Понижающий конвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M3/06 

I

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропитания для преобразования высокого напряжения постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока.

Известны бестрансформаторные понижающие конверторы, работающие по принципу заряда цепочки из п последовательно соединенных конденсаторов от первичнЪго источника питания с их последующим параллельным разрядом на нагрузку . ,

Такие источники содержат конденсаторно-диодные цепочки, соединенные друг с другом диодами, полупроводниковые ключи (для поочередного подключения последовательно соединенных конденсаторов к первичному источнику питания и отключения от него на время параллельного разряда конденсаторов на нагрузку) и схему управления 1.

В таком конверторе отсутствует гальваническая развязка входа и выхода, что существенно снижает область их применения.

Этот недостаток устранен в бестрансформаторных выпрямителях и конверторах, в

каждой входной и выходной щинах которых включены управляемые ключи, поочередно отключающие нагрузку от первичного источника питания при последовательном заряде конденсаторов от первичного источника и их параллельном разряде на нагрузку. При этом оказывается, что на осуществление питания схемы управления,разрядными ключами затрачивается значительная мощность, существенно снижающая КПД преобразователя 2.

Известен понижающий к6нвертор 33,котврый содержит п параллельно включенных цепочек, состоящих из двух последовательно соединенных через конденсатор разрядных диодов (п-1) эарядных диодов, соединяющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый разрядный ключ, соединяющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зарядный ключ, соединяющий отрицательный входной вывод со второй

обкладкой конденсатора последней цепочки, первый разрядный ключ, соединяющий через первую группу разрядных диодов первые обкладки конденсаторов всех цепочек

с положительным выходным выводом, второй разрядный ключ, соединяющий через вторую группу разрядных диодов вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управления зарядными и разрядными ключами, первый диод, подключенный анодом ко второй обкладке первого питающего конденсатора и катодом -; к первой обкладке конденсатора первой цепочки, второй диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки и катодом к первой обкладке питающего конденсатора.

Особенностью этого устройства является наличие двух стабилитронов, включенных последовательно с зарядными ключами и диодами. Эти стабилитроны служат для стабилизации напряжения питания схем управления разрядными ключами.

Поскольку стабилитроны соединены последовательно с зарядными ключами, диодами и конденсаторами, то через них протекает весь зарядный ток, поэтому потери энергии в них велики. Это является недостатком известного конвертора.

Другой недостаток этого конвертора - ограниченный диапазон изменения тока нагрузки. При уменьшении тока нагрузки конденсаторы цепочек практически не разряжаются, а конденсаторы, питающие схемы управления, разрядными ключами, разряжаются практически без изменения. Поскольку ток заряда конденсаторов цепочек и питающих конденсаторов является общим, то через несколько периодов частоты коммутации, напряжение на конденсаторах, питающих схемы управления разрядными ключами, упадет до нуля, что ведет к потере работоспособности конвертора.

Целью описываемого изобретения является увеличение КПД устройства и обеспечение его работоспособности в щироком диапазоне изменения тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в понижающий конвертор, содержащий п параллельно включенных цепочек, состоящих из двух последовательно соединенных через конденсатор разрядных диодов, (п-1) зарядных диодов, соединяющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый зарядный ключ, соединяющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зарядный ключ, соединяющий отрицательный входной вывод со второй обкладкой конденсатора последней депочки, первый разрядный ключ, соединяющий через первую группу разрядных диодов первые обкладки конденсаторов всех цепочек с положительным выходным выводом, второй . разрядный ключ, соединяющий через вторую группу разрядных диодов, вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управления зарядными и разрядными ключами, параллельно соединенные - стабилитрон, питающий конденсатор и диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, и катодом - к первой обкладке питающего конденсатора, введены два дополнительных транзисторных ключа, дополнительный зарядный диод и два токоограничивающих резистора, первый из которых включен между баз.ой первого дополнительного транзисторного ключа и катодами первой группы

0 разрядных диодов, второй - между коллектором второго дополнительного транзисторного ключа и базой первого разрядного ключа, при этом дополнительный зарядный диод анодом, подключен ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, а катодом к базе первого дополнительного транзисторного ключа и коллектору второго зарядного ключа, причем коллектор первого дополнительного транзисторного ключа подключен к катодам первой группы разрядных

0 диодов, его эмиттер - к первой обкладке питающего конденсатора, а выход схемы управления разрядными ключами - к базе второго дополнительного транзисторного ключа, эмиттер, соединен с базой второго разрядного ключа.

На чертеже,приведена принцициальная электрическая схема понижающего конвертора.

Понижающий конвертор содержит параллельно соединенные конденсаторные цепочки с конденсаторами 1-4, разрядными диодами 5-11,зарядные диоды 12-15, соединяющие разноименные обкладки смежных цепочек, зарядные ключи 16 и 17, разрядные ключи 18и19, схему управления зарядными ключами 20, схему управления разрядными ключами 21, параллельно соединенные стабилитрон 22 и питающий конденсатор 23, диод 24, дополнительные транзисторные ключи 25и 26, токоограничивающие резисторы 27,28, сглаживающий конденсатор фильтра 29 и нагрузку 30.

Работа понижающего конвертора происходит следующим образом. В течение открытого состояния зарядных ключей 16н 17 происходит последовательный заряд конденсаторов цепочек 1-4. При этом за счет падения напряжения на дополнительном зарядном диоде 15, включенным между базой и эмиттером первого дополнительного ключа 25, последний заперт. В момент закрывания зарядных ключей ток через диод 15 прекращается и конденсаторы цепочек, соединенные в параллель, разряжаясь через токоограничивающий резистор 27, открывают ключ 25 и подзаряжают конденсатор 23, питающий схему управления разрядными ключами. По прошествии определенного времени задержки, необходимого для обеспечения полного закрывания зарядных ключей и формируемого схемой управления разряд