[go: up one dir, main page]

RU2826713C1 - Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока - Google Patents

Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2826713C1
RU2826713C1 RU2024109718A RU2024109718A RU2826713C1 RU 2826713 C1 RU2826713 C1 RU 2826713C1 RU 2024109718 A RU2024109718 A RU 2024109718A RU 2024109718 A RU2024109718 A RU 2024109718A RU 2826713 C1 RU2826713 C1 RU 2826713C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
output
terminals
transformer
terminal
Prior art date
Application number
RU2024109718A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Бондарь
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2826713C1 publication Critical patent/RU2826713C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока. Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности. Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит: резонансный инвертор, состоящий из МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа, МДП транзистор с индуцированным каналом p-типа и конденсатором инвертора; трансформатор с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой; фазосдвигающий конденсатор; выпрямитель, состоящий из двух диодов; обратный диод; выходной фильтр, состоящий из дросселя с конденсатором фильтра; систему стабилизации напряжения, состоящую из делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов; два входных и два выходных зажима. 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, а именно к источникам вторичного электропитания, и может использоваться в качестве источника напряжения постоянного тока.
Уровень техники
Известен источник напряжения постоянного тока (Григораш О.В. Стабилизированные преобразователи напряжения повышенной надежности // Электротехника. 1998. 3. с. 24-28, рис. 1, содержащий резонансный инвертор, выполненный на тиристорных ключах, стабилизирующий трансформатор с вращающимся магнитным полем, неуправляемую мостовую схему выпрямителя и выходной фильтр). Регулирование напряжения источника осуществляется стабилизирующим трансформатором с вращающимся магнитным полем.
Недостатком источника является низкая надежность работы.
Наиболее близким аналогом-прототипом к заявляемому техническому решению является стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока (патент RU №2210100, МПК G05F 1/46).
Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока содержит: резонансный инвертор, состоящий из двух биполярных транзисторов и конденсатора инвертора; трансформатор, с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой; фазосдвигающий конденсатор; выпрямитель, состоящий из двух диодов; обратный диод; выходной фильтр, состоящий из дросселя с конденсатором фильтра; систему стабилизации напряжения, состоящую из делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов, двух усилителей импульсов; два входных и два выходных зажима, причем эмиттер первого транзистора соединен с первым выводом источника питания, а коллектор соединен с первым выводом конденсатора инвертора и эмиттером второго транзистора, коллектор которого соединен со вторым выводом источника питания, первыми выводами фазосдвигающего конденсатора и первой первичной обмотки трансформатора; вторые выводы первичных обмоток трансформатора соединены со вторым выводом конденсатора инвертора; первый вывод второй первичной обмотки трансформатора соединен со вторым выводом фазосдвигающего конденсатора; вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем, размещенная на сердечнике трансформатора и выполненная со средней точкой, первым и вторым выводами подключена к анодам первого и второго диодов выпрямителя; катоды диодов выпрямителя соединены с катодом обратного диода и входом дросселя фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с анодом обратного диода вторыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; первый и второй выводы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока соединены с входами системы стабилизации напряжения, служащими первым и вторым входами делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала; первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала; первый и второй выходы распределителя импульсов соединены с первым и вторым, соответственно, усилителями импульсов, по два выхода которых соединены с эмиттером и базой первого и второго транзисторов резонансного инвертора соответственно.
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная:
- реализацией резонансного инвертора на базе биполярных транзисторов, приборов, управляемых током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим напрямую связан с величиной коммутируемого тока;
- сложностью системы стабилизации напряжения, в силу использования усилителей импульсов.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению надежности.
Технический результат достигается тем, что в стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий: резонансный инвертор, в состав которого входит конденсатор инвертора; трансформатор с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой; фазосдвигающий конденсатор; выпрямитель, состоящий из двух диодов; обратный диод; выходной фильтр, состоящий из дросселя с конденсатором фильтра; систему стабилизации напряжения, состоящую из делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов; два входных и два выходных зажима, причем второй вывод источника питания соединен с первыми выводами фазосдвигающего конденсатора и первой первичной обмотки трансформатора; вторые выводы первичных обмоток трансформатора соединены со вторым выводом конденсатора инвертора; первый вывод второй первичной обмотки трансформатора соединен со вторым выводом фазосдвигающего конденсатора; вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем, размещенная на сердечнике трансформатора и выполненная со средней точкой, первым и вторым выводами подключена к анодам первого и второго диодов выпрямителя; катоды диодов выпрямителя соединены с катодом обратного диода и входом дросселя выходного фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с анодом обратного диода вторыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; первый и второй выводы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока соединены с входами системы стабилизации напряжения, служащими первым и вторым входами делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала; первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, введены, в состав резонансного инвертора, МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа и МДП транзистор с индуцированным каналом p-типа, причем сток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа соединен с первым выводом (положительной полярности) источника питания, а исток соединен с первым выводом конденсатора инвертора и истоком МДП транзистора с индуцированным каналом p-типа, сток которого соединен со вторым выводом (отрицательной полярности) источника питания, первыми выводами фазосдвигающего конденсатора и первой первичной обмотки трансформатора; первый, второй и третий выводы распределителя импульсов, входящего в состав системы стабилизации напряжения, соединены, соответственно, с затвором МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа, истоками обоих транзисторов, затвором МДП транзистора с индуцированным каналом p-типа.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена функциональная схема стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока.
На фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, поясняющие работу системы стабилизации напряжения.
Осуществление изобретения
Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока (фиг. 1) содержит: резонансный инвертор 1, состоящий из МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа, МДП транзистора 3 с индуцированным каналом p-типа, и конденсатора инвертора 4; трансформатор 5, с двумя первичными обмотками 6, 7 и вторичной обмоткой 8, 9; фазосдвигающий конденсатор 10; выпрямитель 11, состоящий из двух диодов 12 и 13; обратный диод 14; выходной фильтр 15, состоящий из дросселя 16 с конденсатором фильтра 17; систему стабилизации напряжения 18, состоящую из делителя напряжения 19, формирователя импульсов 20, генератора опорного сигнала 21, распределителя импульсов 22; входные зажимы 23, 24, служащие входами и выходные зажимы 23, 24, служащие выходами стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока, причем сток МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа соединен с выводом 24 (положительной полярности) источника питания, а исток соединен с первым выводом конденсатора инвертора 4 и истоком МДП транзистора 3 с индуцированным каналом p-типа, сток которого соединен с выводом 23 (отрицательной полярности) источника питания, первыми выводами фазосдвигающего конденсатора 10 и первичной обмотки 6 трансформатора 5; вторые выводы первичных обмоток 6 и 7 трансформатора 5 соединены со вторым выводом конденсатора инвертора 4; первый вывод первичной обмотки 7 трансформатора 5 соединен со вторым выводом фазосдвигающего конденсатора 10; вторичная обмотка 8, 9 трансформатора 5 с вращающимся магнитным полем, размещенная на сердечнике трансформатора 5 и выполненная со средней точкой, первым и вторым выводами подключена к анодам диодов 12, 13 выпрямителя 11; катоды диодов 12, 13 выпрямителя 11 соединены с катодом обратного диода 14 и входом дросселя 16 выходного фильтра 15, а выход последнего соединен с первым выводом конденсатора фильтра 17 и выводом 25 стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; средняя точка вторичной обмотки 8, 9 трансформатора 5 соединена с анодом обратного диода 14, вторым выводом конденсатора фильтра 17 и выводом 26 стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; выводы 25, 26 стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока соединены с входами системы стабилизации напряжения 18, служащими первым и вторым входами делителя напряжения 19, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов 20, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала 21; первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов 20 и вторым выходом генератора опорного сигнала 21; первый (служащий для передачи импульсов положительной полярности), второй (нейтральный) и третий (служащий для передачи импульсов отрицательной полярности) выводы распределителя импульсов 22 соединены, соответственно, с затвором МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа, истоками обоих транзисторов, затвором МДП транзистора с индуцированным каналом p-типа.
Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока работает следующим образом.
Входное напряжение Uвх постоянного тока поступает на выводы 23, 24, являющиеся входом резонансного инвертора 1 (фиг. 1). Резонансный контур в инверторе образуется конденсатором инвертора 4 и дросселем 16 выходного фильтра 15.
Допустим, в исходном состоянии конденсатор инвертора 4 разряжен. Для формирования положительной полуволны выходного напряжения Uаб резонансного инвертора 1 (фиг. 2, б) система стабилизации напряжения 18 подает управляющий импульс на затвор МДП транзистора 2 с индуцированным каналом n-типа, он открывается, и конденсатор инвертора 4 начинает заряжаться от источника входного напряжения Uвх таким образом, что его выводы будут иметь потенциалы, указанные знаками на фиг. 1. Ток заряда конденсатора инвертора 4 будет протекать через первичные обмотки 6, 7 трансформатора 5 и фазосдвигающий конденсатор 10. Для формирования отрицательной полуволны выходного напряжения резонансного инвертора 1 система стабилизации напряжения 18 закрывает МДП транзистор 2 с индуцированным каналом n-типа и открывает МДП транзистор 3 с индуцированным каналом p-типа. В этом случае конденсатор инвертора 4 будет являться источником питания для нагрузки, и его ток разряда будет протекать по первичным обмоткам 6, 7 трансформатора 5 и фазосдвигающего конденсатора 10 в обратном направлении.
Таким образом, по первичным обмоткам 6, 7 трансформатора 5 протекает переменный ток, вызывающий действие вращающегося магнитного поля и соответственно ЭДС во вторичных обмотках 8, 9, которые размещены на сердечнике трансформатора 5. Выпрямитель 11 преобразует напряжение переменного тока в напряжение постоянного тока, а выходной фильтр 15 сглаживает пульсации, обеспечивая требуемое качество выходного напряжения Uвых на выводах 25, 26.
Система стабилизации напряжения 18 работает следующим образом.
С выхода (25, 26) сигнал, пропорциональный величине выходного напряжения Uвых, являющийся ведущим для системы стабилизации напряжения 18, через делитель напряжения 19, поступает на первый вход формирователя импульсов 20 (фиг. 2, a Uдн). На второй вход формирователя импульсов 20 поступает сигнал Uгос от генератора опорного сигнала 21 (фиг. 2, a). Когда сигнал Uгос > Uдн, формирователь импульсов 20 формирует импульсы управления, которые через распределитель импульсов 22 поступают на затворы МДП транзисторов 2 или 3.
Работа распределителя импульсов 22 синхронизирована с опорным напряжением генератора 21 для обеспечения формирования положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения Uаб резонансного инвертора 1. Угол управления транзисторами α1 (фиг. 2, б) соответствует номинальному режиму работы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока.
Если, к примеру, выходное напряжение Uвых стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока уменьшится, то уменьшится напряжение на выходе делителя напряжения 19 и уменьшится угол управления транзисторами до величины α2, а значит уменьшится скважность выходного напряжения Uаб резонансного инвертора 1 (фиг. 2, в, г) и соответственно увеличится выходное напряжение Uвых. на зажимах 25, 26 стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока.
Выходной фильтр 15, кроме функций создания колебательного контура и обеспечения требуемого качества выходного напряжения, выполняет функции накопителя электрической энергии и в моменты времени, когда существует пауза между работой МДП транзисторов 2, 3, фильтр накопленную электроэнергию отдает в нагрузку. Контур для протекания тока от выходного фильтра 15 в нагрузку, когда закрыты МДП транзисторы 2, 3, создается обратным диодом 14.
В случае прототипа имеет место относительно низкий КПД. Это обусловлено реализацией схемы резонансного инвертора 1 на базе биполярных транзисторов. Так как биполярные транзисторы - это приборы, управляемые током, собственное энергопотребление которых, а значит, и тепловой режим, напрямую связан с величиной коммутируемого тока. А попытка снижения транзисторами собственного энергопотребления (повышения КПД устройства) за счет использования транзисторов с меньшим током базы (а значит, и меньшей допустимой мощностью рассеивания - неизбежно повысит требования к увеличению теплоотвода), повлечет снижение надежности устройства.
В то же время МДП транзисторы с индуцированным каналом характеризуются рядом преимуществ относительно биполярных транзисторов (Окснер Э.С. Мощные полевые транзисторы и их применение. - М.: Радио и связь, 1985, с. 19):
- управление напряжением (высокое сопротивление со стороны затвора, ток затвора практически равен нулю);
- высокая скорость переключения;
- почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость переключения);
- очень малая вероятность теплового саморазогрева;
- очень малая вероятность вторичного пробоя;
- допустимость резкого изменения тока стока.
А значит, предлагаемое устройство, в схеме резонансного инвертора 1 которого использованы МДП транзисторы 2 и 3, при той же величине коммутируемой мощности, что и в случае прототипа, будет характеризоваться более высоким значением как КПД, так и, прежде всего, надежностью.
Немаловажный вклад в повышение как надежности, так и КПД предлагаемого устройства вносит факт упрощения схемы системы стабилизации напряжения 18.
Система стабилизации напряжения 18 предлагаемого устройства, в отличие от прототипа, не содержит двух усилителей импульсов, так как токи управления МДП транзисторов 2 и 3 практически равны нулю.

Claims (1)

  1. Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока, содержащий: резонансный инвертор, в состав которого входит конденсатор инвертора; трансформатор с двумя первичными обмотками и вторичной обмоткой; фазосдвигающий конденсатор; выпрямитель, состоящий из двух диодов; обратный диод; выходной фильтр, состоящий из дросселя с конденсатором фильтра; систему стабилизации напряжения, состоящую из делителя напряжения, формирователя импульсов, генератора опорного сигнала, распределителя импульсов; два входных и два выходных зажима, причем второй вывод источника питания соединен с первыми выводами фазосдвигающего конденсатора и первой первичной обмотки трансформатора; вторые выводы первичных обмоток трансформатора соединены со вторым выводом конденсатора инвертора; первый вывод второй первичной обмотки трансформатора соединен со вторым выводом фазосдвигающего конденсатора; вторичная обмотка трансформатора с вращающимся магнитным полем, размещенная на сердечнике трансформатора и выполненная со средней точкой, первым и вторым выводами подключена к анодам первого и второго диодов выпрямителя; катоды диодов выпрямителя соединены с катодом обратного диода и входом дросселя выходного фильтра, а выход последнего соединен с первыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; средняя точка вторичной обмотки трансформатора соединена с анодом обратного диода вторыми выводами конденсатора фильтра и стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока; первый и второй выводы стабилизированного преобразователя напряжения постоянного тока соединены с входами системы стабилизации напряжения, служащими первым и вторым входами делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного сигнала; первый и второй входы распределителя импульсов соединены с выходом формирователя импульсов и вторым выходом генератора опорного сигнала, отличающийся тем, что в устройство введены, в состав резонансного инвертора, МДП транзистор с индуцированным каналом n-типа и МДП транзистор с индуцированным каналом p-типа, причем сток МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа соединен с первым выводом, являющимся выводом положительной полярности, источника питания, а исток соединен с первым выводом конденсатора инвертора и истоком МДП транзистора с индуцированным каналом p-типа, сток которого соединен со вторым выводом, являющимся выводом отрицательной полярности, источника питания, первыми выводами фазосдвигающего конденсатора и первой первичной обмотки трансформатора; первый, второй и третий выводы распределителя импульсов, входящего в состав системы стабилизации напряжения, соединены, соответственно, с затвором МДП транзистора с индуцированным каналом n-типа, истоками обоих транзисторов, затвором МДП транзистора с индуцированным каналом p-типа.
RU2024109718A 2024-04-10 Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока RU2826713C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2826713C1 true RU2826713C1 (ru) 2024-09-16

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638149A (en) * 1983-06-27 1987-01-20 Hughes Aircraft Company Power-processing unit
RU2120658C1 (ru) * 1993-05-07 1998-10-20 Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств Стабилизатор постоянного напряжения с комбинированной защитой
RU2140704C1 (ru) * 1997-07-25 1999-10-27 Дзе Линкольн Электрик Компани Прерыватель постоянного тока (варианты)
RU2210100C2 (ru) * 2001-05-03 2003-08-10 Кубанский государственный аграрный университет Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока
US7123488B2 (en) * 2004-01-26 2006-10-17 Mitsumi Electric Co., Ltd. DC/DC converter including a Zener diode having a substantially zero temperature coefficient

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638149A (en) * 1983-06-27 1987-01-20 Hughes Aircraft Company Power-processing unit
RU2120658C1 (ru) * 1993-05-07 1998-10-20 Калужский научно-исследовательский институт телемеханических устройств Стабилизатор постоянного напряжения с комбинированной защитой
RU2140704C1 (ru) * 1997-07-25 1999-10-27 Дзе Линкольн Электрик Компани Прерыватель постоянного тока (варианты)
RU2210100C2 (ru) * 2001-05-03 2003-08-10 Кубанский государственный аграрный университет Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока
US7123488B2 (en) * 2004-01-26 2006-10-17 Mitsumi Electric Co., Ltd. DC/DC converter including a Zener diode having a substantially zero temperature coefficient

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9118259B2 (en) Phase-shifted dual-bridge DC/DC converter with wide-range ZVS and zero circulating current
US8335091B2 (en) Asymmetric zero-voltage switching full-bridge power converters
JP3288281B2 (ja) 直流電源装置
CN118826017B (zh) 一种基于供电数据的供电保障控制电路及系统
US6580252B1 (en) Boost circuit with normally off JFET
US20060034107A1 (en) Bipolar bootstrap top switch gate drive for half-bridge semiconductor power topologies
US11804781B2 (en) Electronic circuit and method
JP6803993B2 (ja) 直流電圧変換器、および直流電圧変換器の作動方法
US20190199236A1 (en) Power supply having four quadrant converter and techniques for operation
RU2826713C1 (ru) Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока
JP4605532B2 (ja) 多出力型スイッチング電源装置
US20190386574A1 (en) Power supply and power supply unit
JP2011151788A (ja) 半導体装置
JPH07307653A (ja) スイッチング素子駆動回路
RU2833008C1 (ru) Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока
RU2807298C1 (ru) Стабилизатор напряжения постоянного тока
JP2007159364A (ja) 変換器
US20020122321A1 (en) Voltage converter
CN115776245A (zh) 电压转换器
JP2001309670A (ja) インバータ装置の駆動回路
US10778109B2 (en) Power supply and power supply unit
US10103638B1 (en) Flyback converter with capacitor module and switching module
CN106817042B (zh) Dc-ac变换器及其控制方法
JP2882472B2 (ja) パワー絶縁ゲート形fetを用いた電源回路
RU2822294C1 (ru) Стабилизированный преобразователь напряжения постоянного тока