Понижающий конвертор

 

,л...

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

Союз Севетских

Социалистических

Рвслублик

«i>720634

К АВТОРСКОМУ СВИДИ76ЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.04.77 (21) 2475234/24-07 (51) М. Кл с присоединением заявки №вЂ”

Н 02 М 3/06

Гесударстеенный квинтет

СССР еа делам нзебретеннй н открытей (23) Приоритет— (53) УДК 621.313..6 (088.8) Опубликовано 05.03.80. Бюллетень №9

Дата опубликования описания 15.03.80 (72) Авторы изобретения

Л. Г. Зотов и И. В. Золотарев (71) Заявитель

Новосибирский электротехнический институт (54) ПОНИЖАЮЩИЙ КОНВЕРТОР

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропитания для преобразования высокого напряжения постоянного тока в низкое напряжение постоянного тока.

Известны бестрансформаторные понижающие конверторы, работающие по принципу заряда цепочки из и последовательно соединенных конденсаторов от первичного источника питания с их последующим па.раллельным разрядом на нагрузку., Такие источники содержат конденсаторно-диодные цепочки, соединенные друг с другом диодами, полупроводниковые ключи (для поочередного подключения последовательно соединенных конденсаторов к первичному источнику питания и отключения от него на время параллельного разряда конденсаторов на нагрузку) и схему управления (1).

В таком конверторе отсутствует гальваническая развязка входа и выхода, что существенно снижает область их применения.

Этот недостаток устранен в бестрансформаторных выпрямителях и конверторах, в

2 каждой входной и выходной шинах которых включены управляемые ключи, поочередно отключающие нагрузку от первичного источника питания при последовательном заряде конденсаторов от первичного источника и их параллельном разряде на нагрузку. При этом оказывается, что на осуществление питания схемы управления разрядными ключами затрачивается значительная мощность, существенно снижающая КПД преобразователя (2).

Известен понижающий конвертор(3,который содержит и параллельно включенных цепочек, состоящих из двух последовательно соединенных через конденсатор разрядных диодов (и — 1) зарядных диодов, соединяющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый разрядный ключ, соединяющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зарядный ключ, соединяющий отрицательный входной вывод со второй

20 обкладкой конденсатора последней цепочки, первый разрядный ключ, соединяющий через первую группу разрядных диодов первые обкладки конденсаторов всех цепочек

720634

3 с положительным выходным выводом, второй разрядный ключ, соединяющий через вторую группу разрядных диодов вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управления зарядными и разрядными ключами, первый диод, подключенный анодом ко второй обкладке первого питающего конденсатора и катодом — к первой обкладке конденсатора первой цепочки, второй диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки и катодом к первой обкладке питающего конденсатора.

Особенностью этого устройства является наличие двух стабилитронов, включенных последовательно с зарядными ключами и диодами. Эти стабилитроны служат для стабилизации напряжения питания схем управления разрядными ключами.

Поскольку стабилитроны соединены последовательно с зарядными ключами, диодами и конденсаторами, то через них протекает весь зарядный ток, поэтому потери энергии в них велики. Это является недостатком известного конвертора.

Другой недостаток этого конвертора ограниченный диапазон изменения тока нагрузки. При уменьшении тока нагрузки конденсаторы цепочек практически не разряжаются, а конденсаторы, питающие схемы управления разрядными ключами, разряжаются практически без изменения. Поскольку ток заряда конденсаторов цепочек и питающих конденсаторов является общим, то через несколько периодов частоты коммутации, напряжение на конденсаторах, питающих схемы управления разрядными ключами, упадет до нуля, что ведет к потере р аботоспособности конвертора.

Целью описываемого изобретения является увеличение КПД устройства и обеспечение его работоспособности в широком диапазоне изменения тока нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в понижающий конвертор, содержащий и параллельно включенных цепочек, состоящих из двух последовательно соединенных через конденсатор разрядных диодов, (п — 1) зарядных диодов, соединяющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый зарядный ключ, соединяющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зарядный ключ, соединяющий отрицательный входной вывод со второй обкладкой конденсатора последней цепочки, первый разрядный ключ, соединяющий через первую группу разрядных диодов первые обкладки конденсаторов в сех цепочек с положительным выходным выводом, второй . разрядный ключ, соединяющий через вторую группу разрядных диодов, вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управления зарядными и разрядны$

1ю

1$

3$

4S

so

S$ ми ключами, параллельно соединенные стабилитрон, питающий конденсатор и диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, и като- дом — к первой обкладке питающего конденсатора, введены два дополнительных транзисторных ключа, дополнительный зар ядный диод и два токоограничивающих резистора, первый из которых включен между базой первого дополнительного транзисторного ключа и катодами первой группы разрядных диодов, второй — между коллектором второго дополнительного транзисторного ключа и базой первого разрядного ключа, при этом дополнительный зарядный диод анодом подключен ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, а катодом к базе первого дополнительного транзисторного ключа и коллектору второго зарядного ключа, причем коллектор первого дополнительного транзисторного ключа подключен к катодам первой группы разрядных диодов, его эмиттер — к первой обкладке питающего конденсатора, а выход схемы управления разрядными ключами — к базе второго дополнительного транзисторного ключа, эмиттер, соединен с базой второго разрядного ключа.

На чертеже. приведена принципиальная электрическая схема понижающего конвертора.

Понижающий конвертор содержит параллельно соединенные конденсаторные цепочки с конденсаторами 1 — 4, разрядными диодами 5 — 11, зарядные диоды 12 — 15, соединяющие разноименные обкладки смежных цепочек, зарядные ключи 16» 17, разрядные ключи 18и19, схему управления зарядными ключами 20, схему управления разрядными ключами 21, параллельно соединенные стабилитрон 22 и питающий конденсатор 23, диод 24, дополнительные транзисторные ключи 25» 26, токоограничивающие резисторы 27,28, сглаживающий конденсатор фильтра 29 и нагрузку 30.

Работа понижающего конвертора происходит следующим образом. В течение открытого состояния зарядных ключей 16» 17 происходит последовательный заряд конденсаторов цепочек 1 — 4. При этом за счет падения напряжения на дополнительном зарядном диоде 15, включенным между базой и эмиттером первого дополнительного ключа

25, последний заперт. В момент закрывания зарядных ключей ток через диод 15 прекращается и конденсаторы цепочек, соединенные в параллель, разряжаясь через токоограничивающий резистор 27, открывают ключ 25 и подзаряжают конденсатор 23, питающий схему управления разрядными ключами. По прошествии определенного времени задержки, необходимого для обеспечения полного закрывания зарядных ключей и формируемого схемой управления разряд720634

Формула изобретения

Составитель А. Сытин

Редактор НЕЧелкжанов уекред K- нуфрич Корректор В. Синицкая

Заказ 0240/45 Тира к 783 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раупгская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 ными ключами 21, последняя формирует прямоугольный импульс, который своим передним фронтом переводит второй дополнительный транзисторный ключ 26 в открытое состояние. В этот момент конденсаторы цепочек, соединенные в параллель, разряжаясь через ключ 26 и токоограничивающий резистор 28, открывают разрядные ключи 18и19.

При этом происходит параллельный разряд конденсаторов цепочек на нагрузку. После закрывания разрядных ключей управляющим импульсом схемы управления 20 вновь открываются зарядные ключи и все процессы повторяются. Следует отметить, что в моменты открывания этих ключей t< и ta мгновенные значения протекающих через них токов значительно превышают их средние значения. Это может привести к кратковременному переходу ключей 16 — 19 в активный режим. Таким образом, введение в схему понижающего конвертора двух дополнительных транзисторных ключей, дополнительного зарядного диода и двух токоограничивающих резисторов позволяет значительно снизить мощность, потребляемую схемой управления разрядными ключами и, следовательно, повысить КПД конвертора, Понижающий конвертор, содержащий и параллельно включенных цепочек, состоящих из двух соединенных последовательно через конденсатор разрядных диодов, (и — 1) зарядных диодов, соединяющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый зарядный ключ, соединяющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зарядный ключ, соединяющий отрицательный входной вывод со второй обкладкой конденсатора последней цепочки, первый разрядный ключ, соединяющий через первую группу разрядных диодов первые обкладки конден1б

Ь саторов всех цепочек с положительным выходным выводом, второй разрядный ключ, соединяющий через вторую группу разрядных диодов вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом, схемы управления зарядными и разрядными ключами, параллельно соединенные — стабилитрон и питающий конденсатор, диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки и катодом — к первой обкладке питающе4й го конденсатора, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и обеспечения работоспособности в широком диапазоне изменения тока нагрузки, в него введены два дополнительных транзисторных ключа, дополнительный зарядный диод и два токоограничивающих резистора, первый из которых включен между базой первого дополнительного транзисторного ключа и катодами первой группы разрядных диодов, второй — между коллектором второго допол«зи нительного транзисторного ключа и базой первого разрядного ключа, причем дополнительный зарядный диод анодом подключен ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, а катодом — к базе первого дополнительного транзисторного ключа и коллектору второго зарядного ключа, коллектор первого дополнительного транзисторного ключа подключен к катодам первой группы разрядных диодов, его эмиттер к первой обкладке питающего конденсатора, вн а выход схемы управления разрядными ключами — к базе второго дополнительного транзисторного ключа, эмиттер которого соединен с базой второго разрядного ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3602795, кл. Н 02 М 7/00, 16.10:69.

2. Патент США № 3708742, кл. Н 02 М 7/00, 30,06.71.

3. Сб." Полупроводниковая электроника в технике связи, вып. 17.М., «Связь», 1976.