Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения

 

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ . ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ , содержащий И-цепочек, каждая из которых состоит из лоследователь но соединенных разрядного ключа, конденсатора и диода, п-1 из которых соединены параллельно и подключены к выходным выводам непосредственно, h-1 зарядных диодов, включенных между разноименными вьгоодами конденсаторов смежных разрядных цепочек, последний П-й зарядный диод, включенный между конденсатором последней цепочки и общим выводом, зарядный ключ, включенный между конденсатором первой разрядной цепочки и другим входным выводом, регулирующий элемент, а .также генератор импульсов , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения КПД путем предварительного регулирования напряжения на силовом входе регулирующего элемента, в него дополни-, тельно введены М узлов сравнения по числу не более П-1, с разныкт порогами срабатывания, входами подключенные к входным выводам, а выходами нагруженные на исполнительные органы, переключающие контакты которых связаны с выходом генерато (Л ра импульсов и с входами разрядных ключей в соответствующих АЛ последс них цепочках, при этом регулирующий элемент включен между цепочкой с первым порядковым номером и выходным выводом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3 (5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3574436/24-07 (22) 07.04.83 (46) 30. 10.84. Бюл. В 40 (72) В.А. Поляков, И.Г. Гузовский и В.В, Петров (53) 621.314.58(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ó 571860, кл. Н 02 M 3/18, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 987758, кл. Н 02 M 3/335, 1981. (54)(57) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПОНИЖАЮЩИЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий й-цепочек, каждая из которых состоит из лоследователь. но соединенных разрядного ключа, конденсатора и диода, п-1 иэ которых соединены параллельно и подключены к выходным выводам непосредственно, h-1 зарядных диодов, включенных между разноименными выводами конденсаторов смежных разрядных цепочек, последний П-й зарядный диод, включенный между конденсатором послед„,SU„„1121755 ней цепочки и общим выводом, зарядный ключ, включенный между конденсатором первой разрядной цепочки и другим входным выводом, регулирующий элемент, а .также генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем предварительного регулирования напряжения на силовом входе регулирующего элемента, в него дополни-, тельно введены М узлов сравнения по числу не более и -1, с разными порогами срабатывания, входами подключенные к входным выводам, а выходами нагруженные на исполнительные органы, переключающие контакты которых связаны с выходом генератора импульсов и с входами разрядных ключей в соответствующих Q последних цепочках, при этом регулирующий элемент включен между цепочкой с первым порядковым номером и выход-ным выводом.

1 11

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в устройстве электропитания для получения стабилизиро-. ванного напряжения противоположной полярности.

Известен регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий и параллельно подключенных к входным выводам цепочек, состоящих из последовательно соединенных разрядного диода, конденсатора и разрядного ключа, и -1 зарядных диодов, соединяющих разноименные выводы конденсаторов сложных цепочек, зарядный ключ, соединяющий разрядный диод и конденсатор первой цепочки с входным выводом, а также управляемые регулирующие элементы, которые включены параллельно разрядным диодам,.m — - последних цепо" чек, где Al/A определяет глубину регулирования )I) .

Недостатком преобразователя является неполное использование габаритной мощности конденсаторов в процессе регулирования.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь, содержащийй-цепочек, каждая:из которых состоит из после" довательно соединенных разрядного ключа, конденсатора и разрядного, диода, 5 -1 из которых соединены параллельно и подключены к выводам непосредственно, rl -1 зарядных диодов включенных между разноименными выводами конденсаторов смежньгх цепо-. чек, а также зарядный ключ, включенный между конденсатором первой цепочки и входным выводом, и регулиру- ющий транзистор, включенный между разрядным диодом последней и цепочки и выходным выводом, причем зарядный диод этой цепочки подключен непосредственно к общему выводу j2) .

Недостатком устройства является низкий КПД, обуслевленный тем, что преобразователь напряжения выполнен с неизменной кратностью деления входного напряжения, определяемой из расчета обеспечения заданного выходного напряжения при минимальном входном напряжении. С возрастанием входного напряжения соответственно возрастает напряжение на конденсаторе цепи с регулирующим элементом и, следовательно, мощность, которую

21755 3

f0

55 необходимо гасить на регулирующем элементе.

Цель изобретения — повышение КПЛ устройства путем предварительного регулирования напряжения на силовом входе регулирующего элемента.

Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее 11 цепочек, каждая из которых состоит из последовательно соединенных разрядного диода, конденсатора и разрядного ключа, ll --1 из которых соединены параллельно и подключены к выходным выводам непосредственно,И -1 зарядных диодов, включенных между разноименными выводами конденсаторов смежных разрядных цепочек, и -й (последний) зарядный диод, включенный между конденсатором последней цепочки и общим выводом, зарядный ключ,, включенный между конденсатором первой разрядной цепочки и другим входным выводом, регулирующий элемент, а также генератор управляющих импульсов, дополнительно введены M узлов сравнения по числу не более ll --1, с разными порогами срабатывания, входами подключенные к входным выводам, а выходами нагруженные на исполнительные органы, например реле, переключающие контакты которых связаны с выходом генератора управляющих импульсов и с входами разрядных ключей в соответствующих M последних цепочках, при этом регулирующий элемент включен между цепочкой .с первым порядковым номером и выходным выводом.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; -на фиг. 2— диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы.

Устройство содержит разрядные цепочки 1-4 (в данном случае и =4), каждая из которых состоит из последовательно соединенных разрядного диода 5, конденсатора 6 н разрядного ключа 7. Первая разрядная цепочка подключена диодом 5 к выводу подключения нагрузки 8 через регулирующий элемент 9, а разрядные цепочки 2,3 и 4 подключены параллельно выводам подключения нагрузки 8.

Зарядные диоды 10-12 включены соответственно между разноименными выводами конденсаторов 6 смежных разрядных цепочек 1-4. Зарядный диод

13 включен между отводом соединения разрядного диода 5 с конденсатором б

11217

3 последней цепочки 4 и общим входным и выходным выводами. Зарядный ключ 14 включен между выводом 15 подключения источника питания и отводом соединения конденсатора 6 и разрядного ключа 7 первой разрядной цепочки 1. Узлы 16 и 17 сравнения, выполненные, например, в виде триггеров Шмитта с выходом нагруженным на реле, подключены входом к выводу

15. Переключающие контакты 18 и 19 реле узлов сравнения 16 и 17 соответственно соединены с выходом генератора 20 управляющих импульсов, выполненного, например, в виде генератора РОЭРА, и с входами ключей

7 разрядных цепочек 3 и 4.

Устройство работает следующим образом.

В течение времени открытого состояния зарядного ключа 14 и закрытого состояния ключей 7; определяемого частотой управляющего напряжения генератора 20, происходит заряд кон- денсаторов 6 при их последователь25 ном соединении через зарядные диоды

10-13 от источника питания Е, подключенного к входному выводу 15.

При напряжении Е > /<< t (фиг. 2) заряжаются конденсаторы всех четырех цепочек 1-4. В течение времени за30 крытого состояния ключа 14 и открытого состояния всех четырех ключей.

7 происходит разряд конденсаторов 6 цепочек 2, 3 и 4 на нагрузку 8 через диоды 5, а конденсатора 6 це- З5 почки 1 — через диод 5 и регулирующий транзистор 9. Стабилизация (плавное регулирование) выходного напряжения с помощью регулирующего элемента 9 осуществляется аналогично 40 прототипу.

Если транзистор регулятора 9 полностью открыт, то на нагрузке 8 формируется напряжение противоположной полярности входному напряжению Е и 45 равное по величине Е/4 (без учета потерь на открытом транзисторе регулятора 9 и в элементах зарядной и разрядных цепочек).

Если регулирующий элемент 9 закрыт, то отсутствует цепь разряда конденсатора 6 цепочки 1 на нагрузку 8, в то же время конденсаторы цепочек 2, 3 и 4 могут разряжаться на нагрузку 8. В результате конденсатор 6 цепочки 1 заряжается до напряжения источника питания Е, а конденсаторы 6 разрядных цепочек 2, 55 4

3 и 4 разряжаются. Таким образом, изменением проводимости регулирующего элемента 9 можно изменять напряжение на конденсаторах 6 цепочек

2, 3 и 4 от нуля до величины Е/4, а следовательно, и на нагрузке 8. При этом ступенчатое (предварительное) регулирование напряжения на конденсаторах цепочек осуществляется изменением коэффициента деления входного напряжения вследствие изменения числа .последовательно соединенных цепочек в цепи их заряда.

При снижении входного напряжения до Ьеличины, соответствующей напряжению срабатывания узла 17 сравнения.(U ><, интервал времени 4< -1 ), контакты 19 реле этого узла сравнения переключают выходную обмотку трансформатора генератора 20, и фаза проводимости ключа 7 цепочки 4 изменяется на противоположную, т.е. проводящее состояние этого ключа совпадает по времени с проводящим состоянием зарядного ключа 14. В этом случае заряд конденсаторов 6 цепочек 1, 2 и 3 осуществляется через ключ 7 цепочки 4, а диод 13 и. конденсатор 6 цепочки 4 исключается из цепи заряда, и при открытом состоянии регулирующего элемента 9 напряжение на конденсаторах 6 цепочек

1, 2 и 3 становится равным E/3 (без учета потерь в элементах зарядной и разрядных цепочек).

Аналогично при напряжении Е; соот. ветствующем напряжению срабатывания узла 16 сравнения (интервал времени o -t<), осуществляется изменение фазы проводимости ключа 7 цепочки 3 контактом 18 реле, поэтому проводящее состояние ключа 7 цепочки 3 совпадает по времени с проводящим состоянием зарядного ключа 14, и в устройстве осуществляется заряд конденсаторов только двух цепочек — 1 и 2.

Таким образом, при изменении входного напряжения от Е до Eö „ в

ММЧ устройстве осуществляется ступенчатое изменение коэффициента деления входного напряжения от двух до трех и четырех соответственно при входном напряжении, превышающем 00д 2 и 0Ш1

Поэтому избыточное напряжение йа регулирующем элементе 9, определяемое выражением д Е =0 q "выем (фиг. 2), уменьшается, следовательно, уменьшаются потери мощности.

5 11

Для сравнения на фиг. 2 пунктирной линией показано напряжение llg4H на конденсаторе регулируемой разрядной цепи.при неизменной кратности деления -напряжения Е (как это вы.полнено в прототипе). Падение напряжения на регулирующем транзисторе прототипа определяется выражением

LED =Uс п - 9ы, откуда следует, что максимальная величина падения,напряжения в прототипе значительно больше.

Введение M узлов сравнения, нагруженных на исполнительные реле, пе. реключаю51ие контакты которых связаны с выходом генератора импульсов и с

21755 б входами разрядных ключей в соответствующих И последних разрядных цепочках, и включение регулирующего элемента между разрядной цепочкой с первым порядковым номером и выходным выводом позволяет в зависимости от изменения величины входного напряжения изменять кратность деления напряжения, т.е. обеспечить предварительное регулирование напряжения на силовом входе регулирующего элемента. В результате чего мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе, снижается, а КПД устройства повышается.

Е момс.

Е сии .

Составитель И. Никитин

Редактор Л. Веселовская Техред Т.Фанта Корректор М. Розман Заказ 7994/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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