Понижающий конвертор Советский патент 1980 года по МПК H02M3/18 

1

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к бестрансформаторным низковольтным источникам питания, работающим по принципу заряда цепочки п последовательно соединенных конденсаторов от первичного источника питания с их последующим параллельным разрядом на нагрузку и предназначенным для питанля полупроводниковой радиоэлектронной аппаратуры.

Известны бестрансформаторные понижающие конверторы, преобразующие высокое напряжение переменного или постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока.

Один из таких конверторов содержит конденсаторные цепочки, соединенные одна с другой контактными ключами для поочередного подключения последовательно соединенных конденсаторов к первичному источнику питания и отключения от него на время параллельного разряда конденсаторов на нагрузку IJ.

В другом из известных конверторов для Той же цели используются полупроводниковые ключи 2.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является понижающий конвертор, содержащий вентильно.-коиденсаторные цепочки для деления напряжения, объединенные по крайией мере в две группы,

5 цепочки которых содержат конденсатор и два иеуправляемых вентиля, один из которых подключеи анодом к выводу конденсатора, а катодом - к положительному выходному выводу группы, другой подключен катодом к другому выводу конденсатора, а анодом -

fO к отрицательному выходному выводу этой же группы 3. Смежные цепочки каждой из групп соединены между собой леуправляемыми вентилями, причем первая rpynni; соединена с источником высокогр напряже ния постоянного тока и второй группой через

5 управляемые ключи стоящие соответственно в цепях положительного входного и выходного выводов первой группы. Первая группа цепочек связана с источником высокого напряжения и со входом второй группы через управляемые ключи, стоящие соответвтвеино в цепях отрицательного входиого и выходного выводов первой группы, а каждая последующая группа связана с предыдущей через управляемые ключи, стоящие во вход

ных цепях последующих групп и имеющих частоту коммутации, превышающую частоту коммутации управляемых ключей, стоящих во входных цепях предыдущих групп. Между гонками соединения положительных и отрнГцательных входных и выходных выводов каждой последующей и предыдущей группы включен сглаживающий конденсатор, а конденсатор в цепочках йторой и последующих групп соединен с отрицательным выходным выводом через дополнительный управляемый ключ.

В указанном понижающем конверторе имеется ряд выходных напряжений, снимаемых со сглаживающих конденсаторов и не имеющих какой-либо общей точки. Это сужает функциональные возможности конвертора.

Возрастающее применение интегральных лнйейных схем, таких как схемы операционных у(;илнтелей, функциональных модулей н сравнивающих устройств, требует создания малогабаритных источников питания с различными выходными напряжениями по уровню и знаку относительно общей точки.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей за счет получения различных по уровню и знаку выходных напряжений относнтельно общей точки.

Это достигается тем, что в понижающем конверторе, содержащем по крайней мере две каскадно включенные между входными и выходными выводами группы вентильноконденсаторных цепочек, причем в каждой группе цепочки образованы, каждая, последовательно включенными первым разрядным вентилем, конденсатором и вторым разрядным вентилем, соединены параллельно, смежные цепочки данной группы связаны через зарядные диоды, крайние цепочки соединены с входными выводами группы через управляемые ключи, общие точки соответственно первых и вторых разрядных вентилей цепочек связаны через управляемые ключи с выходными выводами группы, защунтированными сглаживающим конденсатором, с выходом последней группы связаны через дополнительный ключ входы по крайней мере двух групп дополнительных цепочек, причем отрицательные выходные выводы первой части этих rpyrtn объединены с положительными выходными выводами второй частн этих групп, а положительные входные выводы первой части групп соединены с соответствующим выходным выводом упомянутой последней группы через дополнительные разделительные ключи, в качестве которых могут использоваться и неуправляемые вентили.

На чертеже приведена схема конвертора. Понижающнй конвертор содержит вентильно-конденсаторные цепочки для деления напряжения, объединенные по крайней мере в две группы I и 2, управляемые ключи 3-9, сглаживающие конденсаторы 10 и 11.

Первичный источник высокого напряжения постоянного тока через управляемые ключи 3 и 4, включенные соответственно

В положительную и отрицательную входные шины 12 и 13, первой группы, подключен к ее входу в точках 14 и 15.

К выходным шинам 16 и 17 первой группы через управляемые ключи 5 н 6 в точJ ках 18 и 19 подключен сглаживающий конденсатор 10, с-которого как и с конденсатора 11 может сниматься дополнительное пониженное выходное напряжение.

Выводы сглаживающего конденсатора 10

подключены ко входу второй группы в точo ках 1.8 и 20 через управляемый ключ 7,

включенный в одну из входных шин 21 и 22

второй группы.

. К выходным щинам 23 и 24 последней группы в точках 25 н 26 подключен сглаживающий конденсатор П. Каждая группа выполнена из нескольких вентильно-конденсаторных цепочек. Каждая цепочка первой группы 1 состоит из конденсатора 27 к двух неуправляемых вентилей 28 и 29. Вентиль 28 анодом подключен к выводу конденсатора 27 в точке 14, а катодом - к выходной шине 16. Вентиль 29 катодом подключен к выводу 30, а анодом - к выходной шине 17.

Смежные цепочки первой группы соединень между собой через вентиль 31 так, 5 что анод его подключен к точке 30 предыдущей цепочки, а катод - к точке 32 последующей цепочки.

Каждая цепочка второй и последующих групп состоит из конденсатора 33, вентиля 34 и управляемого ключа 8. Вентиль 34 анодом подключен к выводу конденсатора 33 в точке 18, а катодом - к положительной выходной шине 23. Управляемый ключ 8 включен между отрицательной выходной шиной 24 группы н выводом 35 конденсатора 33. ЦеJ почки соединены между собой через неуправляемый вентиль 36 так, что анод его подключен к выводу 35, а катод - к точке 37 последующей цепочки.

К выходным шинам 38 и 39 последней группы через управляемый ключ 40 подо ключено по крайней мере две группы 41 и 42 цепочек, выполненных как и группа 2.

Выводы сглаживающего конденсатора 11 через управляемый ключ 40, включенный в одну из входных шин 38 и 39, подключены ко входу одной группы 41 в точки 43 и 44 через разделительный ключ 45 н ко входу другой группы 42 в точки 46 и 47 непосредственно, входные щины групп пбдключаю ся к точкам 48 и 49.

Положительная выходная шина 50 групO пы 42 и отрицательная выходная щика 51 группы 41 соединены между собой и общей точкой 52.

Нагрузки 53 и 54 понижающего конвертора, сглаживающие конденсаторы 55 и 56 подклк)чены соответственно к выходным шинам групп 41 и 42 между точками 57, 52 и 58, 52. .

Понижающий конвертор работает с,педующим образбм. За счет поочередной периодической коммутации ключей 3 и 4 , 5 и б конденсаторы первой группы подключаются последовательно к источнику высокого напряжения постоянного тока при заряде и параллельно к сглаживающему конденсатору 10 при разряде. В результате на конденсаторе 10 получается сглаженное и приблизительно в HI раз пониженное (PI - количество цепочек в первой группе) напряжение постоянного тока. Аналогично при поочередной коммутации ключей 7 и 8 и 9 второй группы происходит дальнейшее понижение напряжения. В результате на конденсаторе 11 получается приблизительно в ni4it раз пониженное сглаженное напряжение (пг - количество цепочек во второй группе). При этом частота коммутации второй и последующих трупп значительно превышает частоту коммутации предыдущих групп. В интервале открытого состояния ключа 40 происходит одновременный последовательный заряд конденсаторов групп 41 и 42. Причем количество вентильно-конденсаторных цепочек в указанных группах и, следовательно, уровень напряжения заряда Их конденсаторов, а также уровень выходного напряжения могут быть различными. При запирании ключа 40 и отпирании ключей в цепочках групп 41 и 42 происходит параллельнь1Й разряд их конденсаторов на нагрузки и конденсаторы соответственно 53, 55 и 54, 56. Подключение через разрядный ключ 40 групп 41 и 42 с различным количеством цепочек, соединенных соответственно своими отрицательной 51 и положительной 50 выходными тинами с общей точкой 52, дает возможность получить относительно указанной общей точки различные по уровню и знаку выходные напряжения. Частота коммутации ключа 40 из-за более низкого уровня напряжения на сглаживающем конденсаторе 11 по сравнению с уровнем напряжения на сглаживающем конденсаторе 10 может значительно превышать частоту коммутации ключей предыдущих групп. Получение различных по уровню и знаку выходных напряжений относительно общей точки 52 достигается объединением вентильно-кондёнсаторных цепочек в группы 41 и 42. Если тpeбyetcя получить еще ряд напряжений, то для этого достаточно к точкам 48 н 49 подключить входные щины дополнительных групп, количество цепочек в которых определяется величиной требуемых выходных напряжений. Если дополнительная группа обеспечивает положительное относительно точки 52 выходное напряжение, то ее положительная входная щина подключается к точке 48 через разделительный ключ (аналогично ключу 45), необходимый для обеспечения нормального разряда конденсатора первой цепочки рассматриваемой группы на нагрузку. Группы, обеспечивающие относительно точки 52 отрицательные выходные напряжения, подключаются своими входными щинами к точкам 48 и 49 непосредственно. Таким образом, данный конвертор позволяет получить относительно общей точки различные по уровню и знаку выходные напряжения наиболее простым способом. Формула изобретения 1. Понижающий конвертор, содержащий по крайней мере две каскадно включенные между входными и выходными выводами группы вентильно-кондёнсаторных цепочек, причем в Каждой группе цепочки образованы, каждая, последовательно включенными первым разрядным вентилем, конденсатором и вторым разрядным вентилем, соединены параллельно, смежные цепочки данной группь) связаны через зарядные диоды, крайние цепочки соединены с входными выводами группы через управляемые ключи, общне точки соответственно первых и вторых разрядных вентилей цепочек связаны через управляемые ключи с выходными выводами группы, защунтированными сглаживающим конденсатором, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнйстей за счет получения дополнительных различных по знаку и уровню выходных напряжений, с выходом последней труппы связаны через дополнительный ключ входы по крайней мере двух групп дополнительных цепочек, причем отрицательные выходные выводы первой части этих групп объединены с положительными выходными выводами второй части этих групп, а положительные входные выводы первой части групп соединены с соответсгвук щим выходным выводом упомянутой последней группы через дополнительны е разделительные ключи. 2. Конвертор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве разделительных ключей использованы неуправляемые вентили. Источники информация, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 151391, кл. Н 02 М 3/04, 1972. 2.Патент США № 2708742, кл. Н 02 М 7/00, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР № 543109, кл; Н 02 М 7/10, 1973.