Преобразователь постоянного несимметричного напряжения в симметричное постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M3/18 

го ю

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматики, работающих от несимметричного источника питания и выполненных на интегральных микросхемах, требующих для своего питания симметричного напряжения.

Известен преобразователь постоянного несимметричного напряжения в симметричное постоянное, каждое из идентичных выходных плеч которого содержит два последовательно соединенных ключа, крайние выводы которых предназначены для подключения к выходным выводам несимметричного источника, а средняя точка через конденсатор к общей точке последовательно соединенных диодов, катод первого из которых подключен к плюсовому выходному выводу преобразователя, а анод второго - к его минусовому выходному вы- воду.

Недостатком известного устройства является то, что симметричное выходное напряжение при данной схеме не может быть больше половины несимметричного вход- ного напряжения. Такой преобразователь не находит применения, например, в схемах автоматики гусеничных машин, так как стандартное напряжение питания микросхем 15 В, а напряжение в бортсети 22-29 В.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь, содержащий два идентичных плеча, каждое из которых состоит из двух после- довательно соединенных ключей, крайние выводы которых предназначены для подключения к выходным клеммам несимметричного источника постоянного на- пряжения, а средняя точка, через конденсатор к общей точке первого и второго последовательно соединенных диодов, катод первого из которых соединен с общей шиной преобразователя и несимметричного источника, анод второго - с минусовым выходным выводом преобразователя. Плюсовым выходным выводом является плюсовая выходная клемма несимметричного источника.

Данный преобразователь работоспосо- бен и с одним плечом, но для этого его минусовой выходной вывод должен быть за- шунтирован конденсатором.

Преобразователь обеспечивает на минусовом выходном выводе напряжение, близкое по величине к несимметричному входному.

Недостатком известного устройства является следующее. Потери на коммутирующих элементах приводят к определенной

асимметрии в выходном напряжении преобразователя. В результате отрицательное выходное напряжение меньше по абсолютной величине положительного на удвоенную сумму падений напряжений на открытом ключе и диоде. Такая асимметрия ограничивает применение преобразователя в схемах автоматики, т.е. снижает его функциональные возможности.

Так как источник несимметричного напряжения для данного преобразователя представляет собой стандартный стабилизатор напряжения, то при наличии на его выходе импульсных перенапряжений собственное демпфирующие свойства преобразователя улучшают качество его выходного напряжения только на минусовом выходном выводе. Для устранения перенапряжений на плюсовом выходном выводе необходимы дополнительные меры, что снижает качественные показатели преобразователя.

Цел зЮ изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя и повышение качества выходного напряжения.

Цель достигается тем, что преобразователь постоянного несимметричного напряжения в симметричное постоянное, содержащий входной, два выходных и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного несимметричного напряжения и нагрузки, цепочку из последовательно соединенных двух ключевых элементов и двух диодов, причем анод второго диода соединен с отрицательным выходным выводом, свободный вывод первого ключевого элемента соединен с положительным входным выводом, общая точка соединения второго ключевого элемента с первым диодом подключена к общему выводу, а между общей точкой соединения двух ключевых элементов и общей точкой соединения двух диодов включен первый конденсатор, а также третий диод и второй конденсатор, указанный третий диод анодом подключен к общей точке соединения первого и второго ключевых элементов, а катодом - к положительному выходного выводу, указанный второй конденсатор включен между положительным выходным и общим выводами, а между отрицательным выходным и общим выводами включен дополнительно введенный третий конденсатор.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2-4 - пояснения к его работе.

Преобразователь постоянного несимметричного напряжения в симметричное постоянное содержит входной 1, два выходные 2 и 3 и общий 4 выводы для подключения соответственно источника постоянного несимметричного напряжения 5 и нагрузки, цепочку из последовательно соединенных ключевых элементов 6 и 7 и диодов 8 и 9, причем анод диода 9 соединен с отрицательным выходным выводом 3, свободный вывод ключевого элемента 6 соединен с положительным входным выводом 1, общая точка соединения ключевого элемента 7 с диодом 8 подключена к общему выводу 4, а между общей точкой 10 соединения ключевых элементов 6 и 7 и общей точкой 11 соединения диодов 8 и 9 включен первый конденсатор 12, третий диод 13 анодом подключен к общей точке 10 соединения первого и второго ключевых элементов, а катодом - к положительному выходному выводу 2, второй конденсатор 14 включен между положительным выходным 2 и общим 4 выводами, а между отрицательным выходным 3 и общим 4 выводами включен третий конденсатор 15.

Преобразователь работает следующим образом.

В первый полупериод рабочего такта, когда ключ 6 открыт, а ключ 7 закрыт, конденсатор 12 заряжается от источника 5 через диод 8. Одновременно положительный потенциал источника 5 через диод 13 подается на нагрузку, подключенную к положительному выходному выводу 2 и заряжает конденсатор 14.

Во второй полупериод рабочего такта ключ 6 закрывается, ключ 7 открывается. Заряженный конденсатор 12 одной обкладкой подключается к общей шине преобразователя и начинает разряжаться через диод 9 на нагрузку, подключенную к отрицательному выходному выводу 3, обеспечивая на этой нагрузке напряжение, симметричное входному относительно общей шины преобразователя и заряжая одновременно конденсатор 15, Положительное напряжение на выходном выводе 2 поддерживает в это время конденсатор 14. В следующий полупериод рабочего такта в процессе заряда конденсатора 12 напряжение на выходном выводе 3 будет поддерживать конденсатор 15.

Таким образом, на выходах выводах 2 и 3 поддерживается симметричное напряжение, отличающее по абсолютной величине на сумму падений напряжений на открытом ключе и диоде (фиг. 2 и 3), что в два раза меньше, чем у аналога.

При наличии импульсных перенапряжений на выходе источника 5 конденсатор 12 демпфирует эти перенапряжения в равной

мере для нагрузки на выводах 2 и 3, что

повышает качество выходного напряжения.

Технический эффект от использования

преобразователя состоит в том, что при подключении анода диода к средней точке последовательно соединенных ключей, катода - к положительному выходному выводу и шунтировании выходных выводов симметричного источника емкостными фильтрами

относительно общей шины преобразователя удалось повысить качество выходного напряжения преобразователя.

Так при подключении преобразователя к бортсети подвижного объекта пульсации и

импульсные перенапряжения, характерные для бортсети, эффективно демпфируются схемой преобразователя.

Преобразователь обладает широкими функциональными возможностями, так как

может работать, с одной стороны, по сравнению с аналогом от источника несимметричного напряжения, незначительно превышающего по величине уровень выходного напряжения. С другой стороны при

подключении преобразователя к источнику несимметричного напряжения через регулируемое сопротивление можно работать и от относительно высоковольтного источника, например от бортсети подвижного объекта, стабилизированного регулятором напряжения.

Формула изобретения Преобразователь постоянного несимметричного напряжения в симметричное постоянное, содержащий входной, два выходных и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного несимметричного напряжения и нагрузки, цепочку из последовательно соединенных двух ключевых элементов и двух диодов, причем анод второго диода соединен с отрицательным выходным выводом, свободный вывод первого ключевого элемента

соединен с положительным входным выводом, общая точка соединения второго ключевого элемента с первым диодом подключена к общему выводу, а между общей точкой соединения двух ключевых элементов и общей точкой соединения двух диодов включен первый конденсатор, а также третий диод и второй конденсатор отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения качества выходного напряжения, указанный третий диод анодом подключен к общей точке соединения первого и второго ключевых элементов, а катодом - к положительному выходному выводу, указанный второй конденсатор включен между положительным выходным и общим выводами, а выводами включен дополнительно введен- между отрицательным выходным и общим ный третий конденсатор.

Использование: в качестве источника питания в устройствах автоматики. Сущность изобретения: устройство состоит из последовательной цепочки, состоящей из двух ключевых элементов 6 и 7, двух диодов 8 и 9 и включенной между положительным J входным выводом 1 и отрицательным выходным выводом 3. Общая точка соединения ключевых элементов через диод 13 подключена к положительному выходному выводу 2, а через конденсатор 12 - к общей точке соединения диодов 8 и 9. Общая точка соединения ключевого элемента 7 с катодом диода 8 подключена к отрицательному входному выводу 4, образующему общий вывод а также через конденсаторы 14 и 15 соответ- ственно к выходным выводам 2 и 3. Указанное выполнение устройства позволяет расширить его функциональные возможности и повысить качество выходного напряжения, т.к. обеспечивается снижение1 пульсаций выходного напряжения, иск/течение импульсных перенапряжений, а также возможное1 работы как от источника несимметричного напряжения, незначительно превышающего по величине уровень выходного напряжения, так и от огноситель но высоковольтного источника 4 ил ,1Л t

9+Ш Мм

11

Uc

i

Фиг. 2

Второй полу период рабочего такта +U1

АОДЗ

Aa.+

/;ер8ый полупериод рабочего такта

n|-ff

ufy,r

Фиг.З