Преобразователь постоянного напряжения

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ,содержащий п последовательно соединенных конденсаторно-вентильных ячеек удвоения напряжения, в каждой из которых между входными выводами включена цепочка из согласнопоследовательно соединенных разряд .ного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод конденсатора,второй вывод которого через диод связан с первыми входными и выходными выводами ячейки, а вторые входной и выходной выводы ячейки объединены, и блок управления ключами, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения КПД, указанный диод включен между первыми вхЬдным и выходным выводами ячейки, второй вывод конденсатора соединен непосредственнос первым выходным выводом ячейки, а блок управления ключами содержит делитель частоты с N-1 выходами, причем вход делителя час -оты соединен с входом ключей первой ячейки, а выходы делителя частоты соединены с входами ключей соответствующих последующих ячеек. t : X) :л

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

/ ае а1!

3(59 Н 02 М 3 335

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ (2П 344Ч278/24-07 (22! 25.05.82 (46! 15.02.84. Бюл. Р 6 (72! И.Г. Мурадов (71} Институт физических исследований AH АрмССР (53! 621. 314. 58 (088. 8 ) (56! 1. Патент СЬА Р 3240958, кл. 307-110, 1964.

2. йвторское свидетельство СССР

9 607317, кл. Н 02 M 3/335, 1976. (54 l(571 ПРЕОБРЛЗОВЛТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий !!последовательно соедине нных конде нсаторно- вентиль,— ных ячеек удвоения напряжения, в каждой из которых между входными выводами включена цепочка из согласнопоследовательно соединенных разряд.ного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод конденсатора, второй вывод которого через диод связан с первыми входными и выхо .ными выводами ячейки, а вторые входной и выходной выводы ячейки объединены, и блок управления ключами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов и повышения

КПД, указанный диод включен между первыми входным и выходным выводами ячейки, второй вывод конденсатора соединен непосредственно с первым выходным выводом ячейки, а блок управления ключами содержит делитель частоты с М -1 выходами, причем вход делителя час оты соединен с входом ключей первой ячейки, а выхо- Е ды делителя частоты соединены с входами ключей соответствующих последующих ячеек.

1073857

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания маломощной аппаратуры для преобразования низкого постоянного напряжения в высокое. 5

Известен вентильно-конденсаторный умножитель постоянного напряжения, содержащий цепочку из согласнопоследовательно соединенных разрядного и зарядного ключа, подключен- !О ную между входными выводами, и цепочку из двух согласно-последовательно соединенных диодов, включенную между входным и выходным выводом, и два конденсатора., один иэ которых )5 включен между точкой соединения ключей и точкой соединения диодов, а другой между выходными выводами (1 3.

Данный преобразователь лишь удваивает напряжение. Для умножения

20 напряжения более чем вдвое применяется последовательное (каскаднбе ) соединение таких удвоителей напряI жения. 25

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения, содержащий и последовательно соединенных конденсаторно-вентильных ячеек удвоения напряжения, 30 в каждой из которых между входными .выводами включена цепочка из последовательно-согласно соединенных разрядного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод первого конденсатора, второй вывод которого подключен к точке согласно-последовательного соединения двух диодов, включенных между входным и выходным выводом 40 ячейки, а параллельно выходу каждой ячейки включен второй конденсатор (2).

Наличие двух конденсаторов и двух диодов в каждой ячейке увеличи- 45 вает массу и габариты преобразователя и снижает его КНД.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов и повышение КПД.

Цель достигается тем, что в пре- 5() образователе постоянного напряжения, содержащем И последовательно . соединенных конденсаторно-.вентильных ячеек удвоения напряжения, в каждой из которых между входными выводами включена цепочка иэ соглас5 но-последовательно соединенных разрядного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод конденсатора, второй вывод которого через диод связан с первыми входным и выходным выводами ячейки, а вторые входной и вЫходной выводы ячейки объединены, и блок управления ключами, укаэанный диод включен между первыми 65 входным и выходным выводами ячейки, второй вывод конденсатора соединен непосредственно с первым выходным выводом ячейки, а блок управления ключами содержит делитель частоты с Й-1 выходами, причем вход делителя частоты соеди нен с входом ключей nepsoA ячейки, а выходы делителя частоты соединены с входами ключей соответствующих последующих ячеек.

На фиг. 1 показана принципиальная схема преобразователя) на фиг. 2 — диаграммы напряжений..

Преобразователь (фиг. 1) подключен со стороны входа к источнику питания 1 и содержит М конденсаторно-вентильных ячеек удвоения напряжения 2.1-2. М,соединенных между собой последовательно, т.е. ввход одной включен на вход другой. Каждая ячейка имеет первый входной вывод 3, первый выходной вывод 4 и объединенные второй входной и выI ходной выводы 5. Между выводами 3 и 5 включены согласно-последовательНо соединенные ключи (транзисторы), а между выводами 3 и 4 — диод. Вход ключей соединен с выводом 6. На выходе преобразователя включен диод 7 и нагрузка, шунтированная фильтрующим конденсатором 8. Блок управления содержит задающий генератор 9 и делитель частоты 10, причем вход делителя частоты и вход ключа первой ячейки соединен с выходом задающего генератора, а выходы делителя частоты — с входами ключей соответствующих ячеек, при этом между точкой соединения ключей и выводом

4 каждой ячейки включен соответствукхций конденсатор 11.

На фиг. 2 по горизонтали отложены интервалы времени от С до с шагом, равным полупериоду входного управляющего сигнала. Сверху вниз показаны эпюры напряжений в некоторых точкахг где V - напряжение на выходе задаю ) щего генератора 9, на входе ключа первой ячейки, на входе делителя частоты

10{Е))

02 - напряжение на первом выходе делителя частоты, на входе ключа второй ячейки {f/2);

Π— напряжение на втором выходе

3 делителя частоты, на входе ключа третьей ячейки (f/4);

U — напряжение на третьем вы4 ходе делителя, частоты, на входе ключа четвертой ячей- ки (f/8);

Ц „ — напряжения на конденсаторах соответствующих ячеек, {)н- напряжение на нагрузке.

Преобразователь работает следующим образом.

1073857

Примем, что каждый конденсатор либо полностью заряжается от предыдущей ячейки, либо полностью разряжается на последующие ячейки.

Падения напряжений на отпертых и ,утечки запертых элементов не учиты ваются.

Делитель частоты работает в режиме счета импульсов, т.е. начала периодов импульсов совпадают. Коэффициент деления частоты равен 2.

При нулевой амплитуде входного импульса ключ отперт и конденсатор заряжается от предыдущих ячеек. При единичной амплитуде входного импульса ключ заперт, т.е. конденсатор соединен последовательно с предыдущей ячейкой и разряжается на последующие ячейки.

В интервале времени tp„ (фиг. 2) все ключи отперты и конденсаторы всех ячеек заряжаются до напряжения

U источника питания. В момент t„ первый ключ запирается, подключая первый конденсатор последовательно с источником питания, и конденсаторы последующих ячеек заряжаются до двойной амплитуды (2 по вертикали .

Конденсатор первой ячейки при этом разряжается. В момент t> первый ключ отперт, второй заперт, конденсатор первой ячейки заряжается от источника питания, а конденсатор второй ячейки, соединенный последовательно с источником питания, разряжается на конденсаторы последующих ячеек и конденсатор 8, заряжая их до тройной амплитуды. В момент

В 4 ключ 1 первой ячейки вновь заперт и к энергопередаче последовательно подключается конденсатор первой ячейки и совместно с источником питания и конденсатором второй ячейки заряжает..; конденсатор

8 и конденсаторы третьей и четвертой ячеек до четырехкратной амплитуды.

В момент1 предыдущие циклы повторяются, но уже с подключением конденсатора третьей ячейки, при этом конденсатор четвертой ячейки и конденсатор 8 ступенями заряжаются до восьмикратной амплитуды. И,.наконец, в момент Ьц подключается конденсатор четвертой ячейки, заряжая конденсатор 8 до 16-ти кратной амплитуды. В реальной схеме с учетом потерь остаточных напряжений на конденсаторах, а также в зависимости от соотношения емкостей заряды растут монотонно.и в установившемся режиме эпюра напряжуний на конденсаторах выглядит так, как показано пунктиром с не15 сколько меньшей амплитудой

EH. = где Е„- напряжение на нагруэкеу напряжение источника питания 1;

gQ Й - число ячеек удвоения напряжения °

При следующем периоде схема приходит в исходное состояние и весь цикл повторяется.

25 Для эффективной работы устройства желательно, чтобы емкости конденсаторов уменьшались вдвое от первого каскада к последнему, а диоды первых каскадов имели как можно мень3О шее прямое падение напряжения. Это требование распространяется и на другие типы подобных умножителей напряжения.

Регулированием частоты генератоЗ5 Ра 9 можно РегулиРовать мощность, отдаваемую в нагрузку. Коэффициент деления частоты делителя может быть и иным, но не менее двух у соседних ячеек.

Уменьшение числа диодов и кон40 денсаторов позволило при современ- ной элементной базе улучшить КПД и массогабаритные показатели на

20-50% в зависимости от числа ячеек.

Особенно это ощущается при низко"

45 вольтных первичных источниках литания, имеющих напряжение порядка единиц вольт.

1073857

01

01 O о z

10 f2 4 б М Я Й Ю Ж Я

12 6 2Ю

0щ 1

6

Л

2 11.ф

Составитель В.Моин

Редактор И.Колесникова Техред Л .Мартяшова КорректорА. Ференц

Заказ 375/52

g) 9 д

4 ф

1

1 112 1616 1 10ЯО 25 Р fР

Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытиЯ

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4