Преобразователь напряжения

 

Использование: при проектировании вторичных источников питания Сущность изобретения: преобразователь содержит шесть МДП-транзисторов с индуцированным каналом 2-7, подложки которых соединены с источниками. Стоки транзисторов 2. 3 присоединены к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, а истоки через дополнительные транзисторы 4 5 подсоединены к общему выводу и через дополнительные транзисторы 6,7 - к входному выводу. Истоки и затворы дополнительных транзисторов 6, 7 подключены к дополнительным обмоткам трансформатора 1. Дополнительные транзисторы 6, 7 служат для выравнивания напряжений на последовательно соединенных транзисторах 2,4 и 3,5 на уровне входного напряжения . Устройство обеспечивает повышение рабочего напряжения в два раза. 1 ип.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 50341 44/07 (22) 2603.92 (46) 30.11,93 Бюл. Ия 43-44 (75) Игумнов ДВ„Королев Г.В„ Соломатова АИ. (73) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Использование: при проектировании вторичных источников питания. Сущность изобретения: преобразователь содержит шесть МДП-транзисторов с индуцированным каналом 2 — 7, подложки которых соединены с источниками. Стоки транзисторов 2, 3 (19) RU (11) 2004060 C j (51) 5 Н 02 М 7 538 присоединены к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, а истоки через дополни— тельные транзисторы 4, 5 подсоединены к общему выводу и через дополнительные транзисторы 6, 7— к входному выводу. Истоки и затворы дополнительных транзисторов 6, 7 подключены к дополнительным обмоткам трансформатора 1. Дополнительные транзисторы 6, 7 служат для выравнивания напряжений на последовательно соединенных транзисторах 2, 4 и 3, 5 на уровне входного напряжения. Устройство обеспечивает повышение рабочего напряжения в два раза. 1 ил.

2004060

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования напряжений, например, во вторичных источниках электропитания, Широко известны преобразователи с разделительным трансформатором и внешним возбуждением (1) . Силовая часть таких преобразователей, может быть выполнена на биполярных и МДП-транзисторах, Схема преобразователя содержит 10 силовой трансформатор, один иэ выводов первичной обмотки которого подключен к минусовой входной клемме, а другой — к выводу схемы управления и истоку с подложкой МДП-транзистора, сток которого подключен к плюсовой входной клемме. Затвор МДП-транзистора подключен к нулевой шине схемы управления, К вторичной обмотке трансформатора подключается выпрямитель, обеспечивающий на нагрузке постоянное напряжение, Основным недостатком аналога является работа устройства при постоянном подмагничивании трансформатора, что приводит к увеличению его массы и габаритов. 25

Наиболее близким техническим решением является преобразователь напряжения (2), содержащий трансформатор, выводы от вторичной обмотки которого подключены к соответствующим выходным З0 клеммам, и два МДП-транзистора с индуцированным п-каналом, истоки и подложки которых подключены к общей шине, а сток первого МДП-транзистора подключен к первому крайнему выводу первичной об- ЗБ мотки трансформатора, вывод от средней точки которой подключен к клемме входного напряжения, а второй крайний вывод — к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен к второй клемме управле- 40 ния, а первая клемма управления подключена к затвору первого МДП-транзистора. В таком преобразователе к стоку закрытого МДП-транзистора прикладывается удвоенное входное напряжение 2 0вх. Кро- 45 ме того, напряжение на стоке может иметь выброс, возникающий в момент выключения МДП-транзистора. Повышенное напряжение на закрытом транзисторе может привести его к выходу из строя, что снижает 50 надежность устройства. Относительно невысокая надежность и является основным недостатком прототипа.

Повышение надежности за счет снижения напряжения на каждом закрытом МДП- 55 транзисторе достигается в преобразователе напряжения, содержащем трансформатор, выводы от вторичной обмотки которого подключены к соответствующим выходным клеммам, и два МДП-транзистора с индуцированным п-каналом, исток и подложка каждого из которых соединены между собой, а сток первого МДП-транзистора подключен к первому крайнему выводу первичной обмотки трансформатора, вывод от средней точки которой подключен к клемме входного напряжения, а второй крайний вывод — к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен к второй клемме управления, а первая клемма управления подключена к затвору первого МДП-транзистора, за счет введения четырех дополнительных МДП-транзисторов с индуцированным и-каналом и выполнения в трансформаторе двух дополнительных обмоток, первый вывод первой из которых подключен к истоку первого основного

МДП-транзистора, стоку первого дополнительного МДП-транзистора и истоку с подложкой третьего дополнительного

МДП-транзистора, затвор которого подключен к второму выводу первой дополнительной обмотки трансформатора, а его сток к клемме входного напряжения и стоку четвертого дополнительного МДП-транзистора, затвор которого подключен к первому выводу второй дополнительной обмотки трансформатора, второй вывод которой подключен к стоку второго дополнительного

МДП-транзистора, истоку с подложкой четвертого дополнительного МДП-транзистора и к истоку второго основного МДП-транзистора, затвор которого подключен к затвору второго дополнительного МДП-транзистора, исток и подложка которого подключены к общей шине и к истоку с подложкой первого дополнительного МДП-транзистора, затвор которого подключен к затвору первого основного МДП-транзистора, За счет последовательного включения силовых МДП-транзисторов в каждом плече устройства вдвое увеличивается максимально допустимое напряжение, чем и достигается повышение надежности.

Симметрирование силовых МДП-транзисторов B закрытом состоянии осуществляется с помощью третьего и четвертого дополнительных МДП-транзисторов, управляемых сигналами с дополнительных обмоток трансформатора. Отсутствие шунтирующих резисторов позволяет получить достаточно высокий КПД, На чертеже представлена схема преобразователя напряжения, содержащая трансформатор 1 и шесть МДП-транзисторов с индуцированным и-каналом 2 — 7.

Трансформатор 1 имеет четыре обмотки: первичную. вторичную и две дополнительные, Выводы от вторичной обмотки подключены к соответствующим выходным

2004060 .

55 клеммам. Выводы от вторичной обмотки подключены к соответствующим выходным клеммам. Первый крайний вывод первичной обмотки трансформатора 1 подключен к стоку МДП-транзистора 2, второй крайний вывод- к стоку МДП-транзистора 3, а вывод от ее средней точки — к клемме входного напряжения 08, и стокам МДП-транзисторов 6 и 7. Затворы МДП-транзисторов 2 и 4 подключены к первой клемме управления, а затворы МДП-транзисторов 3 и 5 — к второй клемме управления. Исток и подложка

МДП-транзистора 2 подключены к стоку

МДП-транзистора 4, истоку с подложкой

МДП-транзистора 6 и первому выводу первой дополнительной обмотки трансформатора 1, второй вывод которой подключен к затвору МДП-транзистора 6, Затвор МДПтранзистора 7 подключен к первому выводу второй дополнительной обмотки трансформатора 1, второй вывод которой подключен к истокам и подложкам МДП-транзисторов

3 и 7 и стоку МДП-транзистора 5, Истоки и подложки МДП-транзисторов 4 и 5 подключены к общей шине, На клеммы управления необходимо подавать управляющие сигналы Uynp1 и Uynp2 (как и в прототипе) со схемы управления {на чертеже не показана), Устройство работает следующим образом. При поступлении на затворы МДПтранзисторов 2 и 4 положительного

ИМПУЛЬСа 0улр1 ОНИ ОтКРЫВаЮтСЯ И ПРОтЕКает ток в первой (левой) секции первичной обмотки трансформатора 1. При этом на затворы МДП-транзисторов 3 и 5 поступает отрицательное (нулевое) напряжение Uypp2, запирающее их. При изменении полярности управляющих импульсов Оулр1 и Vynpz состояния МДП-транзисторов 2 — 5 изменяются на противоположные. В этом случае ток уже будет протекать во второй (правой) секции первичной обмотки трансформатора 1.

В результате на выходных клеммах вторичной обмотки трансформатора формируется переменное напряжение заданной величины.

В заявляемом устройстве используется последовательное включение двух силовых

МДП-транзисторов (2 и 4, 3 и 5), для надежной работы которых в закрытом состоянии необходимо, чтобы падения обратного напряжения на них были примерно равны. Для такого выравнивания напряжений служат

МДП-транзисторы 6 и 7, управляемые сигналами с дополнительных обмоток трансформатора 1.

Когда закрыты МДП-транзисторы 2 и 4, то между стоком МДП-транзистора 2 и общей шиной действует напряжение, равное

2Vs><. Однако при этом сигнал, возникший на первой дополнительной обмотке трансформатора 1, открывает МДП-транзистор 6, через который на сток МДП-транзистора 4 поступает напряжение U»<, симметрирующее сборку иэ МДП-транзисторов 2 и 4. Таким образом, к каждому из

МДП-транзисторов 2 и 4 будет приложено напряжение, равное U»<, В рассматриваемом режиме сигнал, возникающий на второй дополнительной обмотке трансформатора 1, поддерживает запертое состояние МДПтранзистора 7, т.е. устраняет его влияние на работу МДП-транзисторов 3 и 5.

Когда открыты МДП-транзисторы 2 и 4 (и закрыты МДП-транзисторы 3 и 5), сигнал с первой дополнительной обмотки трансформатора 1 запирает МДП-транзистор 6, исключая его влияние на работу МДП-транзисторов 2 и 4. При этом с помощью открытого МДП-транзистора 7 осуществляется (аналогичное) симметрирование запертых

МДП-транзисторов 3 и 5. В результате в заявляемом устройстве при закрытых силовых транзисторах (как 2 и 4, так 3 и 5) падение напряжения на каждом из них примерно равно U».

Устройство обеспечивает повышение в два раза рабочего напряжения при обеспечении надежной работы силовых МДП-транзисторов. Отсутствие традиционных шунтирующих резисторов позволяет сохранить высокие значения КПД. Кроме того, при сохранении заданного рабочего напряжения заявляемое устройство позволяет заменить один высоковольтный

МДП-транзистор на два последовательно включенных относительно низковольтных, имеющих существенно меньшее сопротивление канала (потерь) rK. Например, можно заменить один МДП-транзистор КП701 с г =2 Ом на два МДП-транзистора КП 91 с гк=0,10м, В результате достигается повышение КПД, Устройство может стать основой для создания более сложных и совершенных преобразовательных устройств и систем.

Экспериментальная проверка преобразователя напряжения была проведена на

МДП-транзисторах КП701, КП912, КП301 и лабораторных образцах. По сравнению с аналогами и прототипом в заявляемом устройстве удалось обеспечить надежную работу двух последовательно включенных силовых МДП-транзисторов, что позволило вдвое увеличить рабочее напряжение, а при сохранении величины рабочего напряжения— повысить КПД. Так, при U»-150 В заменой

2004060 одного МДП-транзистора КП701 на два КП912 удалось увеличит КПД с - 0,8 до 0,92, (56) 1, Ромаш Э.М. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М.: Радио и связь. 1988, с. 32, р. 2.11 а,е. 5

Формула изобретения току первого МДП-транзистора, стоку первого дополнительного МДП-транзистора и

10 истоку с подложкой третьего дополнительного МДП-транзистора, затвор которого подключен к второму выводу первой дополнительной обмотки трансформатора, а

15 его сток - к входному выводу и стоку четвертого дополнительного МДП-транзистора, затвор которого подключен к первому . выводу второй дополнительной обмотки трансформатора, второй вывод которой

20 -подсоединен к стоку второго дополнительного МДП-транзистора, истоку с подложкой четвертого дополнительного

МДП-транзистора и истоку второго МДПтранзистора, затвор которого подключен к затвору второго дополнительного МДПтранзистора, исток и подложка которого подсоединены к общему выводу и истоку с подложкой первого дополнительного МДПтранзистора, затвор которого подключен к затвору первого МДП-транзистора.

Составитель Д.Игумнов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А. Козориз

Редактор

Заказ 3327

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий трансформатор, выводы от вторичной обмотки которого подключены к соответствующим выходным выводам, и два МДП-транзистора с индуцированным п-каналом, исток и подложка каждого из которых соединены между собой, а сток первого МДП-транзистора подключен к первому крайнему выводу первичной обмотки трансформатора, вывод от средней точки которой подключен к входному выводу, а второй крайний вывод - к стоку второго МДП-транзистора, затвор которого подключен к второму выводу управления, а первый вывод управления подключен к затвору первого МДП-транзистора, отличающийся тем, что введены четыре дополнительных МДП-транзистора с индуцированным и-каналом и две дополнительные обмотки трансформатора, первый вывод первой из которых подключен к ис2. Ромаш Э.M. Высокочастотные транзисторные преобразователи. М,: Радио и связь, 1988, с. 36, р. 2.13г.