Несимметричный полумостовой преобразователь напряжения с синхронным выпрямлением
Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к несимметричным полумостовым преобразователям (НПП), преобразующим постоянное напряжение в низкое постоянное. Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение быстродействия переключения полевого транзистора, заменяющего выходной диод, и связанное с этим повышение КПД преобразователя. Традиционное управление транзистором от вторичной обмотки трансформатора или ее отводов не может обеспечить требуемого быстродействия прежде всего из-за индуктивности рассеяния обмоток. Поэтому при традиционном управлении транзистором от вторичной обмотки трансформатора или ее отводов возрастают потери на внутреннем диоде транзисторе, что снижает КПД преобразователя. Полярность напряжения на полевом транзисторе, заменяющем выходной диод, свидетельствует о направлении проходящего через него тока. Сигнал о переключении полевого транзистора поступает с его силовых выводов. Изменение направления тока приводит к изменению полярности напряжения на полевом транзисторе, что является сигналом для схемы управления этим транзистором. 1 ил.
Изобретение относится к области преобразовательной техники, в частности к несимметричным полумостовым преобразователям (НПП) постоянного напряжения в низкое постоянное.
Известен преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого через ключевые элементы связана с источником напряжения, а вторичная обмотка через управляемый полевой транзистор, заменяющий выходной диод, подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первые резистор и конденсатор, причем один и другой силовые выводы управляемого полевого транзистора соединены соответственно с выводом вторичной обмотки и выводами упомянутых резистора и конденсаторов, а управляемый вывод транзистора - с выходом управляющего элемента (патент США №6424544). В данном техническом решении управление полевым транзистором осуществляется от вторичной обмотки трансформатора. Однако при управлении транзистором от вторичной обмотки трансформатора (или ее отводов) не может быть обеспечено требуемое быстродействие переключения полевого транзистора, заменяющего выходной диод, из-за индуктивности рассеяния обмоток. При таком управлении возрастают потери на внутреннем диоде транзистора, что снижает КПД преобразователя.
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является повышение быстродействия переключения полевого транзистора, заменяющего выходной диод, и связанное с этим повышение КПД преобразователя.
Технический результат достигается тем, что несимметричный полумостовой преобразователь напряжения, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого вместе с включенным последовательно с ней первым конденсатором через один из ключевых элементов связана с источником напряжения, другой ключевой элемент подключен параллельно указанной цепи из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и первого конденсатора, а вторичная обмотка через управляемый полевой транзистор подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первый резистор и второй конденсатор, причем один силовой вывод управляемого полевого транзистора соединен с одним из выводов указанной вторичной обмотки, другой силовой вывод управляемого полевого транзистора - с первыми выводами упомянутых первого резистора и второго конденсатора, вторые выводы которых соединены со вторым выводом вторичной обмотки, а управляющий вывод транзистора - с выходом управляющего элемента, снабжен компаратором, вторым и третьим резисторами и третьим и четвертым конденсаторами, вход управляющего элемента подключен к выходу компаратора, выводы питания упомянутых управляющего элемента и компаратора соединены с выводами нагрузочной цепи, один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом компаратора и первыми выводами третьих резистора и конденсатора, а другой вывод второго резистора подключен к соединенным выводу вторичной обмотки трансформатора и силовому выводу указанного полевого транзистора, вторые выводы третьих резистора и конденсатора и первые выводы параллельно соединенных четвертых резистора и конденсатора подключены к соединенным другому силовому выводу полевого транзистора и выводам первого резистора и второго конденсатора, при этом вторые выводы четвертых резистора и конденсатора соединены с прямым входом компаратора.
На чертеже представлена схема заявляемого преобразователя.
Несимметричный полумостовой преобразователь напряжения содержит трансформатор 1 и ключевые элементы 2 и 3. Первичная обмотка 1.1 вместе с включенным последовательно с ней первым конденсатором 4 через ключевой элемент 2 связана с источником напряжения. Ключевой элемент 3 подключен параллельно цепи, состоящей из последовательно соединенных первичной обмотки 1.1 трансформатора 1 и первого конденсатора 4. Вторичная обмотка 1.2 трансформатора 1 через управляемый полевой транзистор 5 подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первые резистор 6 и конденсатор 7. Один и другой силовые выводы (сток и исток) управляемого полевого транзистора 5, заменяющего выходной диод, соединены соответственно с выводом вторичной обмотки 1.2 и выводами резистора 6 и конденсатора 7, а управляемый вывод транзистора 5 - с выходом управляющего элемента 8. Преобразователь снабжен компаратором 9, резисторами 10, 11, 12 и конденсаторами 13, 14. Вход управляющего элемента 8 подключен к выходу компаратора 9. Выводы питания упомянутых управляющего элемента 8 и компаратора 9 соединены с выводами указанной нагрузочной цепи. Первые выводы резистора 10 и резистора 11 соединены с инвертирующим входом компаратора и первым выводом конденсатора 13, а второй вывод резистора 11 подключен к выводу вторичной обмотки 1.2 трансформатора 1, соединенному с силовым выводом полевого транзистора 5, вторые выводы резистора 10, конденсатора 13 и первые выводы параллельно соединенных резистора 12 и конденсатора 14 подключены к выводам резистора 6 и конденсатора 7 и соединенным с другим силовым выводом полевого транзистора 5. Вторые выводы резистора 12 и конденсатора 14 соединены с прямым входом компаратора 9. Преобразователь является стабилизированным. Цепи управления ключевыми элементами 2 и 3 на графических материалах не показаны, поскольку управление указанными ключевыми элементами 2 и 3 может быть осуществлено по любой известной стандартной схеме.
За счет поочередного включения ключевых элементов 2 и 3 меняется полярность напряжения на трансформаторе 1. Полярность напряжения на силовых выводах полевого транзистора 5 свидетельствует о направлении проходящего через него тока. Сигнал о переключении полевого транзистора 5 поступает с его силовых выводов. Изменение направления тока приводит к изменению полярности напряжения на полевом транзисторе 5, что является сигналом для схемы управления этим транзистором.
Сигнал на инвертирующем входе компаратора 9 сравнивается с нулевым уровнем, присутствующим на прямом входе компаратора 9 и в зависимости от полярности напряжения между стоком и истоком транзистор 5 закрывается или открывается. Таким образом управление осуществляется непосредственно от силовых выводов транзистора 5, что обеспечивает высокое быстродействие, повышение КПД преобразователя и повышение надежности.
Несимметричный полумостовой преобразователь напряжения с синхронным выпрямлением, содержащий трансформатор, первичная обмотка которого вместе с включенным последовательно с ней первым конденсатором через один из ключевых элементов связана с источником напряжения, другой ключевой элемент подключен параллельно указанной цепи, состоящей из последовательно соединенных первичной обмотки трансформатора и первого конденсатора, а вторичная обмотка через управляемый полевой транзистор подключена к нагрузочной цепи, представляющей собой соединенные параллельно первый резистор и второй конденсатор, причем один силовой вывод управляемого полевого транзистора соединен с одним из выводов указанной вторичной обмотки, другой силовой вывод управляемого полевого транзистора - с первыми выводами упомянутых первого резистора и второго конденсатора, вторые выводы которых соединены с вторым выводом вторичной обмотки, а управляющий вывод транзистора - с выходом управляющего элемента, отличающийся тем, что он снабжен компаратором, вторым и третьим резисторами и третьим и четвертым конденсаторами, вход управляющего элемента подключен к выходу компаратора, выводы питания упомянутых управляющего элемента и компаратора соединены с выводами нагрузочной цепи, один вывод второго резистора соединен с инвертирующим входом компаратора и первыми выводами третьих резистора и конденсатора, а другой вывод второго резистора подключен к соединенным выводу вторичной обмотки трансформатора и силовому выводу указанного полевого транзистора, вторые выводы третьих резистора и конденсатора и первые выводы параллельно соединенных четвертых резистора и конденсатора подключены к соединенным другому силовому выводу полевого транзистора и выводам первого резистора и второго конденсатора, при этом вторые выводы четвертых резистора и конденсатора соединены с прямым входом компаратора.
