору первого МДП-транзистора. Такой преобразователь позволяет получить на выходной

клемме любую заданную величину напряжения (меньшую, чем амплитуда входного напряжения UBX. Недостатком прототипа является относительно низкий КПД (при 5 преобразовании небольших напряжений) за счет потерь на выпрямляющем втором МДП-транзисторе.

Целью изобретения является повышение КПД преобразователя.

10 Цельдостигается впреобразователепе- ременного напряжения в постоянное, содержащем два МДП-транзистора с индуцированным р-каналом и два резистора, второй из которых является нагрузоч15 ным и первым выводом подключен к выходному выводу и стоку первого МДП- транзистора, затвор которого подключен к стоку второго МДП-транзистора и первому выводу первого резистора, второй вывод ко0 торого подключен к общему выводу, второму выводу нагрузочного резистора и затвору второго МДП-транзистора, исток и подложка которого соединены между собой, за счет введения двух диодов с барьером

5 Шоттки, первый из которых катодом подключен к подложке первого МДП-транзистора, исток которого подключен к аноду первого диода, входному выводу и аноду второго диода, катод которого подключен к

0 истоку второго МДП-транзистора.

Указанные отличительные признаки являются существенными, так как они не известны из других технических решений и создают в изобретении новое свойство, за5 ключающееся в следующем.

За счет включения диодов с барьером Шоттки через МДП-транзисторы могут протекать токи только при поступлении на входной вывод положительных 0Вх. В результате

0 устраняется необходимость в использовании выпрямительного элемента на МДП- транзисторе (который использован во входной цепи прототипа), а следовательно, уменьшаются потери энергии в преобразо5 вателе, что и приводит к повышению КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, содержащая два МДП-транзистора 1 и 2 с индуцирован0 ным р-каналом, два резистора 3 и 4, Два диода 5 и 6 с барьером Шоттки. Резистор 4 является сопротивлением нагрузки. Входной вывод преобразователя подключен к анодам диодов 5 и б и истоку МДП-транзи5 стора 1, подложка которого подключена к катоду диода 5. Катод диода 6 подключен к истоку с подложкой МДП-транзистора 2, сток которого подключен к затвору МДП- транзистора 4 и первому выводу резистора

3. Сток МДП-транзистора 1 подключен к выходным выводу и первому выводу резистора (нагрузка) 4, второй вывод которого подключен к затвору МДП-транзистора 2, второму выводу резистора 3 и общему выводу.

Пороговое напряжение МДП-транзи- стора 1 lUoi I Ј-0, а пороговое напряжение МДП-транзистора 2 Uo2 должно превышать (по модулю) UOL Величина Uo2 практически определяет величину выходного напряжения преобразователя 1)Вых.

Преобразователь работает следующим образом.

При отрицательной полуволне UBX МДП-транзисторы 1 и 2 закрыты и сигнал не проходит на нагрузку 4. При положительной полуволне UBX МДП-транзистор 1 открывается, начиная с UBX I Uoi I, и на нагрузке 4 появляется выходное напряжение. При дальнейшем нарастании UBX напряжение на истоке МДП-транзистора 2 достигает и пре- вышает (по модулю) значение Uo2. МДП- транзистор 2 открывается и на затворе МДП-транзистора 1 появляется практически такое же напряжение, что и на его истоке. В результате напряжение затвор - исток МДП-транзистора 1 становится равным нулю и он закрывается. При этом прекращается поступление напряжения на нагрузку 4.

Таким образом, на выходном выводе преобразователя(как и в прототипе)относи- тельно общей шины присутствуют лишь участки положительной полуволны с максимальным напряжением, примерно равным тому значению, при котором закрывается МДП-транзистор 1, т.е. Uebix I Uo21.

Основное отличие заявляемого преобразователя состоит в наличии диодов 5 и 6, благодаря которым МДП-транзисторы 1 и 2 не могут находиться к открытом состоянии при поступлении на входной вывод отрица- тельных полуволн. Падение напряжения на диоде 6 и токи, протекающие в нем, при положительном UBX малы, так что потери энергии в цепи: диод 6 - МДП-транзистор 2 - резистор 3 минимальны (и практически рав- ны потерям подобной цепи в прототипе).

С помощью диода 5 устраняется протекание тока через p-n-переходы МДП-транзистора 1 при воздействии на его исток как положительного, так и отрицательного UBX. Поскольку диод с барьером Шоттки имеет меньшее напряжение пятки, чем р-п-пере- ход МДП-транзистора, т.е. меньше, чем кремниевый диод 3, то отсутствуют инжек- ционные процессы в МДП-транзисторе 1. Так, прямое падение напряжения на диодебсо- ставляет примерно 0,2 В, а напряжение пятки p-n-перехода исток - подложка МДП-транзистора 1 0,6В. Таким образом, к переходу исток - подложка оказывается приложено напряжение меньшее, чем напряжение его пятки, т.е. он смещается в прямом направлении и через него не протекает ток.

Итак, включение диода 5 с барьером Шоттки позволяет устранять (в прототипе) выпрямительный элемент во входной (силовой) цепи преобразователя, за счет чего и повышается его КПД

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника переменного напряжения и сопротивления нагрузки, два МДП-транзистора с индуцированным р-ка- налом и резистор, причем сток первого МДП-транзистора соединен с выходным выводом, его затвор подключен к стоку второго МДП-транзистора и первому выводу резистора, второй вывод которого подключен к общему выводу и затвору второго МДП-транзистора, исток и подложка которого соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, в него введены два диода с барьером Шоттки, первый из которых катодом подключен к подложке первого МДП-транзистора, исток которого соединен с анодом первого диода, входным выводом и анодом второго диода, катод которого подключен к истоку второго МДП-транзистора.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для электропитания низковольтных интегральных схем. Устройство содержит два МДП-транзистора 1 и 2 с 5 -& ЈГ$76 индуцированным р-каналом и два резистора 3 и 4, второй из которых является нагрузочным и первым выводом подключен к выходному выводу и стоку первого МДП- транзистора 1. затвор которого подключен к стоку второго МДП-транзистора 2 и МДП- транзистора 1, затвор которого подключен к стоку второго МДП-транзистора 2 и первому выводу первого резистора 3, второй вывод которого подключен к Общему выводу, второму выводу нагрузочного резистора 4 и затвору второго МДП-транзистора 2, исток и подложка которого соединены между собой. В устройство введены два диода 5 и 6 с барьером Шоттки, первый из которых катодом подключен к подложке первого МДП- транзистора 1, исток которого подключен к аноду первого диода 5, входному выводу и аноду второго диода 6, катод которого подключен к истоку второго МДП-транзистора 2. МДП-транзисторы 1, 2 не могут находиться в открытом состоянии при поступлении на вход устройства отрицательных полуволн. Это позволяет не использовать во входной цепи устройства выпрямительного элемента и исключить потери в этой цепи. 1 ил. 11С -ffv& Ё VJ 00 OJ ел о