Преобразователь постоянного напряжения

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ае аи 3(5 О Н 02 М 3 335 ЕТ ЛЬСТИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И.ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ С(71 Институт физических исследований ЛН АрмССР(56 1. Патент Сбй Е 3240958, кл, 307-110, 1964.2. йвторское свидетельство СССР 9 607317, кл. Н 02 М 3/335, 1976. (54 )(57 ПРЕОБРЛЗОВЛТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий Л последовательно соедине нных конде нсаторно- вентиль, - ных ячеек удвоения напряжения, в каждой из которых между входными выводами включена цепочка из согласно- последовательно соединенных разряд.ного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод конденсатора,второй выводкоторого через диод связан с первыми входными и выхо,ными выводамиячейки, а вторые входной и выходновыводы ячейки объединены, и блокуправления ключами, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьщения массы и габаритов и повышениКПД, указанный диод включен междупервыми входным и выходным выводячейки, второй вывод конденсаторасоединен непосредственно с первымвыходным выводом ячейки, а блок управления ключами содержит делительчастоты с М.-1 выходами, причемвход делителя час оты соединен свходом ключей первой ячейки, а выхды делителя частоты соединены свходами ключей соответствующих последующих ячеек,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано во вторичных источниках электропитания маломощной аппаратуры для преобразования низкого постоянного напряжения в высокое. 5Известен вентильно-конденсаторный умножитель постоянного напряжения, содержащий цепочку из согласно- последовательно соединенных разрядного и зарядного ключа, подключен- О ную между входными выводами, и цепочку из двух согласно-последовательно соединенных диодов, включенную между входным и выходным выводом, и два конденсатора., один иэ которых )5 включен между точкой соединения ключей и точкой соединения диодов, а другой между выходными выводами (13.Данный преобразователь лишь удваивает напряжение. Для умножения20 напряжения более чем вдвое применя" ется последовательное (каскадное ) соединение таких удвоителей напряжения. 25Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является преобразователь постоянного напряжения, содержащий й последовательно соединенных конденсаторно-вентильных ячеек удвоения напряжения,30 в каждой из которых между входными .выводами включена цепочка из последовательно-согласно соединенных разрядного и зарядного ключей, к точке соединения которых подключен первый вывод первого конденсатора, второй вывод которого подключен к точке согласно-последовательного соединения двух диодов, включенных между входным и выходным выводом 40 ячейки, а параллельно выходу каждой ячейки включен второй конденсатор Г 2 ).Наличие двух конденсаторов и двух диодов в каждой ячейке увеличи вает массу и габариты преобразователя и снижает его КБД.Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение КПД.Цель достигается тем, что в пре О образователе постоянного напряжения, содержащем И последовательно . соединенных конденсаторно-.вентильных ячеек удвоения напряжения, в каждой из которых между входными выводами включена цепочка иэ соглас 5 но-последовательно соединенных разрядного и зарядного ключей, к точ" ке соединения которых подключен первый вывод конденсатора, второй вывод которого через диод связан с первыми входным и выходным выводами ячейки, а вторые входной и вЫходной выводы ячейки объединены, и блок управления ключами, укаэанный диод включен между первыми 65 входным и выходным выводами ячейки, второй вывод конденсатора соединен непосредственно с первым выходным выводом ячейки, а блок управления ключами содержит делитель частоты с Йвыходами, причем вход делителя частоты соеди нен с входом ключей первой ячейки, а выходы делителя частоты соедивены с входами ключей соответствующих последующих ячеек.На фиг. 1 показана принципиальная схема преобразователя) на фиг. 2 - диаграммы напряжений.Преобразователь (фиг. 1) подключен со стороны входа к источнику питания 1 и содержит М конденсатор- но-вентильных ячеек удвоения напряжения 2.1-2. М,соединенных между собой последовательно, т.е. ввход одной включен на вход другой. Каждая ячейка имеет первый входной вывод 3, первый выходной вывод 4 и объединенные второй входной и выходной выводы 5. Между выводами 3 и 5 включены согласно-последовательно соединенные ключи (транзисторы), а между выводами 3 и 4 - диод. Вход ключей соединен с выводом б. На выходе преобразователя включен диод 7 и нагрузка, шунтированная фильтрующим конденсатором 8. Блок управления содержит задающий генератор 9 и делитель частоты 10, причем вход делителя частоты и вход ключа первой ячейки соединен с выходом задающего генератора, а выходы делителя частоты - с входами ключей соответствующих ячеек, при этом между точкой соединения ключей и выводом 4 каждой ячейки включен соответствукщий конденсатор 11.На фиг. 2 по горизонтали отложены интервалы времениот Со дос шагом, равным полупериоду входного управляющего сигнала. Сверху вниз показаны эпюры напряжений в некоторых точках:где О - напряжение на выходе задаю)щего генератора 9, на входеключа первой ячейки, навходе делителя частоты10(ЕО 2 - напряжение на первом выходеделителя частоты, на входеключа второй ячейки (Е/2);О - напряжение на втором выходе3делителя частоты, на входеключа третьей ячейки (Г/4);О - напряжение на третьем вы 4ходе делителя, частоты, навходе ключа четвертой ячей-ки (Е/8);Ц- напряжения на конденсаторахсоответствующих ячеек,Он- напряжение на нагрузке.Преобразователь работает следующим образом.Примем, что каждый конденсатор либо полностью заряжается от предыдущей ячейки, либо полностью разряжается на последующие ячейки. Падения напряжений на отпертых и ,утечки запертых элементов не учиты ваются.Делитель частоты работает в режиме счета импульсов, т.е. начала периодов импульсов совпадают. Коэффициент деления частоты равен 2. При нулевой амплитуде входного импульса ключ отперт и конденсатор заряжается от предыдущих ячеек. При единичной амплитуде входного импульса ключ заперт, т.е. конденсатор соединен последовательно с предыдущей ячейкой и разряжается на последующие ячейки.В интервале времени Фофиг, 2) все ключи отперты и конденсаторы всех ячеек заряжаются до напряжения 0 источника питания. В момент 1 первый ключ запирается, подключая первый конденсатор последовательно с источником питания, и конденсаторы последующих ячеек заряжаются до двойной амплитуды (2 по вертикали). Конденсатор первой ячейки при этом разряжается. В момент 1 г первый ключ отперт, второй заперт, конденсатор первой ячейки заряжается от источника питания, а конденсатор второй ячейки, соединенный последовательно с источником питания, разряжается на конденсаторы последующих ячеек и конденсатор 8, заряжая их до тройной амплитуды. В момент В ключ 1 первой ячейки вновь заперт и к энергопередаче последовательно подключается конденсатор первой ячейки и совместно с источником питания и конденсатором второй ячейки заряжает,.; конденсатор 8 и конденсаторы третьей и четвертой ячеек до четырехкратной амплитуды. В момент 1,1предыдущие циклы повторяются, но уже с подключением конденсатора третьей ячейки, при этом конденсатор четвертой ячейки иконденсатор 8 ступенями заряжаютсядо восьмикратной амплитуды. И,.наконец, в момент Ьцподключаетсяконденсатор четвертой ячейки, заряжая конденсатор 8 до 16-ти кратной амплитуды. В реальной схемес учетом потерь остаточных напряжений на конденсаторах, а также взависимости от соотношения емкостей заряды растут монотонно.и вустановившемся режиме эпюра напряжуний на конденсаторах выглядиттак, как показано пунктиром с несколько меньшей амплитудойЕн=Е 1 г"где Ен - напряжение на нагруэкеунапряжение источника питания 1;20 Й - число ячеек удвоения напряженияПри следующем периоде схема приходит в исходное состояние и весьцикл повторяется.25 Для эффективной работы устройстважелательно, чтобы емкости конденсаторов уменьшались вдвое от первогокаскада к последнему, а диоды первых каскадов имели как можно мень- ЗО шее прямое падение напряжения. Этотребование распространяется и надругие типы подобных умножителейнапряжения.Регулированием частоты генератора 9 можно регулировать мощность,отдаваемую в нагрузку. Коэффициентделения частоты делителя можетбыть и иным, но не менее двух у со"седних ячеек.уменьшение числа диодов и кон денсаторов позволило при современ-ной элементной базе улучшить КПДи массогабаритные показатели на20-50 в зависимости от числа ячеек.Особенно это ощущается при низко" 45 вольтных первичных источниках литания, имеющих напряжение порядкаединиц вольт.1073857 ч Б гр Ою У орректор А. Фере хред Л.Мартяшов олесников кт Подписн каз 375/5,д.4 филиал ППП "Патен 01О 1ОРр 1 1 Ю 115% 1 ГОЙЯ й Р 1 ЮЮ ФЮ МЯ ДЮЖ ЯЮ Составитель В.Моин Тираж 667НИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытиЯ13035, Москва, Ж, Раушская наб. Ужгород, ул. Проектн