Vynález se týká oblasti elektrotechniky a je určen pro použití v sekundárních napájecích zdrojích pro přístroje a měřicí zařízení. Technickým výsledkem je snížení hodnoty spotřebovaných činný výkon a zvýšení stability výstupního napětí. Napěťový měnič se skládá ze dvou identických sekcí jednotky pro potlačení přepětí, vyrobených ve formě sériově zapojeného kondenzátoru a rezistoru, zapojených v obou vodičích mezi svorky pro připojení zdroje energie a vstupy prvního a druhého můstku. usměrňovačů je výstup prvního usměrňovače zapojen paralelně se vstupem stabilizátoru napětí a v obou vodičích na výstupu druhého usměrňovače jsou zavedeny první a druhý regulační prvek, které jsou zapojeny do série se vstupem usměrňovače. stabilizátor napětí. 2 nemocný.

Výkresy pro RF patent 2513185

Oblast techniky

Beztransformátorový měnič napětí patří do oblasti elektrotechniky a je určen pro použití v sekundárních zdrojích pro přístroje a měřicí zařízení, zejména pro napájení elektronické měřiče elektřiny, elektronické voltmetry, různá ochranná a automatizační relé, napájená z řízené sítě.

Předchozí umění

Zdroje napájení jsou známy (Horowitz P., Hill W. The Art of Circuit Design. Ve 3 svazcích. Vol. 1. Přeloženo z angličtiny - 4. vyd. přepracováno a doplněno. - M.: Mir, 1993. - 413 s. ill. ., obr. 1.80), obsahující výkonový transformátor, usměrňovač, vyhlazovací filtr, sériový kompenzační stabilizátor napětí, ve kterém je regulační prvek zapojen do série se zátěží a hraje roli řízeného předřadného odporu. Přítomnost kompenzačního stabilizátoru napětí umožňuje získat stabilní napájecí napětí a přítomnost transformátoru umožňuje získat nízkou spotřebu činné energie a v případě potřeby připojit neutrální vodič sítě ke společnému zdrojovému bodu. Právě přítomnost transformátoru je však hlavní nevýhodou takových zdrojů, která zvyšuje jejich velikost a cenu.

Známý je také beztransformátorový převodník na bázi MOS tranzistoru (napájecí obvody Schreiber G. 300. Usměrňovače. Spínané zdroje. Lineární stabilizátory a měniče: Překlad z francouzštiny - M.: DMK, 2000. - 224 s.: obr. Pro pomoc radioamatérovi ), obr. 246), obsahující celovlnný můstkový usměrňovač, tlumící rezistor, filtr, parametrický stabilizátor na zenerově diodě, zdroj referenčního napětí, duální operační zesilovač, regulační prvek a dělič síťového napětí. Princip činnosti beztransformátorového měniče na bázi MOS tranzistoru spočívá v tom, že na začátku každé půlvlny usměrněné napětí nabíjí kapacitní filtr připojený k zátěži přes otevřený regulační prvek. Když odpor v děliči napětí dosáhne referenční hodnoty napětí, operační zesilovač sepne regulační člen a nabíjení kapacitního filtru se zastaví. Hlavní nevýhodou takového zdroje energie je přítomnost zvlnění na výstupu, které zhoršuje výkon většiny měřicích zařízení, a absence pevného potenciálu jednoho z výstupních bodů vzhledem k síťovému napětí.

Nejbližším technickým řešením navrhovaného zařízení je beztransformátorový napájecí zdroj (Popis vynálezu k patentu Ruská Federaceč. 2077111, MPK6 N02M 7/155, G05F 1/585, přednost 6.1.1993. Publikováno 4. 10. 1997, Bulletin. č. 10), ve kterém se jednotka pro potlačení přepětí skládá ze dvou částí se stejnými odpory střídavého proudu a každá část jednotky pro potlačení přepětí je vyrobena ve formě sériově zapojeného odporu a kondenzátoru, což je společný bod připojení který je připojen k příslušné svorce pro připojení zdroje energie a volné svorky kondenzátorů a rezistorů první a druhé sekce jednotky pro potlačení přepětí jsou připojeny ke vstupům prvního a druhého můstkového usměrňovače, přičemž výstupy prvního a druhého můstkového usměrňovače jsou zapojeny shodně a paralelně a připojeny přes filtr ke stabilizátoru napětí. Stabilizátor napětí je dvoustupňový, přičemž první stupeň stabilizátoru je vyroben na zenerově diodě a druhý stupeň stabilizátoru obsahuje hnací prvek na zenerově diodě, jednotku pro stabilizaci proudu hnacího prvku. a operační zesilovač napájený z prvního stupně. Invertující vstup operačního zesilovače je připojen přes první rezistor ke svorce pro připojení první zátěže a přes druhý rezistor je připojen ke svorce pro připojení druhé zátěže, rovněž připojené k výstupní svorce proudové stabilizační jednotky budící prvek, neinvertující vstup zesilovače je připojen přes třetí a čtvrtý rezistor se stejnými odpory na piny pro připojení napájení, výstup operačního zesilovače je připojen na pin pro připojení první zátěže. Beztransformátorový zdroj s dvoustupňovým stabilizátorem zajišťuje vysokou stabilitu napájecího napětí a fixuje potenciál jedné z výstupních svorek vůči bodu „umělé nuly“ s potenciálem poloviny napájecího napětí sítě a hlavního nevýhodou takového zdroje je velká spotřeba činné energie.

Popis vynálezu

Cílem vynálezu je vytvořit beztransformátorový měnič napětí s celovlnným usměrňovačem a fixujícím potenciál jednoho z výstupních bodů vůči síťovému napětí, ve kterém je snížena hodnota činného příkonu a stabilita výstupu. napětí je zvýšené.

Problém je řešen v beztransformátorovém měniči napětí, který obsahuje dvě sekce jednotky pro potlačení přepětí se stejnými odpory střídavého proudu, dva celovlnné usměrňovače, filtr, dva ovládací prvky, dva operační zesilovače a stabilizátor napětí a každou sekci přepěťová jednotka je navržena sériově zapojený odpor a kondenzátor, spojené společným bodem s odpovídající svorkou pro připojení napájecího zdroje, volné vývody kondenzátorů obou sekcí a odpory obou sekcí přepěťové jednotky jsou připojené ke vstupům prvního a druhého můstkového usměrňovače; výstup prvního usměrňovače je připojen přes filtr paralelně a v souladu se vstupem stabilizátoru napětí je výstup druhého usměrňovače připojen přes první a druhý regulační prvek zasunutý do prvního a druhého vodiče. série a v souladu se vstupem stabilizátoru napětí a první regulační prvek je vyroben na n-kanálovém tranzistoru typu MOS nebo n-kanálovém tranzistoru s efektem pole, druhý regulační prvek je vyroben na p-kanálovém poli- efektový tranzistor; stabilizátor napětí je dvoustupňový, ve kterém první stupeň obsahuje první a druhý uzel zapojený v souladu a paralelně, první uzel je vyroben ve formě sériového zapojení první zenerovy diody a prvního rezistoru zavedeného , druhý zavedený uzel je proveden ve formě sériového zapojení druhé zenerovy diody a druhého rezistoru a společný bod připojení katody první zenerovy diody v prvním uzlu a druhého odporu ve druhém uzlu je připojen k prvnímu vodiči na výstupu prvního můstkového usměrňovače, který je zároveň připojen ke zdroji prvního tranzistoru MOS typu n-kanálového ochuzování, společný bod připojení anody druhé zenerovy diody ve druhém uzlu a první rezistor v prvním uzlu je připojen k druhému vodiči na výstupu prvního můstkového usměrňovače, také připojen ke zdroji druhého p-kanálového tranzistoru s efektem pole; kolektor prvního MOSFET s ochuzeným n-kanálovým typem a kolektor druhého p-kanálového tranzistoru s efektem pole jsou připojeny k prvnímu a druhému vodiči na výstupu druhého usměrňovače; první n-kanálový tranzistor MOS ochuzeného typu je řízen zavedeným prvním operačním zesilovačem, jehož výkonové piny jsou připojeny na vývody první zenerovy diody v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, invertující vstup první zesilovač je připojen na svorky první zenerovy diody přes zavedený třetí a čtvrtý odpor se stejnými odpory, neinvertující vstup první zesilovač je připojen přes odpory se stejnými odpory na svorky pro připojení zdroje energie, výstup prvního zesilovače je připojen k řídicímu hradlu prvního n-kanálového tranzistoru MOS s ochuzeným typem; druhý p-kanálový tranzistor s efektem pole je řízen zavedeným druhým operačním zesilovačem, jehož výkonové piny jsou připojeny na vývody druhé zenerovy diody ve druhém uzlu prvního stupně stabilizátoru, invertujícího vstupu druhý zesilovač je připojen k výstupu zavedeného zdroje referenčního napětí, neinvertující vstup druhého zesilovače je připojen ke společnému spojovacímu bodu anody prvního a zenerovy diody a prvního rezistoru v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, výstup druhého zesilovače je připojen k řídicímu hradlu druhého p-kanálového tranzistoru s efektem pole; druhý stupeň stabilizátoru je vyroben podle zapojení sériového stabilizátoru napětí a skládá se z budícího prvku na zenerově diodě, proudové stabilizační jednotky budícího prvku a operačního zesilovače napájeného z výstupu prvního stupně el. stabilizátor, konkrétně napájený z první zenerovy diody v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, neinvertující vstup zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru je připojen k neinvertujícímu vstupu zavedeného prvního zesilovače, který je rovněž připojen přes odpory se stejným odporem na svorky pro připojení zdroje, invertující vstup zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru je připojen přes odpory na svorky pro připojení první a druhé zátěže, svorka pro připojení druhá zátěž je rovněž připojena na výstupní svorku proudové stabilizační jednotky hnacího prvku, výstup zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru je připojen ke svorce pro připojení první zátěže.

Je to právě díky provedení jednotky pro potlačení přepětí ve formě dvou identických sekcí se stejnými odpory střídavého proudu, provedených ve formě sériového zapojení kondenzátoru a rezistoru, připojených příslušně v obou vodičích mezi svorky pro připojení zdroje a vstupů prvního a druhého můstkového usměrňovače, zavedení do obou vodičů na výstupu druhého můstkového usměrňovače v sérii se vstupem stabilizátoru napětí prvního a druhého regulačního prvku, které jsou řízeny prvním a druhý operační zesilovač zavedeny v tomto pořadí, čímž se stabilizátor napětí stal dvoustupňovým, jehož první stupeň sestává z prvního a druhého uzlu zapojených paralelně a obsahujících první a druhou zenerovu diodu, z nichž první a druhý operační zesilovač jsou napájeny přivedením odpovídajících rezistorů a zdroje referenčního napětí, stejně jako provedením druhého stupně stabilizátoru s jednotkou pro stabilizaci proudu budícího prvku na zenerově diodě a napájeným operačním zesilovačem z první zenerovy diody v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, s výše uvedeným spojením prvků mezi sebou a s dalšími prvky obvodu, se provádí celovlnné usměrnění, předběžná symetrie výstupního napětí v první stupeň stabilizátoru a fixace potenciálu jedné z výstupních svorek navrhovaného zařízení ve druhém stupni stabilizátoru vzhledem k bodu s potenciálem poloviny napájecího napětí sítě se sníží spotřeba činného výkonu, zvyšuje se stabilita výstupního napětí.

Zavedením prvního a druhého regulačního prvku, které plní funkci řízených předřadných odporů, se totiž snižuje proud v obvodech se zhášecími odpory, což vede ke snížení činné spotřeby energie.

Rozdělení jednotky potlačení přepětí na dvě sekce a synchronní změna odporu prvního regulačního členu řízeného prvním operačním zesilovačem vzhledem ke změně odporu druhého regulačního členu zajišťuje předběžnou symetrii výstupního napětí. prvního stupně stabilizátoru vzhledem k bodu s potenciálem poloviny napájecího napětí sítě a použití operačního zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru, napájeného z první zenerovy diody v prvním uzlu sítě. první stupeň stabilizátoru, umožňuje sledovat potenciál jedné z výstupních svorek zařízení vzhledem k bodu s potenciálem poloviny napájecího napětí sítě.

Zavedení prvního rezistoru v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, dále zdroj referenčního napětí a druhý operační zesilovač, který řídí druhý regulační prvek, umožňuje udržovat vstupní napětí v prvním uzlu. prvního stupně stabilizátoru DC. rovnající se poměru referenčního referenčního napětí k odporu prvního rezistoru a snížit zvlnění napětí na výstupu prvního stupně stabilizátoru, konkrétně snížit zvlnění napětí na první zenerově diodě v prvním uzlu první stupeň stabilizátoru, ze kterého je napájen operační zesilovač ve druhém stupni stabilizátoru.

Implementace druhého stupně stabilizátoru s jednotkou pro stabilizaci proudu budícího prvku umožňuje eliminovat zvlnění výstupního napětí způsobené určitým posunem výstupního napětí první zenerovy diody v prvním uzlu první stupně stabilizátoru vzhledem k bodu s potenciálem poloviny napájecího napětí sítě.

Stručný popis výkresů.

Obrázek 1 ukazuje schematické elektrické schéma navrhovaného zařízení. Zařízení obsahuje dvě identické sekce 1 jednotky 2 potlačení přepětí, dva můstkové usměrňovače 3 a 4, filtr 5, stabilizátor napětí 6, jsou zavedeny dva regulační prvky a první regulační prvek je vyroben na n-kanálovém ochuzení. tranzistoru 7 typu MOS (neboli n-kanálového tranzistoru s řízeným polem), druhý řídicí prvek je vyroben na p-kanálovém tranzistoru 8 s řízeným polem, jsou zavedeny první operační zesilovač 9 a druhý operační zesilovač 10.

Sekce 1 uzlu 2 pro potlačení přepětí, sestávající z kondenzátoru 11 a rezistoru 12, jsou na jedné straně připojeny ke svorkám 13 a 14 pro připojení sítě a na druhé straně jsou připojeny ke vstupům můstkových usměrňovačů 3 a 4, a kondenzátory 11 jsou připojeny ke vstupu prvního můstkového usměrňovače 3 a rezistory 12 jsou připojeny ke vstupu druhého můstkového usměrňovače 4.

Výstup prvního můstkového usměrňovače 3 přes filtr 5 je zapojen v souladu a paralelně se vstupem stabilizátoru 6 napětí.

Stabilizátor napětí 6 je dvoustupňový. První stupeň stabilizátoru 6 napětí obsahuje první uzel 15 a druhý uzel 16, které jsou zapojeny v souladu a paralelně. První uzel 15 je vytvořen ve formě sériového zapojení zenerovy diody 17 a zavedeného prvního odporu 18. Uvedený druhý uzel 16 je proveden ve formě sériového zapojení zenerovy diody 19 a odporu 20.

V prvním a druhém vodiči na výstupu druhého můstkového usměrňovače 4 jsou tranzistory 7 a 8 zapojeny v souladu se vstupem stabilizátoru 6 napětí a sériově se vstupem stabilizátoru 6 napětí, resp vodič na výstupu druhého usměrňovače 4. Zdroj tranzistoru 7 je připojen ke společnému připojovacímu bodu katody zenerovy diody 17 v prvním uzlu 15 a odporu 20 ve druhém uzlu 16 prvního stupně stabilizátoru 6 a také k prvnímu vodiči na výstupu prvního usměrňovače 3.

Drain tranzistoru 8 je připojen k druhému vodiči na výstupu druhého usměrňovače 4. Zdroj tranzistoru 8 je připojen ke společnému spojovacímu bodu odporu 18 v prvním uzlu 15 a anodě zenerovy diody. 19 ve druhém uzlu 16 prvního stupně stabilizátoru 6, jakož i k druhému vodiči na výstupu prvního usměrňovače 3.

Výkonové piny operačního zesilovače 9 jsou připojeny k zenerově diodě 17, neinvertující vstup zesilovače 9 je připojen přes rezistory 21 a 22 se stejnými odpory ke svorkám 13 a 14 pro připojení sítě, invertující vstup zesilovač 9 je připojen ke svorkám zenerovy diody 17 přes odpory 23 a 24 se stejnými odpory v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 a výstup zesilovače 9 je připojen k řídicímu hradlu. tranzistor 7.

Výkonové kolíky operačního zesilovače 10 jsou připojeny k zenerově diodě 19, invertující vstup zesilovače 10 je připojen k výstupu zdroje referenčního napětí 25, vytvořeného na zenerově diodě 26 a omezovacím rezistoru 27, invertující vstup zesilovače 10 je připojen ke společnému spojovacímu bodu anody zenerovy diody 17 a rezistoru 18 v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6, výstup zesilovače 10 je připojen k řídicímu hradlu tranzistoru 8.

Druhý stupeň stabilizátoru napětí 6 je vyroben podle známého zapojení sériového stabilizátoru napětí a sestává z budícího prvku na zenerově diodě 28, jednotky 29 pro stabilizaci proudu budícího prvku, vyrobené na tranzistoru 30, rezistory 31, 32, 33 a diodu 34, emitorový sledovač na tranzistoru 35.

Druhý stupeň stabilizátoru 6 obsahuje také operační zesilovač 36, napájený zenerovou diodou 17 v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6. Neinvertující vstup zesilovače 36 přes rezistory 21 a 22 s rovným odporů je připojen ke svorkám 13 a 14 pro připojení sítě, invertující vstup zesilovače 36 je připojen přes odpory 37 a 38 k výstupním svorkám 39 a 40, výstup operačního zesilovače 36 je připojen k výstupní svorce 39.

Navíc, aby se omezil maximální pokles napětí, je mezi kolektor a zdroj tranzistoru 7 zapojen rezistor 41 a mezi kolektor a zdroj tranzistoru 8 je zapojen rezistor 42. Odpory 41 a 42 jsou vybrány se stejnými odpory.

Princip fungování zařízení je následující.

Vstupní napětí sítě je přiváděno na svorky 13 a 14 zařízení, je redukováno kondenzátory 11 a odpory 12 v obou sekcích 1 uzlu 2 potlačení přepětí, usměrněno prvním a druhým celovlnným usměrňovačem 3 a 4 a také redukována prvním a druhým tranzistorem 7 a 8, které jsou řízeny prvním a druhým operačním zesilovačem 9, resp. výstupní svorky 39 a 40.

První stupeň stabilizátoru 6 obsahuje paralelně zapojené uzly 15 a 16, ve kterých jsou zenerovy diody 17 a 19 zvoleny se stejným stabilizačním napětím a odpor rezistoru 18 je zvolen výrazně menší než odpor rezistoru 20, proto je vstupní proud v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 podstatně větší než ve druhém uzlu 16.

Vstupní proud v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 je roven součtu usměrněných proudů z výstupů prvního a druhého usměrňovače 3, 4 a vzájemně fázově posunutých o 90°. Fázový posun proudu na výstupu prvního usměrňovače 3 vůči proudu na výstupu druhého usměrňovače 4 je vytvořen v důsledku posunu proudu v kondenzátoru 11 o 90° vzhledem k proudu v rezistoru 12. A Na výstupu prvního usměrňovače 3 teče celovlnný usměrněný proud, jehož okamžitá hodnota je úměrná odporu kondenzátorů 11 a na výstupu druhého usměrňovače 4 teče usměrněný proud, jehož okamžitá hodnota je úměrná. na součet odporů rezistorů 12 a měnících se odporů tranzistorů 7 a 8, které hrají roli řízených předřadných odporů.

Změna odporu tranzistoru 8 je řízena operačním zesilovačem 10, který pracuje na principu zpětná vazba. Napětí na rezistoru 18, úměrné vstupnímu proudu v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6, je přiváděno na neinvertující vstup operačního zesilovače 10 a porovnáváno s referenční hodnotou referenčního napětí na zenerova dioda 26, přiváděná na invertující vstup operačního zesilovače 10. Při změně okamžité hodnoty síťového napětí s výstupem operačního zesilovače 10 je na hradlo tranzistoru 8 přivedeno řídicí napětí, které mění jeho odpor tak, že úbytek napětí na rezistoru 18 v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 je udržován na úrovni referenčního napětí určeného zenerovou diodou 26. To znamená, že při jmenovité efektivní hodnotě vstupního síťového napětí proud v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6, procházející rezistorem 18 a zenerovou diodou 17 bez připojení zátěže, má tendenci mít konstantní hodnotu rovnou poměru referenčního napětí na zenerově diodě 26 k. odpor rezistoru 18. Udržování konstantní hodnoty vstupního proudu v prvním uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 tedy umožňuje snížit zvlnění napětí na zenerově diodě 17, ze které operační zesilovač 36 v druhý stupeň stabilizátoru 6 je napájen.

Současně se změnou odporu tranzistoru 8 se synchronně mění odpor tranzistoru 7. Změna odporu tranzistoru 7 je řízena operačním zesilovačem 9, který pracuje na zpětnovazebním principu. Pokud je potenciál společného spojovacího bodu rezistorů 21 a 22 v děliči síťové napětí uvažován z poloviny jako potenciál „umělého nulového“ bodu, pak je zajištěna synchronní změna odporu tranzistoru 7 vzhledem ke změně odporu tranzistoru 8, když potenciál společného bodu připojení rezistorů 23 a 24 se stejnými odpory ve výstupním děliči napětí na zenerově diodě 17 prvního uzlu 15 prvního stupně stabilizátoru 6 je stejný potenciál bodu "umělé nuly".

Potenciál společného připojovacího bodu rezistorů 23 a 24 je přiváděn na invertující vstup operačního zesilovače 9 a je porovnáván s potenciálem bodu „umělé nuly“ na neinvertujícím vstupu operačního zesilovače 9. řídicí napětí z výstupu operačního zesilovače 9 je přiváděno na hradlo tranzistoru 7, měnící jeho odpor tak, že potenciál společného spojovacího bodu rezistorů 23 a 24 má tendenci být fixován vzhledem k potenciálu „umělého nula". Tím je zajištěna předběžná symetrie výstupního napětí na zenerově diodě 17 v prvním stupni stabilizátoru 6 vzhledem k bodu „umělé nuly“.

Ve druhém stupni stabilizátoru 6 používá operační zesilovač 36, napájený zenerovou diodou 17, princip zpětné vazby k fixaci potenciálu středního bodu rezistorů 37 a 38 ve výstupním děliči napětí vzhledem k bodu „umělé nuly“, když mění se polarita vstupního napájecího napětí sítě a další destabilizující faktory. Kromě toho, aby se eliminovala závislost výstupního napětí stabilizátoru 6 s ním spojené možná změna proudu v zenerově diodě 28 při změně napětí mezi katodami zenerových diod 17 a 28 je v zenerově diodě 28 použita proudová stabilizační jednotka 29 na bázi proudového zrcadlového obvodu s prvky 30, 31, 32, 33, 34 , ve kterém kolektorový proud tranzistoru 30 nezávisí na kolektorovém napětí -bázi.

Se stejnými odpory 37 a 38 se výstupní napětí zdroje na svorkách 39 a 40 ukáže jako symetrické vzhledem k "umělé nule". Pokud je rezistor 37 zkratován, potom se potenciál svorky 39 bude rovnat „umělé nule“.

Pro omezení maximálního poklesu napětí mezi kolektorem a zdrojem tranzistoru 7 je připojen odpor 41 a odpor 42 je zapojen mezi kolektor a zdroj tranzistoru 8. Rezistory 41 a 42 jsou vybrány se stejnými odpory.

Protože p-kanálové tranzistory 7 s efektem pole mají nízké průrazné napětí, může být druhý řídicí prvek také vyroben na p-kanálovém MOS tranzistoru.

Obrázek 2 ukazuje fragment principu elektrické schéma pomocí p-kanálového MOS tranzistoru 43 jako druhého regulačního prvku, který je řízen operačním zesilovačem 10. V tomto případě je zaveden integrovaný měnič napětí 44, jehož vstupní svorky jsou paralelně připojeny k zenerově diodě 19, a kondenzátory 45 a 46. Výkonové výstupy operačního zesilovače 10 jsou připojeny ke katodě zenerovy diody 19 a ke svorce převodníku 44 se zápornou polaritou výstupního napětí.

Průmyslová využitelnost.

Testy prototypových vzorků navrhovaného zařízení potvrdily jeho plnou funkčnost, vyřešení zadání a možnost průmyslové použitelnosti.

NÁROK

Beztransformátorový měnič napětí obsahující dvě identické sekce jednotky pro potlačení přepětí se stejnými odpory střídavého proudu, každá část jednotky pro potlačení přepětí je vyrobena ve formě sériově zapojeného odporu a kondenzátoru připojeného společným bodem k odpovídající svorce pro připojení zdroje jsou na vstupy prvního a druhého můstkového usměrňovače připojeny volné svorky kondenzátorů obou sekcí a volné svorky rezistorů obou sekcí jednotky pro potlačení přepětí, výstupy prvního a druhého můstkové usměrňovače jsou zapojeny shodně a paralelně a připojeny přes filtr ke stabilizátoru napětí, stabilizátor napětí je dvoustupňový s proudovou stabilizační jednotkou budícího prvku na zenerově diodě a operačním zesilovačem napájeným z prvního stupně stabilizátoru je neinvertující vstup zesilovače připojen přes rezistory se stejnými odpory ke svorkám pro připojení zdroje, invertující vstup zesilovače je připojen přes odpory ke svorkám pro připojení první a druhé zátěže, svorka pro připojení druhé zátěže je rovněž připojena k výstupnímu výstupu proudové stabilizační jednotky budícího prvku, výstup operačního zesilovače je připojen ke svorce pro připojení první zátěže, vyznačující se tím, že výstup druhého můstkového usměrňovače je připojen přes první a druhý regulační prvek zapojené do série a v souladu se vstupem prvního a druhého vodiče se vstupem dvoustupňového stabilizátoru napětí, přičemž první regulační prvek je vyroben na n-kanálu tranzistor s řízeným polem a druhý regulační prvek je vyroben na p-kanálovém tranzistoru s řízeným polem, první stupeň stabilizátoru se skládá z prvního a druhého uzlového bodu zapojených v souladu a paralelně, první uzel stabilizátoru je vyroben v tvar sériového zapojení první zenerovy diody a zavedeného prvního rezistoru, zavedený druhý stabilizační uzel je proveden ve formě sériového zapojení druhé zenerovy diody a druhého rezistoru a společný bod připojení katody první zenerova dioda v prvním uzlu a druhý rezistor ve druhém uzlu prvního stupně stabilizátoru je připojen ke zdroji prvního n-kanálového tranzistoru s řízeným polem, spojeným rovněž s prvním vodičem na výstupu prvního můstkový usměrňovač, společný přípojný bod prvního rezistoru v prvním uzlu a anoda druhé zenerovy diody v druhém uzlu prvního stupně stabilizátoru je připojen ke zdroji druhého p-kanálového tranzistoru s efektem pole, také připojen k druhému vodiči na výstupu prvního můstkového usměrňovače, odvodnění prvního n-kanálu a odvod druhého p-kanálu tranzistorů s efektem pole jsou připojeny k prvnímu a druhému vodiči na výstupu druhého můstku usměrňovače, řídící hradlo prvního n-kanálového tranzistoru s efektem pole je připojeno na výstup zavedeného prvního operačního zesilovače, jehož výkonové svorky, stejně jako výkonové svorky operačního zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru , připojené na vývody první zenerovy diody v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, je invertující vstup prvního zesilovače přes zavedený třetí a čtvrtý odpor se stejnými odpory připojen na vývody první zenerovy diody v první uzel prvního stupně stabilizátoru, neinvertující vstup prvního zesilovače je připojen k neinvertujícímu vstupu operačního zesilovače ve druhém stupni stabilizátoru a je také připojen přes rezistory se stejnými odpory k vývody pro připojení zdroje, řídící hradlo druhého p-kanálového tranzistoru s řízeným polem je připojeno na výstup zavedeného druhého operačního zesilovače, jehož výkonové piny jsou připojeny na vývody druhé zenerovy diody v druhý uzel první stupeň stabilizátoru, neinvertující vstup druhého zesilovače je připojen ke společnému spojovacímu bodu anody první zenerovy diody a prvního rezistoru v prvním uzlu prvního stupně stabilizátoru, invertující vstup druhého zesilovače je připojen k výstupu zavedeného zdroje referenčního napětí.

V této kapitole budeme uvažovat především beztransformátorové měniče napětí, obvykle sestávající z generátoru čtvercových impulsů a násobiče napětí. Obvykle je tímto způsobem možné zvýšit napětí nanejvýš několikrát bez znatelných ztrát a také získat na výstupu převodníku napětí jiného znaménka. Zatěžovací proud takových měničů je extrémně malý - obvykle jednotky, méně často desítky mA.

Hlavní oscilátor beztransformátorových měničů napětí může být navržen podle standardní schéma, jehož základní prvek 1 (obr. 1.1) je vyroben na bázi symetrického multivibrátoru. Jako příklad mohou mít prvky bloku následující parametry: R1=R4=1 kOhm; R2=R3=10 kOhm; C1=C2=0,01 uF. Tranzistory jsou nízkopříkonové, například KT315. Pro zvýšení výkonu výstupního signálu byl použit standardní zesilovací blok 2.

Rýže. 1.1. Systém základní prvky beztransformátorové měniče: 1 - hlavní oscilátor; 2 - typický blok zesilovače

Beztransformátorový měnič napětí se skládá ze dvou typických prvků (obr. 1.2): hlavního oscilátoru 1 a spínače zesilovače push-pull 2 ​​a také násobiče napětí (obr. 1.1, 1.2). Převodník pracuje na frekvenci 400 Hz a poskytuje výstupní napětí 12,5 V

napětí 22 V při zatěžovacím proudu do 100 mA (parametry prvku: R1=R4=390 Ohm, R2=R3=5,6 kOhm, C1=C2=0,47 μF). Blok 1 používá tranzistory KT603A - B; v bloku 2 - GT402V(G) a GT404V(G).

Schéma beztransformátorového měniče se zdvojnásobením napětí

Obvody měniče napětí založené na standardním bloku

Napěťový měnič, postavený na základě standardního bloku popsaného výše (obr. 1.1), lze použít k získání výstupních napětí různých polarit, jak je znázorněno na obr. 1.3.

U první možnosti jsou na výstupu generována napětí -1-10 B a -10 B; pro druhé - -1-20 B a -10 B, když je zařízení napájeno ze zdroje 12 B.

Pro napájení tyratronů s napětím přibližně 90 B se používá obvod měniče napětí podle Obr. 1.4 s hlavním oscilátorem 1 a parametry prvku: R1=R4=1 kOhm,

R2=R3=10 kOhm, C1=C2=0,01 uF. Zde lze použít široce dostupné nízkovýkonové tranzistory. Násobič má multiplikační faktor 12 a při dostupném napájecím napětí by se dalo očekávat výkon cca 200 V, ale ve skutečnosti je toto napětí kvůli ztrátám pouze 90 V a jeho hodnota rychle klesá s rostoucím zatěžovacím proudem.

Rýže. 1.4. Obvod měniče napětí s vícestupňovým násobičem

Rýže. 1.5. Obvod měniče napětí

Pro získání invertovaného výstupního napětí lze také použít převodník na bázi standardní jednotky (obr. 1.1). Na výstupu zařízení (obr. 1.5) je generováno napětí opačného znaménka než napájecí napětí. V absolutní hodnotě je toto napětí o něco nižší než napájecí napětí, což je způsobeno úbytkem napětí (ztráta napětí) na polovodičových prvcích. Čím nižší je napájecí napětí obvodu a čím vyšší je zatěžovací proud, tím větší je tento rozdíl.

Napěťový měnič (zdvojovač) (obr. 1.6) obsahuje hlavní oscilátor 1 (1 na obr. 1.1), dva zesilovače 2 (2 na obr. 1.1) a můstkový usměrňovač (VD1 -VD4).

Blok 1: R1=R4=100 Ohm; R2=R3=10 kOhm; C1=C2=0,015 uF, tranzistory KT315.

Je známo, že výkon přenášený z primárního okruhu do sekundárního je úměrný pracovní frekvenci převodu, proto současně s jejím nárůstem klesá kapacita kondenzátorů a následně i rozměry a cena zařízení.

Tento převodník poskytuje výstupní napětí 12 B (naprázdno). Při zatěžovacím odporu 100 Ohmů výstupní napětí klesne na 11 B; při 50 Ohm - až 10 B; a při 10 Ohm - až 7 B.

Rýže. 1.6. Vysokonapěťový dvojitý obvod

Obvod převodníku pro získání multipolárních výstupních napětí

Napěťový měnič (obr. 1.7) umožňuje získat dvě opačně polarizovaná napětí se společným středem na výstupu. Taková napětí se často používají k napájení operačních zesilovačů. Výstupní napětí jsou v absolutní hodnotě blízká napájecímu napětí zařízení a při změně jeho hodnoty se mění současně.

Tranzistor VT1 - KT315, diody VD1 a U02-D226.

Blok 1: R1=R4=1,2 kOhm; R2=R3=22 kOhm; C1=C2=0,022 uF, tranzistory KT315.

Blok 2: tranzistory GT402, GT404.

Výstupní impedance zdvojovače je 10 Ohmů. V klidovém režimu je celkové výstupní napětí na kondenzátorech C1 a C2 19,25 V při odběru proudu 33 mA. Když se zátěžový proud zvýší ze 100 na 200 mA, toto napětí se sníží z 18,25 na 17,25 B.

Hlavní oscilátor napěťového měniče (obr. 1.8) je proveden na dvou /SHO/7-článcích. Na jeho výstup je připojen zesilovací stupeň využívající tranzistory VT1 a VT2. Invertované napětí na výstupu zařízení, s přihlédnutím k převodním ztrátám, je o několik procent (nebo o desítky procent - u nízkonapěťového zdroje) menší než vstup.

Rýže. 1.8. Obvod napěťový měnič-střídač s hlavním oscilátorem na bázi prvků CMOS

Obdobné zapojení měniče je na následujícím obrázku (obr. 1.9). Převodník obsahuje hlavní oscilátor na /SMO/7-čipu, zesilovací stupeň na tranzistorech VT1 a VT2 a obvod pro zdvojení výstupu impulsní napětí, kondenzátorové filtry a obvod pro vytvoření umělého středu na bázi dvojice zenerových diod. Na výstupu převodníku jsou generována následující napětí: -i-15 B při zatěžovacím proudu 13...15 ml a -15 B při zatěžovacím proudu 5 mA.

Na Obr. Obrázek 1.10 ukazuje schéma výstupního uzlu beztransformátorového měniče napětí. Tento uzel ve skutečnosti je

Obvod měniče napětí pro generování multipolárních napětí s hlavním oscilátorem na bázi prvků CMOS

Rýže. 1.10. Schéma koncového stupně beztransformátorového měniče napětí

je výkonový zesilovač. K jeho ovládání můžete použít pulzní generátor pracující na frekvenci ^0 kHz.

Bez zátěže převodník s takovýmto koncovým zesilovačem odebírá proud asi 5 mA. Výstupní napětí se blíží 18 B ( dvojité napětí výživa). Při zatěžovacím proudu 120 mA se výstupní napětí sníží na 16 B při úrovni zvlnění 20 mV. Účinnost zařízení je cca 85%, výstupní impedance cca 10 Ohmů.

Když uzel pracuje z hlavního oscilátoru pomocí prvků CMOS, není nutná instalace rezistorů R1 a R2, ale pro omezení výstupního proudu mikroobvodu je vhodné připojit jeho výstup k tranzistorovému výkonovému zesilovači přes rezistor s odpor několika kOhmů.

Jednoduchý obvod měniče napětí pro ovládání varikapů byl mnohokrát reprodukován v různých časopisech. Převodník vyrábí 20 V při napájení z 9 B a takový obvod je na Obr. 1.11. Na tranzistorech VT1 a VT2 je namontován pulzní generátor blízký obdélníku. Diody VD1 - VD4 a kondenzátory C2 - C5 tvoří násobič napětí a rezistor R5 a zenerovy diody VD5, VD6 tvoří parametrický stabilizátor napětí.

Rýže. 1.11. Obvod měniče napětí pro varikapy

Rýže. 1.12. Obvod měniče napětí na čipu CMOS

Jednoduchý měnič napětí využívající pouze jeden mikroobvod K561LN2 s minimálním počtem nástavců lze sestavit podle schématu na Obr. 1.12.

Hlavní parametry převodníku při různých napájecích napětích a zatěžovacích proudech jsou uvedeny v tabulce 1.1.

Tabulka 1.1. Parametry měniče napětí (obr. 1.12)

Schéma koncového stupně bipolárního napěťového budiče

Pro převod napětí jedné úrovně na bipolární výstupní napětí lze použít převodník s koncovým stupněm podle zapojení na Obr. 1.13. Při vstupním napětí převodníku 5 B jsou výstupní napětí -i-8 B a -8 B při zatěžovacím proudu 30 mA. Účinnost konvertoru byla 75 %. Hodnotu účinnosti a výstupní napětí lze zvýšit použitím Schottkyho diod v usměrňovači násobiče napětí. Když se napájecí napětí zvýší na 9 B, výstupní napětí se zvýší na 15 B.

Přibližný analog tranzistoru 2N5447 je KT345B; 2N5449 - KT340B. Můžete také použít běžnější prvky v obvodu, například tranzistory jako KT315, KT361.

Pro obvody měničů napětí postavené na principu pulzních násobičů napětí lze použít širokou škálu generátorů obdélníkového signálu. Takové generátory jsou často stavěny na mikroobvodu KR1006VI1 (obr. 1.14). Výstupní proud tohoto mikroobvodu je poměrně velký (100 mA) a často se lze obejít bez dalších zesilovacích stupňů. Generátor na čipu DA1 (KR1006VI1) produkuje obdélníkové impulsy, jejichž opakovací frekvence je určena prvky R1, R2, C2. Tyto impulsy z kolíku 3 mikroobvodu jsou přiváděny do násobiče napětí. Na výstup násobiče napětí je připojen odporový dělič R3, R4, jehož napětí je přiváděno na „resetovací“ vstup (pin 4) mikroobvodu DA1. Parametry tohoto děliče jsou voleny tak, že pokud výstupní napětí v absolutní hodnotě překročí vstupní napětí (napájecí napětí), generování se zastaví. Přesnou hodnotu výstupního napětí lze upravit volbou odporů rezistorů R3 a R4.

Schéma napěťového měniče-střídač s hlavním oscilátorem na mikroobvodu KR1006VI1

Charakteristiky měniče - napěťového měniče (obr. 1^14) jsou uvedeny v tabulce. 1.2.

Následující obrázek ukazuje další obvod měniče napětí na bázi mikroobvodu KR1006VI1 (obr. 1.15). Pracovní frekvence hlavního oscilátoru je 8 kHz. Na jeho výstupu je tranzistorový zesilovač a usměrňovač sestavený podle obvodu zdvojení napětí. Při napájecím napětí 12 B je výstup měniče 20 B. Ztráty měniče jsou způsobeny úbytkem napětí na diodách usměrňovače zdvojovače napětí.

Tabulka 1.2. Charakteristika měniče napětí (obr. 1.14)

Obvod měniče napětí s mikroobvodem KR1006VI1 a výkonovým zesilovačem

Na základě stejného mikroobvodu (obr. 1.16) lze vytvořit napěťový střídač. Pracovní frekvence převodu je 18 kHz, pracovní cyklus je 1,2.

Stejně jako u jiných podobných zařízení závisí výstupní napětí převodníku výrazně na zatěžovacím proudu.

Pro usměrnění proudu lze použít mikroobvody TTL a /SMOG/. Při rozvíjení tématu navrhl autor této myšlenky D. Cuthbert beztransformátorový napěťový měnič-střídač na bázi GG//-mikroobvodů (obr. 1.17).

Zařízení obsahuje dva mikroobvody: DDI a DD2. První z nich pracuje jako generátor čtvercových impulsů o frekvenci 7 kHz (prvky DDI .1 a DDI .2), na jehož výstup je připojen měnič DD1.3 - DDI.6. Druhý čip (DD2) je zapojen neobvyklým způsobem (viz schéma): plní funkci

Napěťový budicí obvod se zápornou polaritou

Rýže. 1.17. Napěťový invertorový obvod založený na dvou mikroobvodech

diody Všechny jeho invertorové prvky jsou pro zvýšení zatížitelnosti měniče zapojeny paralelně.

V důsledku tohoto zahrnutí je na výstupu zařízení získáno invertované napětí-U, přibližně rovné (v absolutní hodnotě) napájecímu napětí. Napájecí napětí zařízení s 74NS04 může být od 2 do 7 V. Přibližným domácím analogem je GG//-čip typu K555LN1 (pracuje v užším rozsahu napájecích napětí) nebo /SMOS/-čipy a KR1564LN1.

Maximální výstupní proud převodníku dosahuje 10 mA. Když je zátěž vypnutá, zařízení nespotřebovává prakticky žádný proud.

Při vývoji výše uvedené myšlenky použití ochranných diod /C/WO/7-čipů, které jsou k dispozici na vstupech a výstupech /SL//0/7-prvků, budeme uvažovat provoz napěťového měniče vyrobeného na dva mikroobvody DDI a DD2 typu K561LA7 (p \ls. 1.18). První z nich sestavuje generátor pracující na frekvenci 60 kHz. Druhý mikroobvod plní funkci můstkového vysokofrekvenčního usměrňovače.

Rýže. 1.18. Schéma přesného převodníku polarity na dvou mikroobvodech K561LA7

Při provozu převodníku se na výstupu vytváří napětí záporné polarity, které s vysokou přesností při vysokonapěťové zátěži opakuje napájecí napětí v celém rozsahu jmenovitých hodnot napájecího napětí (od 3 do 15 8 ).

• 02.08.2015

  Označení třemi čísly. V tomto případě první dvě číslice definují mantisu a poslední definuje exponent základny 10, který dává hodnotu pikofarad. Poslední číslice „9“ označuje exponent „-1“. Pokud je první číslice „0“, pak je kapacita menší než 1 pF (010 = 1,0 pF). Označení čtyřmi čísly. Toto označení je podobné výše popsanému...

• 19.10.2016

  Tyto jednoduché obvody Jsou to světelné senzory, jako citlivý prvek je použit fotorezistor. První okruh je stmívací senzor, druhý je senzor osvětlení. Když světlo dopadne na fotorezistor, změní svůj odpor, čím více světla, tím nižší je odpor a tím větší je pokles napětí na něm. S rostoucím úbytkem napětí se tranzistor otevře a relé sepne. Práh...

• 28.04.2015

  MAX9721 je stereo sluchátkový zesilovač s pevným ziskem. IC je speciálně navržen pro použití v malých přenosných zařízeních. MAX9721 využívá technologii DirectDrive, která umožňuje provoz na jeden zdroj uzemněné zátěže bez oddělování kondenzátorů. Mikroobvod má tři faktory zesílení, což umožňuje snížit počet vnější prvky: MAX9721A: -2V/V MAX9721B: -1,5V/V MAX9721C: …

• 19.01.2016

  Čip LA4743B je 4kanálový výkonový zesilovač vyvinutý společností SANYO pro použití v audio systémech automobilů. Při jmenovitém napájecím napětí od palubní síť Mikroobvod 14,4 V je schopen vyvinout výkon až 45 W na kanál. Mikroobvod má zabudovanou ochranu proti zkratu výstupů, ochranu proti přehřátí, funkci útlumu signálu, vypnutí v pohotovostním režimu ...

Rádi bychom také věnovali pozornost beztransformátorové měniče napětí. Princip fungování je téměř stejný. Jediný rozdíl je v provedení koncového stupně. Na jedné straně odstraněním pulzního transformátoru obvod měniče napětí výrazně zjednodušeno, zmenšeny rozměry a hmotnost. Ale na druhou stranu u beztransformátorové metody nedochází ke galvanickému oddělení od baterie a pro realizaci bipolárního napájení je nutné sestavit dva obvody. Je také obtížné získat na výstupu beztransformátorového měniče napětí, které je vyšší než vstupní napětí. Obvykle v beztransformátorových verzích Uin?Uout (ale ne vždy, v závislosti na topologii).

Takový měniče napětí Jsou sestaveny na moderní elementové základně a obsahují také PWM regulátory s koncovými stupni na výkonných tranzistorech pro zajištění zvýšeného maximálního přípustného proudu. Výrazná vlastnost moderní PWM regulátory pro montáž na jejich základě beztransformátorové měniče napětí je široký rozsah napájecích napětí.

V našem dnešním článku se zamyslíme PWM regulátory LM5088 a LM3488. Regulátor PWM je LM5088, vyrobený na konci roku 2008, a LM3488 je mnohem mladší, vyrobený na konci roku 2010. V prvním případě může být na vstup měniče napětí dodáváno od 4,5 do 75 voltů, ve druhém - od 2,97 do 40 voltů. Zařízení je vypočítáno pro libovolné výstupní napětí vzhledem ke vstupu pomocí vzorců. V závislosti na tom se zvolí hodnocení použitých rádiových komponent. Výše uvedené PWM regulátory poskytují vysoký výstupní proud měniče, který je 10 ampérů.

Frekvence LM5088 je nastavena v rozsahu od 50 kHz do 1 MHz. Účinnost je velmi vysoká – 97 %. Regulátor LM5088 PWM je k dispozici ve dvou verzích:

Zjednodušeno na LM5088:

Účel některých pinů:
VIN – napájecí napětí v rozsahu 4,5…75 V;
EN – pokud je napětí na kontaktu pod 0,4 voltu, převodník nefunguje; pokud je v rozsahu 0,4…1,2 V – LM5088 je v pohotovostním režimu; pokud je vyšší než 1,2 voltu, PWM regulátor plní své funkce v plném rozsahu. Dělič napětí tedy může nastavit práh vypnutí měniče napětí;
SS – výstup pro měkký start;
RAMP – používá se pro režim ovládání. Doporučuje se vybrat křečový kondenzátor z rozsahu 100...2000 pF;
RT/SYNC – hlavní frekvenční oscilátor – frekvenční rozsah se volí volbou rezistoru Rrt a leží v rozsahu 50 kHz – 1 MHz;
GND – zem;
COMP – výstupní pin chybového zesilovače – tvoří smyčku s pinem FB;
FB – výstup pro zpětnovazební signál – připojený k invertujícímu vstupu chybového zesilovače, nastavuje práh na 1,205 V;
OUT – výstupní (odstraněné) napětí;
SW – spínací uzel – připojuje se na výstup výkonového tranzistoru;
HG – připojuje se na vstup výkonového tranzistoru;
BOOT – vstup pro startovací kondenzátor – kondenzátor se zapojuje mezi svorky SW a BOOT pro zajištění spínání tranzistoru MOSFET;
VCC – výstup regulátoru předpětí – Cvcc – keramický vazební kondenzátor s nominální hodnotou 0,1…10 µF.

Připraven obvod beztransformátorového měniče napětí na LM5088, navržený pro výstupní napětí 5 voltů a proud až 7 ampér:

Pro výpočet zařízení pro jiné napětí a proud můžete použít buď vzorce z datového listu nebo speciální kalkulačku.

Frekvence LM3488 je nastavena od 100 kHz do 1 MHz pomocí jediného externího rezistoru. Tento PWM regulátor je mnohem jednodušší a menší velikosti a je to 8pinový mikroobvod.

Přiřazení pinů je podobné jako u LM5088 PWM. Detailnější Specifikace LM3488 jako základní komponenta beztransformátorový měnič napětí, stejně jako různé diagramy napětí, proudu a frekvence si můžete prohlédnout v datovém listu.

Můžete také uvést jako příklad obvody hotových beztransformátorových měničů napětí na bázi LM3488. První se vstupním napětím 3...24 V a výstupním napětím 5 voltů - 1 ampér; druhý se vstupem - 3,3 voltu a výstupem - 5 voltů - 2 ampéry. Třetí obvod, zdá se mi, je běžnější a poskytuje výstup 12 voltů - 1,5 ampér při vstupním napětí 4,5 ... 5,5 V.

Pohled na oboustranný plošný spoj u druhého jmenovaného obvody měniče napětí je:

Hlavní hodnotou regulátoru LM3488 PWM je však to, že na jeho základě můžete sestavit vynikající zdroj energie (nebo spíše prostředník, tj. beztransformátorový převodník) pro výkonové zesilovače zvukový kmitočet. Vypočítali jsme jmenovité hodnoty rádiových komponent pro obvody beztransformátorových měničů napětí, kterou lze použít k napájení oblíbeného TDA7294 UMZCH. Jako zdroj energie se používá 12V autobaterie. Všechny údaje jsou zobrazeny na obrázcích níže.

Použití: v DC-DC měničích, kde primární napětí je průmyslová frekvenční síť 220 V a více. Podstata vynálezu: zařízení obsahuje kaskádový dělič napětí tvořený diodovými kondenzátorovými články. Kondenzátory zapojené do série se nabíjejí během maximální amplitudy kladné hodnoty sinusovky střídavé napětí na pneumatikách. Jejich výboj na napájecí vstupy kaskády výkonových impulsů se provádí při záporné hodnotě sinusoidy střídavého napětí a při paralelní připojení tyto kondenzátory. Pomocný tranzistor snižuje výkon potřebný k buzení výstupního tranzistoru a snižuje výkon, který rozptyluje. 3 plat f-ly, 3 nemocní.

Vynález se týká elektrotechniky, jmenovitě převodní techniky na převodní zařízení elektrická energie střídavého napětí, například průmyslových sítí, na stejnosměrné napětí pro napájení automatizačních systémů nebo rádiové elektroniky. Jsou známy beztransformátorové měniče napětí, u kterých je střídavé primární napětí usměrněno můstkovým usměrňovačem a následně je stejnosměrné napětí převáděno na požadovaný výkon s galvanickým oddělením pulzním vysokofrekvenčním tranzistorovým koncovým stupněm Nevýhodou těchto měničů je jejich nízká provozní spolehlivost a nedostatečná energetická účinnost. Je to dáno neoptimálním rozsahem bezpečného provozu moderních vysokonapěťových výkonových tranzistorů používaných ve výkonových pulzních stupních a také nízkými ziskovými faktory těchto tranzistorů. Používají se také beztransformátorové měniče napětí, u kterých je napájecí napětí výkonového impulsního stupně redukováno pomocí impulsního nebo lineárního stabilizátoru Nevýhodou těchto měničů je složitost obvodu a nízká provozní spolehlivost, neboť dostatečně vysoký převodní kmitočet v pulzní stabilizátor vyžaduje řešení problémů s dodržováním norem bezpečného provozu výkonového tranzistoru tohoto stabilizátoru. V případě použití lineárního stabilizátoru je energetická účinnost takového technické řešení ne vysoký. Nejblíže navrženému jak v návrhu obvodu, tak v podstatě probíhajících procesů je převodník obsahující kaskádové diodo-kondenzátorové články zapojené sériově nebo paralelně pomocí výstupního tranzistoru, které snižují primární napětí na dosti nízké hodnoty tohoto převodníku je složitost způsobená přítomností speciálního řídicího obvodu pro výstupní tranzistor a můstkový síťový usměrňovač a také nízká spolehlivost díky použití vysoká frekvence přepínání Účelem vynálezu je zvýšit provozní spolehlivost zjednodušením obvodu a usnadněním provozních režimů prvků. Cíle je dosaženo tím, že výstupní tranzistor, který spíná články dioda-kondenzátor, je řízen síťovým primárním napětím pomocí pomocného tranzistoru. Pro omezení amplitudy krátkých spínacích impulsů vybíjecího proudu kondenzátorů článku je navíc zavedena tlumivka s blokovací diodou. Pro další zvýšení energetické účinnosti měniče je do obvodu zaveden vynucovací tranzistor a kondenzátor, které urychlují počáteční otevření výstupního tranzistoru. Na Obr. 1-3 znázorňují schémata beztransformátorových měničů napětí, které odpovídají: Obr. 1, nároku 1 nároků; Obr. 2 Kapitoly 2 a 3 vzorce; Obr.3 str.4. Beztransformátorový měnič napětí podle schématu na obr. 1 obsahuje N diodo-kondenzátorových článků, kde články od prvního do (N-1) obsahují nabíjecí diody 1.1,1.(N-1), vybíjecí diody 2.1,2.( N-1) diody, výstup 3.1,3.(N-1) diody a kondenzátory 4.1,4.(N-1) a N-tá buňka sestává z 1.N nabíjecí diody a 4.N kondenzátoru. Anoda nabíjecí diody 1.1 prvního článku je připojena k první síťové sběrnici 5 a první svorce rozpínacího odporu 6. Anody vybíjecích diod 2.1,2.(N-1) jsou připojeny k druhé síti sběrnice 7 a záporného napájecího vstupu 8 ​​výkonového pulzního stupně 9. Katody výstupních diod 3.1,3.(N-1) jsou připojeny k emitoru výstupního tranzistoru 10 typu vodivosti pnp a k první svorce blokovací odpor 11. Katody nabíjecích 1.1,1.(N-1) diod jsou spojeny s anodami odpovídajícího výstupu 3.1, 3.(N-1) diod as prvními vývody kondenzátorů 4.1,4. (N-1), jejichž druhé vývody jsou připojeny ke katodám výbojových diod 2.1, 2.(N-1). Kromě toho jsou katody vybíjecích diod 2.1, 2. (N-1) připojeny k anodám nabíjecích diod 1.2, 1.N následujících článků a katoda nabíjecí diody 1.N je připojený k první svorce kondenzátoru 4.N, kolektoru výstupního tranzistoru 10, druhé svorce blokovacího odporu 11 a ke kladnému napájecímu vstupu 12 výkonového impulsního stupně 9. Druhá svorka kondenzátoru 4. N je připojen na druhou síťovou sběrnici 7. Spojovací bod mezi katodou diody 2.(N-1) a anodou diody 1.N je připojen přes kolektorový rezistor 13 ke kolektoru pomocného tranzistoru 14 pnp. vodivostního typu, jehož emitor je připojen k bázi výstupního tranzistoru 10 a báze k druhému vývodu rozpínacího odporu 6. Pro názornost je výkonový impulsní stupeň 9 znázorněn ve formě tranzistorového jednoduchého DC-DC měnič zakončený, kde výkonový tranzistor 15, řízený řídicí jednotkou 16, je připojen přes primární vinutí 17 výkonového transformátoru 18 s kladnými 12 a zápornými 8 napájecími vstupy. Obecně platí, že typ kaskády výkonových impulsů neovlivňuje uvažované procesy provozu beztransformátorového měniče napětí. Obvod beztransformátorového měniče napětí z obr. 2 se liší tím, že kolektor výstupního tranzistoru 10 je připojen k prvnímu výstupu induktoru 19 a ke katodě blokovací diody 20, jejíž anoda je připojena ke druhé síťové sběrnici. 7, a druhý výstup induktoru 19 je připojen ke kladnému napájecímu vstupu 12 výkonového impulsního stupně 9, druhé svorce rozpínacího odporu 11 a spojovacímu bodu mezi katodou nabíjecí diody 1.N a prvním vývod kondenzátoru 4.N. V obvodu beztransformátorového měniče napětí podle obr. 3 je kromě popsaných zapojení a prvků kolektor tranzistoru 14 připojen přes kolektorový odpor 13 k první svorce vynucovacího kondenzátoru 21 a emitoru vynucovacího tranzistoru 22. vodivostního typu pnp, jehož kolektor je připojen ke spojovacímu bodu diodové katodě 2. (N-1), anoda diody 1.N a druhá svorka kondenzátoru 4.(N-1) a báze je připojena přes odpor 23 báze ke katodě diody 1.N. Druhá svorka kondenzátoru 21 je připojena k anodě diody 3 (N-1). Beztransformátorový měnič podle schématu na obr. 1 pracuje následovně. Podívejme se na zavedené pracovní procesy. V původní stav, pokud nepočítáte zvlnění stejnosměrného napětí, kondenzátory 4.1,4.N se nabíjejí přibližně na stejné napětí, rovné výstupnímu napětí kaskádového děliče napětí, číselně odhadnuté vydělením amplitudového okamžitého napětí na síťových sběrnicích 5 a 7 počtem článků kaskádového děliče N. Když je okamžitá hodnota napětí na síťových sběrnicích 5 a 7 rovna maximu (amplituda), nabijí se kondenzátory 4.1,4.N na maximální hodnota napětí přes nabíjecí diody 1.1,1.N. V tomto případě jsou články kaskádového děliče zapojeny do série mezi sebou. Poté, co napětí začne klesat z hodnoty amplitudy, jsou diody zablokovány, protože celkové napětí na sériově zapojených kondenzátorech 4.1,4.N je větší než aktuální hodnota napětí na síťových sběrnicích 5 a 7. Tranzistory 10 a 14 jsou zablokovány , protože napětí aplikované na ně základní emitorové přechody má blokující polaritu. Proud protékající rezistorem 11 tvoří blokovací napětí na přechodu báze-emitor tranzistoru 10. Volbou počtu sériově zapojených diod 3. (N-1) můžete měnit hodnotu blokovacího napětí. Dále se síťové napětí na sběrnicích 5 a 7 sníží a jeho polarita se přepóluje. Tranzistory 10 a 14 však zůstávají zablokovány, protože polarita napětí na bázi tranzistoru 14 je blokována, dokud se napětí na síťových sběrnicích 5 a 7 nerovná napětí na kondenzátoru 4. N, tj. napětí na napájecích vstupech 12 a 8 pulzní stupeň 9. Při shodných napětích se spoje emitoru báze tranzistorů 14 a 10 otevřou a proud báze tranzistoru 10 protéká otevřeným tranzistorem 14 z napětí na kondenzátoru 4.(N -1). Velikost proudu je určena rezistorem 13. Proud báze tranzistoru 10 tedy není tvořen napětím na síťových sběrnicích 5 a 7, ale napětím na kondenzátoru 4 (N-1) sníženým N-krát. Protože napětí na tomto kondenzátoru nemá hladký sinusový tvar, ale je konstantní, čelo napětí tvořícího proud báze tranzistoru 10 může být mnohem strmější díky tomu, že obvody tranzistorů 10 a 14 jsou zapojeny podle obvod kompozitního tranzistoru. To určuje kratší dobu sepnutí tranzistoru 10, a proto tím méně energie ztrácí během spínacích stupňů. Po otevření tranzistoru 10 jsou kondenzátory 4.1,4.N zapojeny paralelně přes výstupní diody 3.1,3.(N-1), přechod kolektor-emitor tranzistoru 10 a výbojové diody 2.1,2.(N -1). Protože se kondenzátor 4.N při sériovém zapojení kondenzátorů vybije na napájecí vstupy 12 a 8 výkonového impulsního stupně 9, pak na zbývajících kondenzátorech 4.1,4. (N-1) v době, kdy se vybijí, bude vyšší napětí a budou vybíjeny na dobití kondenzátoru 4.N a do zátěže. Během uvažovaného časového období se sinusové napětí sítě dále snižuje a prochází minimem (tj. maximem záporné půlvlny sinusovky). Po překročení minima se napětí síťových sběrnic 5 a 7 začne zvyšovat, stále mají zápornou polaritu. Když záporné síťové napětí, rostoucí, dosáhne hodnoty napětí na vstupech 12 a 8 výkonového stupně 9, tranzistory 14 a 10 se uzavřou, protože na jejich spoje báze-emitor bude aplikováno zpětné napětí. Kondenzátory 4.1, 4.(N-1) jsou odpojeny od stupně 9 výkonových impulsů a kondenzátor 4.N bude udržovat konstantní napětí na napájecích vstupech 12 a 8 stupně 9 výkonových impulsů. V tomto případě výstupy 3.1 ,3.(N-1) diody a bit 2.1,2.(N-1) diody jsou uzamčeny. Tento stav zůstává nezměněn, dokud síťové napětí nedosáhne kladné napěťové úrovně rovnající se součtu napětí na sériově zapojených kondenzátorech 4.1.4.N. Poté, co síťové napětí překročí stanovené celkové napětí, nabíjecí diody 1.1,1.(N-1) se otevřou a kondenzátory 4.1,4.N se začnou nabíjet síťovým napětím v době, kdy je maximální kladná hodnota síťového napětí je dosaženo. Dále procesy nabíjení a vybíjení kondenzátorů pokračují stejným způsobem. K nabíjení kondenzátoru 4.N během jednoho cyklu provozu, tj. během jedné periody frekvence střídavého napětí sítě, dojde dvakrát. To znamená, že navzdory půlvlnnému provoznímu režimu kondenzátorů 4.1,4.(N-1) pracuje kondenzátor 4.N v kvaziplnovlnném provozním režimu: první fáze jeho nabíjení se provádí během nabíjení skupinu sériově zapojených kondenzátorů a druhý během vybíjení kondenzátorů 4.1,4.(N-1) do výkonového pulzního stupně 9 a kondenzátoru 4.N. To pomáhá snížit zvlnění napětí na napájecích vstupech 12 a 8 a umožňuje použití menších kondenzátorů. Přítomnost konstantního napětí na napájecích vstupech 12 a 8 zajišťuje činnost výkonového pulzního stupně 9. Tranzistor 15, řízený řídící jednotkou 16, převádí stejnosměrné napětí na pulzní kolektorový proud, který je transformován transformátorem. 18 do zátěže. V uvažovaném zařízení je tedy výstupní tranzistor řízen od napětí nižšího než je síťové napětí a se strmějšími spínacími hranami. To umožňuje zvýšit energetickou účinnost zařízení, snížit spotřebu energie a zvýšit spolehlivost převodníku. Beztransformátorový měnič podle schématu na obr. 2 pracuje následovně. Maximální amplituda proudu protékajícího výstupním tranzistorem nastává při jeho zapnutí, když jsou kondenzátory 4. 1,4.(N-1) jsou vybity do částečně vybitého kondenzátoru 4.N. Doba trvání pulsu tohoto proudu je obvykle 2 až 5 % zapínacího cyklu tranzistoru 10. Amplituda je omezena induktorem 19, jehož indukčnost by měla být prakticky malá. Chcete-li vyloučit režim trvalých proudů tlumivky v přechodné režimy zapínání, vypínání nebo spínání zátěžového proudu se používá blokovací dioda 20, která zajišťuje vybití proudu akumulovaného v indukčnosti induktoru 19. Zavedením induktoru 19 a diody 20 je tedy možné omezit proud tranzistorem 10 a zajistit absenci spínacích přepětí na tomto tranzistoru při kontinuálním režimu proudy induktoru 19, které mohou způsobit spínací přepětí na kolektoru tranzistoru 10. Beztransformátorový měnič napětí podle zapojení z Obr. 3 funguje následovně. Vynucení proudu báze tranzistoru 10 ke zkrácení doby vybíjení kondenzátorů 4.1,4.(N-1) k nabití kondenzátoru 4.N a snížení výkonu rozptýleného tímto tranzistorem v uvažovaném časovém stádiu je vyžadováno během relativně krátké doby. času, jak je uvedeno výše. Zbývající mnohem delší časový interval nevyžaduje větší proud báze tranzistoru 10. Vytvoření vynuceného impulsu proudu báze se proto provádí z nabitého kondenzátoru 21, jehož kapacita je podstatně menší než kapacita kondenzátoru 4 (N-1). S otevřeným tranzistorem 14, když se tranzistor 10 otevře, počáteční vybíjecí proud kondenzátoru 21 zesílí proud báze tranzistoru 10, který se poté sníží, když se kondenzátor 21 vybije, a na konci časového intervalu zapnutého stavu se sníží na nulu. Kondenzátor 21 se nabíjí během nabíjení sériově zapojených kondenzátorů 4.1, 4.N ze síťového napětí na sběrnicích 5 a 7. Zbývající procesy obvodu se neliší od výše diskutovaných. Zavedení vynuceného proudu báze tranzistoru 10 tedy umožňuje urychlit proces nabíjení kondenzátoru 4.N a snížit výkon rozptýlený tímto tranzistorem během spínacích procesů. V důsledku toho navrhované zařízení umožňuje zvýšit spolehlivost beztransformátorového měniče napětí zjednodušením obvodu a snížením výkonu rozptýleného prvky.

Nárok

1. BEZTRANSFORMÁTOROVÝ MĚNIČ NAPĚTÍ obsahující N článků dioda-kondenzátor, z nichž každý, kromě N-tého, se skládá z nabíjecích, vybíjecích a výstupních diod a kondenzátoru, katoda nabíjecí diody je připojena k anodě výstupní diody a k první svorce kondenzátoru, jejíž druhá svorka je připojena ke katodě výbojové diody, a katody výstupních diod článků, kromě N-té, jsou připojeny k emitoru výstupu typu p-n-p tranzistoru a k první svorce blokovacího rezistoru, anoda nabíjecí diody prvního článku je připojena k první síťové sběrnici a k ​​první svorce rozpínacího odporu jsou připojeny anody nabíjecích diod následujících článků katody výbojových diod předchozích článků od prvního do (N-1), respektive, jejichž anody jsou připojeny ke druhé síťové sběrnici, k zápornému napájecímu vstupu výkonového pulzního stupně a druhé svorce kondenzátoru N-tá buňka, jehož první svorka je připojena ke kladnému napájecímu vstupu výkonového impulsního stupně a ke kolektoru výstupního tranzistoru, vyznačující se tím, že druhá svorka blokovacího odporu je připojena ke kolektoru výstupního tranzistoru připojenému ke kladnému napájecí vstup výkonového impulsního stupně, druhá svorka rozpínacího odporu je připojena k bázi zavedené pomocné tranzistoru vodivostního typu pnp, jehož emitor je připojen k bázi výstupního tranzistoru, a kolektoru přes kolektorový odpor k anodě nabíjecí diody N-tého článku. 2. Napěťový měnič podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené spojení kolektoru výstupního tranzistoru s kladným napájecím vstupem výkonového pulzního stupně je provedeno přes zavedenou tlumivku, jejíž spojovací bod se stanoveným vstupem je připojený ke spojovacímu bodu prvního vývodu kondenzátoru a katody N-tého článku. 3. Měnič napětí podle nároků 1 až 3. 1 a 2, vyznačující se tím, že mezi kolektor výstupního tranzistoru a záporný napájecí vstup kaskády výkonových impulsů, katodu a anodu je zapojena blokovací dioda. 4. Měnič napětí podle nároků 1 až 3. 1 3, vyznačující se tím, že uvedené připojení kolektoru pomocného tranzistoru přes kolektorový rezistor k anodě nabíjecí diody N-tého článku je provedeno přes emitor-kolektor příslušně zavedeného tvořícího tranzistoru typu p-n-p. , jehož báze je připojena přes bázový rezistor ke kolektoru výstupního tranzistoru a emitor přes zavedený vynucovací kondenzátor je připojen k anodě výstupní diody N-1. článku.