Преобразователь переменного напряжения в постоянное Советский патент 1992 года по МПК H02M7/10 

трансформатора 1. крайний управляющий вывод которой подключен к затвору МДП- транзистора 3, исток которого подключен к первому выводу резистора 5 и стоку МДП- транзистора 2. Исток с подложкой МДП- транзистора 2 подключены к второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора 1. За счет введения в устройство транзистора со статической индукцией 4, двух диодов 7, 8 и конденсатора 9 повышается КПД. При этом первая обкладка конденсатора 9 подключена к общему выводу вторичной обмотки трансформатора 1, а вторая обкладка - к аноду диода 8 и стоку МДП-транзистора 3, подложка которого соединена с истоком и подключена к

катоду первого диода 7. Анод диода 7 подключен к второму выводу резистора 5 и затвору транзистора 4, исток которого подключен к второму выводу резистора 6, а сток - к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора 1 и затвору МДП-транзистора 2. Исток МДП-тран- эистора 2 подключен к катоду диода 8, Использование транзистора 4 в качестве силового выпрямительного элемента и обеспечение его запертого состояния при воздействии отрицательной полуволны на его стоке и форсированного открытого состояния при воздействии положительной полуволны приводит к минимальным потерям энергии. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания разнообразных микроэлектронных устройств.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, выполненные по схемам синхронных выпрямителей. В качестве силовых активных элементов могут быть использованы как биполярные, так и МДП-транзисторные. Преобразователи на МДП-транзисторах характеризуются большим КПД. Такие преобразователи содержат силовой трансформатор с секционной вторичной обмоткой и два МДП-транзистора, каждый из которых образует плечо устройства, являющееся однополупериодным выпрямителем. Сток МДП-транзистора подключен к силовому выводу вторичной обмотки трансформатора, исток - к сопротивлению нагрузки, а затвор - к крайнему (управляющему) выводу вторичной обмотки, напряжение на котором управляет состоянием МДП-транзистора.

Основной недостаток данного преобразователя - относительно невысокий КПД, определяемый конечным сопротивлением канала МДП-транзистора.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник входного переменного напряжения, три МДП-транзистора, первые два из которых имеют n-канал, а третий - р-канал, два резистора, второй из которых является нагрузочным и подключен между общим выводом вторичной обмотки трансформатора и стоком второго МДП-транзистора, подложка которого подключена к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к стоку первого МДП-транзистора,

стоку с подложкой третьего МДП-транзистора и истоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен к крайнему управляющему выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДПтранзистора, исток и подложка которого подключена к затвору третьего МДП-транзистора и второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, первый промежуточный вывод которой подключей к истоку третьего МДП - транзистора.

Недостаток известного преобразователя - относительно небольшой КПД.

Цель изобретения - повышение КПД.

Указанная цель достигается в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем силовой трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник входного переменного напряжения, два МДП-транзистора и два резистора, второй из которых является нагрузочным и подключен своим первым выводом к общему выводу вторичной обмотки трансформатора, крайний управляющий вывод которой подключен к затвору второго МДП-транзистора, исток которого подключен к первому выводу первого резистора и стоку первого МДП-транзистора, исток с подложкой которого подключен к второму

промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, за счет введения транзистора со статической индукцией, двух диодов и конденсатора, первая обкладка которого подключена к общему выводу вторичной обмотки трансформатора, а вторая обкладка - к аноду второго диода и стоку второго МДП-транзистора, подложка которого соединена с истоком и подключена к катоду первого диода, анод которого подключен к второму выводу первого резистора и затвору транзистора со статической индукцией, исток которого подключен к второму выводу второго резистора, а сток - к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДП-транзистора, исток которого подключен к катоду второго диода.

За счет использования в качестве силового элемента транзистора со статической индукцией и за счет обеспечения его запертого состояния при поступлении на его сток отрицательного напряжения (отрицательной полуволны) снижаются потери преобразования в устройстве, чем и определяется повышение КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Преобразователь содержит силовой трансформатор 1, два МДП-транзистора 2 и 3 с р-каналом, транзистор со статической индукцией (СИТ) 4, два резистора 5 и 6, два диода 7 и 8, конденсатор 9. МДП-транзи- стор 2 имеет индуцированный канал, а МДП-транзистор 3 может иметь как встроенный, так и индуцированный канал, Резистор 6 является нагрузкяй устройства. Трансформатор 1 имеет две обмотки: первичную и (секционную) вторичную. К первичной обмотке подключен источник входного переменного напряжения (не обозначен). Вторичная обмотка трансформатора 1 имеет четыре вывода: общий (крайний) вывод, управляющий (крайний) вывод и два промежуточных вывода. Общий вывод вторичной обмотки подключен к первой обкладке конденсатора 9 и первому выводу нагрузки б, второй вывод которой подключен к истоку СИТ 4. Управляющий крайний вывод вторичной обмотки трансформатора 1 подключен к затвору МДП-транзистора 3, сток которого подключен к аноду диода 8 и второй обкладке конденсатора 9. Первый промежуточный вывод вторичной обмотки трансформатора 1 является силовым, он подключен к затвору МДП-транзистора 2 и стоку СИТ 4, затвор которого подключен к второму выводу резистора 5 и аноду диода 7. Второй промежуточный вывод вторичной обмотки подключен к катоду диода 8 и истоку с подложкой МДП-транзистора 2, сток которого подключен к истоку с подложкой

40 МДП-транзистора 3, первому выводу резистора 5 и катоду диода 7.

Резистор 5 является ограничителем тока затвора СИТ 4 (при положительном напряжении на нем). СИТ 4, который иногда 5 называют транзистором с электростатическим управлением, обладает минимальными потерями преобразования (как статическими, так и динамическими) из всех существующих мощных транзисторов. Осо- 0 бенностью СИТ является то, что он находится в открытом состоянии при нулевом напряжении на его затворе (сетке).

Преобразователь работает следующим образом.

5 При появлении отрицательного напряжения (отрицательной полуволны) на промежуточных и управляемом (крайнем) выводах вторичной обмотки трансформатора 1 (относительно ее общего вывода) МДП- транзистор 2 закрыт, а МДП-транзистор 3 открыт. При этом на затвор СИТ 4 поступает отрицательное (запирающее) напряжение с второго промежуточного вывода вторичной обмотки по двум цепям: через открытый 5 МДП-транзистор 3 и диоды 7 и 8 и через p-n-переход сток - подложка МДП-транзистора 2. В результате СИТ 4 надежно заперт. Конденсатор 9 заряжается примерно до амплитудного значения напряжения на 0 втором промежуточном выводе вторичной обмотки трансформатора 1 и сохраняет это напряжение. Отрицательное напряжение с конденсатора 9 поддерживает запертое состояние СИТ 4 и при уменьшении отрица- 5 тельного напряжения на промежуточных выводах вторичной обмотки, и в том случае, когда оно станет равным нулю и даже будет иметь небольшое положительное значение, т.е. в режимах, когда МДП-транзистор 2 за- 0 крыт, а МДП-транзистор 3 открыт.

При появлении положительного напряжения (положительной полуволны) на промежуточных и управляющем (крайнем) выводах вторичной обмотки трансформато- 5 ра 1 (относительно ее общего вывода) происходит закрывание МДП-транзистора 3 и открывание МДП-транзистора 2 (когда это положительное напряжение превышает пороговые напряжения МДП-транзисторов). 0 Причем сначала закрывается МДП-транзистор 3, а чуть позже открывается МДП-транзистор 2. В этот промежуток времени СИТ 4 еще заперт отрицательным напряжением по затвору, присутствующим на его емкости 5 затвор - исток, Затем на затвор СИТ 4 через открытый МДП-транзистор 2 и токоограни- чительный резистор 5 поступает положительное напряжение, приводящее СИТ 4 в открытое состояние с очень малым сопротивлением канала (0,01 Ом). В результате течет ток через нагрузку 6, а потери энергии на выпрямительном элементе, т.е. на СИТ4, минимальны.

Итак, предлагаемый преобразователь имеет минимальные потери преобразования, а следовательно, высокий КПД, за счет использования СИТ в качестве силового выпрямительного элемента, обеспечения его запертого состояния при воздейстёии отрицательной полуволны (на стоке СИТ) и форсированного открытого состояния при воздействии положительной полуволны.

Экспериментальная проверка работы преобразователя переменного напряжения в постоянное была проведена на СИТ КП801 и 2П926. По сравнению с известным в предлагаемом преобразователе наблюдается повышение КПД. Так, при частоте переключения в 100 кГц КПД повысился до 0,94, тогда как в известном преобразователе он не превышает «0,9. Технология изготовления предлагаемого преобразователя практически не усложняется.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника входного переменного напряжения, а вторичная выполнена с двумя промежуточными выводами, два МДП- транзистора и резистор, причем один крайний вывод вторичной обмотки трансформатора образует первый выходной вывод

для подключения резистивной нагрузки, являющийся общим, другой крайний управляющий вывод вторичной обмотки подключен к затвору второго МДП-транзистора, исток которого подключен к первому выводу резистора и стоку первого МДП-транзистора, исток с подложкой которого подключен к второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения КПД. оба

МДП-транзистора выполнены с р-каналом и дополнительно введены транзистор со статической индукцией, два диода и конденсатор, первая обкладка которого подключена к общему выводу, а вторая обкладка к аноду

второго диода и стоку второго МДП-транзистора, подложка которого соединена с истоком и подключена к катоду первого диода, анод которого подключен к второму выводу резистора и затвору транзистора со статической индукцией, исток которого образует второй выходной вывод, а сток подключен к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДП-транзистора, исток которого

подключен к катоду второго диода.