Конденсаторный умножитель постоянного напряжения Советский патент 1980 года по МПК H02M3/18 

Изобретение относится к преобразовательной 1гехнике и может быть использовано во вторич ных источниках питания для повышения посто янного напряжения бестрансформаторным путем.. Известны конденсаторные умножители напря жения, содержащие N ячеек с накопительным конденсатором и с управляемыми ключами в виде транзисторов разного типа проводимости 1 или тиристоров 2. Известен также принятый за прототип конденсаторной умножитель напряжения, имеющий N последовательно соединенных диодов, включенных в прямом направлении между источником и нагрузкой н управляемые ключи в виде транзисторов 3. Недостатком всех указанных известных схем является относительно малая величина коэффициента умножения питающего напряження, равная N+l, где N - число ячеек умножителя или, другими словами, необходимость введения большого количества ячеек для получения больших значений коэффициента ум ножения. Цель изобретения - увеличение коэффициента умножения при данном количестве ячеек. Эта цель достигается тем, что в конденсаторном умножителе постоянного напряжения, содержащем N+l,-последовательно соединенных диодов, включенных в прямом направлении межДу плюсовым входным и плюсовым выходным выводами умножителя, минусовой входной и выходной выводы которого объединены, и N ячеек умножения с накопительными конденсаторами и управляемыми ключами, управляюишй вход которых соединен с блоком управления, анод каждого диода, кроме последнего, подключен через последовательно соединенные первый и второй управляемые ключи к минусовому выводу, катод каждого диода, кроме последнего, подключен через третий и четвертый последовательно соединенные управляемые ключи к аноду последнего диода, а между точкой соединения первого и второго ключа и точкой соединения третьего и четвертого ключа включен накопительный конденсатор. Схема предлагаемого умножителя напряжения для случая N-3 представлена на чертеже.

3

В качестве управляемых ключей для примера показаны полевые транзисторы. Умножитель содержит ячейки 1, 2, 3, в каждую из которыхвходит накопительный конденсатор 4, диод 5, транзисторь : заряжающий 6, коммутирующий 7, шунтирующий 8 и заземляющий 9, а также резисторы 10 и 11. Сток шунтирующего транзистора 8 i каждой ячейки I через диод 5 i подключен к истоку коммутирующего транзистора 7i. Кроме того, сток транзистора 8) подключен к незаземленному полюсу источника питания, а сток каждого из остальных транзисторов 8| подключен к истоку транзистора TI-H . Затвор каждого транзистора Sii подключен непосредственно к затвору, транзистоpa 7i и через резистор lOi - к стоку транзистора 6| , который, в свою очередь, подключен к истоку транзистора 7j и через выходной диод 12 - к обкладке выходного конденсатора 13. Другая обкладка конденсатора 13 и истоки всех заземляющих транзисторов 9 соединены с заземленным полюсом источника питания. Затвор каждого заземляющего транзистора 9| подключен непосредственно к затвору и через резистор 11 к стоку заряжающего транзистора 6|. Первая и вторая обкладки каждого накопительного конденсатора 4х подключены к стоку соответственно заземляющего 9t и коммутирующего 7, транзисторов.

Функционирует предлагаемый преобразовател напряжения следующим образом. На каждую . из точек 14-19 (см. чертеж) подается либо нулевой потенциал (извне), либо потенциал, присутствующий на истоке транзистора 7 (через соответствующий резистор 10 или II). дальнейщем для краткости принято, что в первом случае подается сигнал О, а во втором - сигнал 1. Совокупность же сигналов, подаваемых в точки 14-19 записывается в виде б разрядного двоичного кода, в котором левая цифра означает сигнал, поданньш в точку 14, а правая цифра означает сигнал, поданный в точку 19.

При подаче на преобразователь сигнала

010000 тран| исторь 6;1 и 9/ открыты, а все остальные транзисторы закрыты. При этом, если Напряжение Е источника питания многократно превышает величину падения напряжения на прямосмещенном диоде, то накопительный конденсатор 4 зарядится до напряжения, близкого к напряжению Е источйика питания. При подаче на преобразователь сигнала 100100 открываются транзисторы 7, 8, 9, в результате чего конденсатор 4 заряжается с помощью конденсатора 4, включенного последовательно с источником питания Е. Если указанные операции повторить более, чем некоторое количество K раз, то напряжение на

34

конденсаторе 4n станет близким к 2Е. Если справедливо условие

(здесь и в Дальнейшем С р - емкость конденсатора р), то после подачи сигнала 011000 коденсатор 4 заряжается до напряжения, близкого к ЗЕ. После подачи сигнала 101001 конденсатор 4д, включенный последовательно с конденсатором 4- и источником питания Е, заряжает конденсатор 4 через транзисторы 6 и 9j. После повторения описанной выше процедуры более, чем некоторое количество К раз, напряжение на конденсаторе 4 становится близким к 6Е. В рассматриваемом случае предполагается, что имеет место соотношение

с4з .

При подаче преобразователь сигнала 010010 конденсатор 4 заряжается до напряжения, близкого к 7Е, и затем, при подаче сигнала 100110 конденсатор 4,, включенный последовательно с конденсатором 4 и с источником питания Е, заряжает конденсатор 4л. После того, как последние две операции будут повторены не менеее, чем , напряжение на конденсаторе 4 станет бликзим к 14Е. После подачи сигнала 011010 конденсатор Чп, включенный последовательно с конденсатором 4и источником питания Е, заряжает конденсатор 4д до напряжения, близкого к напряжению 21 Е. Наконец, после подачи сигнала 101010 накопительнью конденсаторы 4/, Л, 4, а также источник питания Е соединяются последовательно и через выходной диод 12 заряжают выходной конденсатор 13 до напряжения, близкого к 42Е. .

В случае, если указанные сигналь подаются на преобразователь напряжения периодически, на выходном конденсаторе 13 поддерживается напряжение в 42 раза превышающее напряжение Е, питающее преобразователь.

В Частотном случае, если емкости накопительных конденсаторов соотносятся между собой следующим образом

10С44}С4,-20С4, , Величина коэффициентов Кд и К составляет 30 и 60 соответственно. В общем случае коэффициент умножения напряжения (отношение выходного напряжения к питающему) Kv(N), получаемый, в предлагаемом умножителе, имеющем N ячеек, вь1числяется по рекуррентной формуле

К ,NV- К v(fj-) ( к vOv)+ О , т.е. при N - 2 Ка -6; при N - 3 К -42; при К V-1806.

Таким образом, предлагаемый умножитель напряжения позволяет значительно увеличить

по сравнению с известными схемами величину выходного напряжения при том же количестве элементов и напряжении, питающем преобразователь.

Формула изобретения

Конденсаторный умножитель постоянного напряжения, содержащий N+1 последовательносоединенных диодов, включенных в прямом направлении между плюсовым входным и плюсовым выходным выводами умножителя, минусовой входной и выходной выводы которого объединены, N ячеек с накопительными конденсаторами и управляемыми ключами, управляющий вход которых соединен с блоком управления, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента умножения-напряжения при данном количестве

ячеек, анод каждого диода, кроме последнего, подключен через последовательно соединенные первый и второй управляемые ключи к минусовому выводу, а катод каждого диода, кроме последнего, подключен через третий и четвертый последовательно соединенные управляемые ключи к аноду последнего диода, а между точкой соединения первого и второго ключа и точкой соединения третьего и четвертого ключа включен накопительный конденсатор.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США N 3824447, кл. 321-15, 1974.

2.Патент США N 3818309, кл. 321-15. 1974.

3.Авторское свидетельство СССР N 170555, кл. Н 02 М 7/335, 1%3.