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

Ё

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в экономичных низковольтных вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - повышение КПД. За счет подачи управляющего сигнала не только на затвор, но и на подложку МДП-транзистора 2 реализуется параллельное включение самого МДП-транзистора с п- каналом и биполярного транзистора, коллектором которого является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка, входящего в структуру МДП-транзистора 2. Малое остаточное напряжение биполярного транзистора уменьшает статические потери преобразователя, за счет чего и повышается КПД.

Изобретение относится к преобразователь ной технике и может быть использовано в экономичных низковольтных вторичных источниках электропитания.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, выполненные по схемам синхронных выпрямителей. Пре образователь осуществляет выпрямление переменного напряжения с удвоением. Он содержит МДП-транзистор, к подложке и стоку которого подключено по конденсатору. При положительной полуволне напряже- ния на входе ток протекает через p-n-переход исток-подложка, а при отрицательной полуволне - через канал открытого МДП-транзистора.

В другом преобразователе использовано последовательное включение двух МПД- транзисторов, что позволяет осуществить выпрямление высоковольтных напряжений.

Такой преобразователь обладает хорошими параметрами при использовании напряжений больших амплитуд.

Недостатком преобразователей является относительно небольшой КПД при работе на низких (менее 6 В) напряжениях.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь переменного напряжения в постоянное, в качестве прототипа из которого используют одно плечо схемы, содержащее силовой трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник входного .переменного напряжения, МПД-транзистор с п-каналом, затвор которого подключен к крайнему управляющему выводу вторичной обмотки трансформатора, и сопротивление нагрузки, первый вывод которого подключен к выводу от общей точки вторичной обмотки трансформатора, силовой промежуточный

вывод которой подключен к истоку с подложкой МДП-транзистора, сток которого подключен к второму выводу сопротивления нагрузки. Такой преобразователь имеет высокий КПД при работе на напряжениях в несколько десятков вольт. Однако, при работе на низких напряжениях его КПД становится относительно небольшим (за счет остаточного напряжения на открытом МДП- транзисторе), что и является основным недостатком прототипа.

Цель изобретения - повышение КПД преобразователя при работе на низких (мене б В) напряжениях.

Указанная цель достигается в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника питания, а его вторичная обмотка выполнена с силовым отводом от части ее витков и МДП-транзистор с n-каналом, причем, крайний управляющий вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с затвором МДП- транзистора, ее силовой отвод - с истоком МДП-транзистора, а другой крайний вывод образует один из выходных выводов для подключения нагрузки. Сток МДП-транзистора образует другой выходной вывод за счет введения двух диодов, резистора и снабжения вторичной обмотки дополнительным управляющим отводом, расположенным между ее крайним управляющим выводом и основным силовым отводом и соединенным с анодом первого диода, катод которого через резистор соединен с подложкой МДП-транзистора и анодом второго диода, подключенного катодом к крайнему управляющему выводу вторичной обмотки трансформатора.

За счет подачи управляющего сигнала не только на затвор, но и на подложку МДП- транзистора, реализуется параллельное включение самого МДП-транзистора с п-ка- налом и биполярного n-p-п транзистора, коллектором которого является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка, входящего в структуру МДП-транзистора. Малое остаточное напряжение биполярного транзистора уменьшает статические потери преобразователя, за счет чего и повышается КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Преобразователь содержит силовой трансформатор 1, МДП-транзистор с п-ка- налом 2, сопротивление нагрузки 3, два диода 4 и 5, резистор 6.

Трансформатор 1 имеет две обмотки: первичную и вторичную. К первичной обмотке трансформатора 1 подключен источник входного переменного напряжения.

Вторичная обмотка трансформатора 1 имеет четыре вывода: крайний управляющий вывод, дополнительный управляющий вывод, силовой промежуточный выводи вывод от общей точки. Крайний управляющий вы0 вод подключен к затвору МДП-транзистора 2 и катоду диода 5. Дополнительный управляющий вывод подключен к аноду диода 4, катод которого подключен к первому выводу резистора 6, второй вывод которого подклю5 чен к подложке МДП-транзистора 2 и аноду диода 5. Силовой вывод вторичной обмотки трансформатора 1 подключен к истоку МДП- транзистора 2. Общий вывод поключен к первому выводу сопротивления нагрузки 3,

0 второй вывод которого подключен к стоку МДП-транзистора 2. Резистор 6 является токоограничивающим элементом. Через диод 4 на подложку МДП-транзистора 2 поступает положительный сигнал, а через диод 5

5 - отрицательное напряжение.

В предлагаемом устройства МДП-тран- зисторов 2 представляет из себя паралелль- ную цепь, состоящую из МДП-транзистора и n-p-п биполярного транзистора, коллекто0 ром которого является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка. Поскольку для открывания n-p-п транзистора требуется меньшее напряжение, чем для МДП-транзистора, открывающее (положительное) на5 пряжение поступает на затвор и подложку

(базу) с различных выводов от вторичной

обмотки трансформатора 1. Запирающее

напряжение здесь выбрано одинаковым.

При появлении положительной пол0 уволны напряжения на всех (верхних) выводах вторичной обмотки трансформатора 1 относительно общего вывода на затвор и подложку (через диод 4 и резистор 6) будет воздействовать открывающее (положитель5 ное) напряжение, которое приведет МДП- транзистор 2 в открытое состояние, т.е. будут открыты МДП- и биполярные структуры, параллельное включение которых и образует МДП-транзистор 2. В результате

0 потечет ток через открытый МДП-транзистор 2 и нагрузку 3. При появлении отрицательной полуволны напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора 1 (относительно общего вывода) МДП- и биполяр5 ная структуры будут заперты, т.е. будет закрыт МДП-транзистор 2 и ток через нагрузку 3 протекать не будет.

Поскольку мощные МДП-транзисторы обладают значительно более высоким быстродействием, чем биполярные, то сначала в

МДП-транзисторе 2 будет открываться МДП-структура, а уже затем биполярная. В результате динамические потери преобразователя в основном определяются МДП- транзистором и оказываются небольшими. Основным недостатком мощного МДП- транзистора является более высокое остаточное напряжение в открытом состоянии (по сравнению с биполярным транзистором), что приводит к повышенным потерям в статическом режиме для МДП-преобразО- вателей. В предлагаемом устройстве в статическом открытом состоянии именно биполярная n-p-п структура будет шунтировать МДП-структуру, в результате чего имеют место лишь малые потери энергии, обусловленные малым остаточным напряжением n-p-п транзисторов.

Таким образом, за счет малых потерь энергии как в статическом, так и в динамическом режимах реализуется повышение КПД устройства.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой

трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для под- ключения источника питания, а его вторичная обмотка выполнена с силовым

отводом от части ее витков, и МДП-транзи- стор с n-каналом, причем крайний управляющий вывод вторичной обмотки трансформатора соединен с затвором МДП- транзистора, ее силовой отвод подсоединен

к источнику МДП-транзистора. а другой крайний вывод образует один из выходных выводов для подключения нагрузки, при этом сток МДП-транзистора образует другой выходной вывод, отличающийся

тем, что, с целью повышении КПД, дополнительно введены два диода и резистор, а вторичная обмотка снабжена дополнительным управляющим отводом, расположенным между ее крайним управляющим выводом и

основным силовым отводом и соединенным с анодом первого диода, катод которого через резистор соединен с подложкой МДП- транзистора и анодом второго диода, подключенного катодом к крайнему управляющему выводу вторичной обмотки трансформатора.