Преобразователь постоянного напряжения Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности к преобразователям постоянного напряжения, используемым в качестве источников вторичного электропитания систем радиоэлектроники и автоматики, особенно тех случаях, когда первичный источ ик питания имеет низкое напряжение (солнечные батареи, радиоизотопные элементы и т. п.) .

Известен преобразователь постоянного напряжения с низковольтным питанием, содержащий пьезоэлектрический трансформатор,секция возбуждения пьезотрансформатора которого включена в двигатель моста, образованного четырьмя транзисторами. К другой диагонали моста присоединен вналний источник постоянного напряжения. База каждого транзистора присоединена к соответствующей обкладке обратной связи пьезотрансформатора и через резистор - к упомянутому источнику напряжения. К электродам генераторной секции пьезотрансформатора подключен выпрямитель. Положение обкладок обратной связи на пьезопластине выбирается таким образом, чтобы напряжения на базах транзисторов, электроды которых

соединены друг с другом, были в противофазе 1.

Недостатком указанного устройства является низкий КПД при малых напряжениях источников питания. Он обусловлен -г&л, что напряжение на обкладках обратной связи - синусовдальное, и при уменьшении напряжения источника питания его амплитуда становится недостаточной для обеспечения ключевого режима работы транзисторов. Кроме того, устройство имеет низкую надежность, обусловленную значМтель-. ным числом выводов и обкладок пьезо- 15 трансформатора.

Наиболее близким к изобретению является преобразователь, в котором секция возбуждения пьезотрансформатора через электронные ключи, соеди ненные по двухтактной схеме, подключена к входных выводам преобразователя, а генераторная секция через выпрямитель и фильтр подключена к 25 выходным выводам инвертора и задающий генератор этого преобразователя подключен по выходу к цепям управления электронными ключами, а по цепи синхронизации связан с генераторной секцией 2. Недостатком преобразователя явля ется отсутствие защиты при коротком замыкании на выходе. Цель изобретения - обеспечение з щиты от короткого замыкания на выходе . Эта цель достигается тем, что в преобразователе цепь питания задающ го генератора соединена с выходными выводами преобразователя, а цепь уп равления одного из электронных клю1чей через диод соединена с генераторной секцией пьезотрансформатора. На чертеже изображена схема пред лагаемого пьезоэлектрического преоб разователя напряжения с низковольтны питанием. Схема содержит пьезоэлектрический трансформатор 1, МОП-транзисторы 2задающий генератор 6 прямоугольных импульсов, Цепь 7 питания генератора, вход синхронизации 8 генератора неинвертирующий выход 9 генератора, инвертирующий выход 10 генератора, выпрямитель 11, сглаживающий фильтр 12, внешний источник 13 постоянного напряжения, обкладки 14 и 15 секции возбуждения, обкладку 16 генераторной секции, внешнее сопротивление нагрузки 17, развязывающий диод 18. Стоки транзисторов 2 и 5 подсоединены к плюсу внешнего источника 13 питания, а истоки транзисторов 3 и 4 к минусу источника 13, являющимся, общей точкой. Исток транзистора 2 соединен со стоком транзистора 3 и обкладкой 14. Исток транзистора 5 соединен со стоком транзистора 4 и обкладкой 15. Внешнее сопротивление наз рузки 17 через выпрямитель 11 и фильтр 12 соединено с обкладкой 16. К выходу выпрямителя 12 подключена цепь 7 питания генератора 6. Вход синхронизации В подключен к обклгщке 16. Неинвертирующий выход 9 соединен с затворами транзисторов 3 и 5. Инвертирующий выход 10 соединен с затворами транзисторов 2 и 4. Затворы транзисторов 3 и 5 соединены через диод 18 с обкладкой 16. Предлагаемый преобразователь напряжения работает следующим образом Переменное напряжени с резонансной частотой пьезотрансформатора fp с обкладкой 16 поступает на высокоомный вход синхронизации 8 и запуска ет задающий генератор 6. С выходов 10 и 9 на затворы транзисторов ключевого усилителя мощности 2-5 поступает напряжение в виде меандра с час тотой f о и амплитудой, равной напряже нию на выходе преобразователя. Напряжения на выходах 9 и 10 находятся в противофазе, поэтому ,,когда транзисторы 5 и 3 открыты, то 2 и 4 закрыты и наоборот. В этом случае напряжение между обкладками 14 и 15 имеет вид меандра с амплитудой импульсов вдвое большей напряжения ис,точника питания и частотой ip. Транзисторы 2-5 работсоот в ключевом режиме, обеспечивающем максимальный КПД. Напряжение между обкладками 14 и 15 вызывает появление синусоидального напряжения на обкладке 16 с частотой {р и амплитудой в К раз большей, чем напряжение источника 13 питания, где К - коэффициент трансформации пьезотрансформатора. Выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на сопротивление нагрузки 17 и цепь питания задгиощего генератора .6. Схемы генераторов прямоугольных импульсов известны. Например, может быть использован ждущий мультивибратор на КМОП-транзисторах. Для увеличения надежности преобра зователя, а также для его запуска синусоидальное напряжение с обкладки 16 поступает на затворы транзисторов 3 и 5 через диод 18, который исключает прохождение напряжения с выхода 9 на вход 8. В случае короткого замыкания сопротивления нагрузки или временного отключения источник питания напряжение на выходе преобразователя мало для обеспечения работы задающего генератора. Напряжение на затворах транзисторов 2-4 близко к нулю, и сопротивления их каналов значительные . Некоторое время после снятия короткого замыкания на выходе преобразователя он будет работать с низким КПД как автогенератор на транзистог pax 3 и 5 с постоянными сопротивлениями каналов другой пары транзисторов в цепи стока 3 и истока 5. Когда же напряжение на выходе преобразователя станет достаточным для обеспечения работы задающего генератора 6, КПД преобразователя возрастает. Изобретение позволяет обеспечить защиту от коротких замыканий на выходе. изобретения Преобразователь постоянного напряжения, содержащий пьезоэлектрический трансформатор, секция возбуждения которого через электронные ключи, соединенные по двухтактной схеме, подключена к входным выводам преобразователя, а генераторная секция через выпрямитель и фильтр подключена к выходным выводам инвертора и задающий генератор прямоугольных имульсов, вход синхронизации которого соединен с генераторной секцией пьезоэлектрического трансформатора, а

выход соединен с цепями управления электронными ключами, о т л и ч а гоад и и с я тем, что, с целью обеспечения зёодиты от. коротких замыканий на выходе, цепь питаний указанного задающего генератора соединена с выходными выводами преобразователя, а цепь управления одного из указанных электронных ключей соединена через диод с генераторной секцией пьезоэлектрического трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Лавриненко В.В. Пьезоэлектрические трансформаторы, М., Энергия, 1975, с. 81, рис. 30г.

2,Электронная техника в автоматике. Сборнику Под. ред. Ю.И. Конева, Советское радио, 1972, вып. 3,

с. 74, рис, 1в.