ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ С ИЗОЛЯЦИЕЙ НА КОНДЕНСАТОРАХ
CONSTANT-TO-CONSTANT VOLTAGE CONVERTER WITH ISOLATION ON THE CAPACITORS

Изобретение относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначено для использования в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное.
yпр
Известен изолированный источник питания для обратноходового преобразователя из патента WO №2013/034410 с датой приоритета 14.08.2012 г. (прототип), содержащий положительный и отрицательный входы преобразователя, входной конденсатор, МДП-транзистор с n-каналом, трансформатор, первый и второй изолирующие конденсаторы, первый и второй выпрямительные диоды, первый и второй выходные конденсаторы, первый и второй положительные выходы преобразователя, первый и второй отрицательные выходы преобразователя. Причем входной конденсатор подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя, начало первичной обмотки трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки трансформатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод первого изолирующего конденсатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, второй вывод соединен с анодом второго выпрямительного диода, катод которого соединен со вторым положительным выходом преобразователя. Первый вывод второго изолирующего конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя, второй вывод соединен со вторым отрицательным выходом преобразователя. Анод стабилитрона соединен со вторым отрицательным выходом преобразователя, катод соединен с анодом второго выпрямительного диода. Второй выходной конденсатор подключен между вторым положительным и вторым отрицательным выходом преобразователя. Начало вторичной обмотки трансформатора соединено с первым отрицательным выходом преобразователя, конец вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом первого выпрямительного диода, катод которого соединен с первым положительным выходом преобразователя. Первый выходной конденсатор подключен между первым положительным и первым отрицательным выходом преобразователя.
Недостатком данного изолированного источника питания для обратноходового преобразователя является низкий КПД, обусловленный наличием дополнительного выхода, уровень напряжения на котором не регулируется и требует ограничения его величины с помощью стабилитрона.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании предлагаемого устройства, является низкая эффективность устройства в отношении преобразования или передачи энергии.
Технические результаты заявляемого решения заключаются в повышении коэффициента полезного действия, снижении уровня пульсаций выходного напряжения, повышении помехозащищенности, улучшении электромагнитной совместимости, повышении безопасности при эксплуатации и обслуживании.
ynp
В заявляемом преобразователе постоянного напряжения в постоянное с изоляцией на конденсаторах содержатся положительный и отрицательный входы преобразователя, входной конденсатор, МДП-транзистор с n-каналом, трансформатор, первый и второй изолирующие конденсаторы, выпрямительный диод, выходной конденсатор, положительный и отрицательный выходы преобразователя. Причем входной конденсатор подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя, начало первичной обмотки трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки трансформатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод первого изолирующего конденсатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, второй вывод первого изолирующего конденсатора соединен с анодом выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Первый вывод второго изолирующего конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя, второй вывод второго изолирующего конденсатора соединен с отрицательным выходом преобразователя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя. Начало вторичной обмотки трансформатора соединено с отрицательным выходом преобразователя, конец вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом выпрямительного диода.
На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя постоянного напряжения в постоянное с изоляцией на конденсаторах, где:
1 - входной конденсатор;
2 - выходной конденсатор;
3 - МДП-транзистор с n-каналом;
4.1 - положительный вход преобразователя;
4.2 - отрицательный вход преобразователя;
5 - трансформатор;
5.1 - первичная обмотка трансформатора;
5.2 - вторичная обмотка трансформатора;
6 - первый изолирующий конденсатор;
7 - второй изолирующий конденсатор;
8.1 - положительный выход преобразователя;
8.2 - отрицательный выход преобразователя;
9 - выпрямительный диод.
На фиг. 2 представлена временная диаграмма работы преобразователя постоянного напряжения в постоянное с изоляцией на конденсаторах, где:
упр
U - управляющее напряжение, подаваемое на МДП-транзистор с n-каналом 3;
T5.1
I – ток, протекающий через первичную обмотку трансформатора 5.1;
T5.2
I – ток, протекающий через вторичную обмотку трансформатора 5.2;
C6
I – ток, протекающий через первый изолирующий конденсатор 6;
C7
I – ток, протекающий через второй изолирующий конденсатор 7;
VD9
I – ток, протекающий через выпрямительный диод 9.
yпр
Заявляемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с изоляцией на конденсаторах содержит положительный и отрицательный входы преобразователя 4.1 и 4.2, входной конденсатор 1, МДП-транзистор с n-каналом 3, трансформатор 5, первый и второй изолирующие конденсаторы 6 и 7, выпрямительный диод 9, выходной конденсатор 2, положительный и отрицательный выходы преобразователя 8.1 и 8.2. Причем входной конденсатор 1 подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя 4.1 и 4.2, начало первичной обмотки трансформатора 5.1 соединено с положительным входом преобразователя 4.1, конец первичной обмотки трансформатора 4.1 соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом 3, затвор которого является входом для управляющего сигнала U исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя 4.2. Первый вывод первого изолирующего конденсатора 6 соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом 3, второй вывод первого изолирующего конденсатора 6 соединен с анодом выпрямительного диода 9, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя 8.1. Первый вывод второго изолирующего конденсатора 7 соединен с отрицательным входом преобразователя 4.2, второй вывод второго изолирующего конденсатора 7 соединен с отрицательным выходом преобразователя 8.2. Выходной конденсатор 2 подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя 8.1 и 8.2. Начало вторичной обмотки трансформатора 5.2 соединено с отрицательным выходом преобразователя 8.2, конец вторичной обмотки трансформатора 5.2 соединен с анодом выпрямительного диода 9.
Функционирование заявляемого преобразователя постоянного напряжения в постоянное происходит следующим образом.
В рассматриваемый установившийся момент времени напряжение входного источника постоянного тока стабилизировано и не равно нулю. Входной конденсатор 1 и выходной конденсатор 2 заряжены.
упр
упр
В первом такте Т1 на затвор МДП-транзистора с n-каналом 3 подается сигнал управления U, частота импульсов которого зависит от входного, выходного напряжений и выходного тока преобразователя, и регулируется контроллером управления, как показано на примере временной диаграммы (фиг. 2). В момент времени, когда значение сигнала управления U равно напряжению включения МДП-транзистора с n-каналом, сопротивление канала МДП-транзистора с n-каналом 3 уменьшается, вследствие чего по цепи положительный вход преобразователя 4.1 -первичная обмотка трансформатора 5.1 - МДП-транзистор с n-каналом 3 - отрицательный вход преобразователя 4.2 начинает протекать ток. Одновременно с этим происходит перезаряд первого и второго изолирующих конденсаторов 6 и 7 по цепи: первый изолирующий конденсатор 6 - МДП-транзистор с n-каналом 3 - второй изолирующий конденсатор 7 - вторичная обмотка трансформатора 5.2. Протекание тока в нагрузку поддерживается с помощью энергии, накопленной в выходном конденсаторе 2 по цепи: выходной конденсатор 2 - положительный выход преобразователя 8.1 - нагрузка - отрицательный выход преобразователя 8.2.
упр
Во втором такте Т2 после перехода сигнала U в выключенное состояние, МДП-транзистор с n-каналом 3 закрывается. Энергия, запасенная в индуктивности первичной обмотки трансформатора 5.1, начинает протекать в виде тока в нагрузку по цепи первичная обмотка трансформатора 5.1 - первый изолирующий конденсатор 6 - выпрямительный диод 9 - положительный выход преобразователя 8.1 - нагрузка - отрицательный выход преобразователя 8.2 - второй изолирующий конденсатор 7 - входной конденсатор 1, одновременно заряжая выходной конденсатор 2. Энергия, накопленная в индуктивности вторичной обмотки трансформатора 5.2, начинает протекать в виде тока в нагрузку по цепи: вторичная обмотка трансформатора 5.2 - выпрямительный диод 9 - положительный выход преобразователя 8.1 - отрицательный выход преобразователя 8.2, одновременно заряжая выходной конденсатор 2.
упр
Повышение коэффициента полезного действия, снижение уровня пульсаций выходного напряжения, повышение помехозащищенности, улучшение электромагнитной совместимости, повышение безопасности при эксплуатации и обслуживании обеспечиваются тем, что преобразователь постоянного напряжения в постоянное с изоляцией на конденсаторах содержит положительный и отрицательный входы преобразователя, входной конденсатор, МДП-транзистор с n-каналом, трансформатор, первый и второй изолирующие конденсаторы, выпрямительный диод, выходной конденсатор, положительный и отрицательный выходы преобразователя. Причем входной конденсатор подключен между положительным и отрицательным входами преобразователя, начало первичной обмотки трансформатора соединено с положительным входом преобразователя, конец первичной обмотки трансформатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя. Первый вывод первого изолирующего конденсатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, второй вывод первого изолирующего конденсатора соединен с анодом выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выходом преобразователя. Первый вывод второго изолирующего конденсатора соединен с отрицательным входом преобразователя, второй вывод соединен с отрицательным выходом преобразователя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя. Начало вторичной обмотки трансформатора соединено с отрицательным выходом преобразователя, конец вторичной обмотки трансформатора соединен с анодом выпрямительного диода.