ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ

Полезная модель относится к электротехнике, радиоэлектронике и предназначена для использования в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное.
Известен источник питания с изоляцией на конденсаторах из патента US 7095630 с датой приоритета 22.08.2006 г., содержащий первый и второй входы, входной конденсатор, первый и второй дроссели, МДП-транзистор с n-каналом, первый и второй изолирующие конденсаторы, выпрямительный диод, выходной конденсатор, положительный и отрицательный выходы, измерительный конденсатор, первый и второй измерительные резисторы, систему управления. Положительный вход соединен с началом обмотки первого дросселя, конец которой соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, исток которого соединен с отрицательным входом. Входной конденсатор подключен между положительным и отрицательным входом. Первый вывод измерительного конденсатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, второй вывод которого соединен с первым выводом измерительного резистора, второй вывод которого соединен с истоком МДП-транзистора с n-каналом. Второй измерительный резистор подключен между истоком МДП-транзистора с n-каналом и первым выводом второго изолирующего конденсатора. Первый вход системы управления подключен ко второму выводу конденсатора, второй вход подключен к первому выводу второго измерительного резистора, третий вход подключен ко второму выводу второго измерительного резистора. Первый вывод первого изолирующего конденсатора соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, второй вывод которого соединен с началом второго дросселя, конец которого соединен со вторым выводом второго изолирующего трансформатора. Анод выпрямительного диода соединен с началом второго дросселя, а катод соединен с положительным выходом. Второй выход соединен с концом второго дросселя. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходом.
Недостатком данного устройства является высокий уровень пульсаций выходного напряжения, обусловленный прерывистым током заряда выходного конденсатора через выпрямительный диод, и низкий уровень изоляции между входом и выходом на высокой частоте проникающего сигнала.
Известен DC/DC-преобразователь с нулевыми пульсациями (статья «Новый DC/DC-преобразователь с нулевыми пульсациями», журнал «Силовая электроника», №2, 2004 г., стр. 63, рис. 3) (прототип), содержащий первый и второй входы, двухобмоточный дроссель, МДП транзистор с n-каналом, первый и второй конденсаторы, выпрямительный диод, первый и второй выходы. Отрицательный вход соединен с положительным выходом. Начало первой обмотки дросселя подключено к положительному входу, а конец подключен к стоку МДП транзистора с n-каналом, исток которого соединен с отрицательным входом, на затвор которого подаются управляющие импульсы системы управления. Начало второй обмотки дросселя соединено с отрицательным выходом, конец второй обмотки соединен с анодом выпрямительного диода, катод которого соединен с положительным выводом. Первый вывод накопительного конденсатора подключен к стоку МДП транзистора с n-каналом, а второй вывод подключен к аноду выпрямительного диода. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами.
Недостатками данного DC/DC-преобразователя с нулевыми пульсациями являются высокий уровень пульсаций выходного напряжения преобразователя и низкий уровень изоляции между входом и выходом преобразователя.
Технические результаты заявляемого решения заключаются в понижении уровня пульсаций выходного напряжения и создании гальванической изоляции между входом и выходом преобразователя в широком диапазоне частот проникающего сигнала.
ynp
В заявляемом преобразователе постоянного напряжения в постоянное положительный вход соединен с началом первой обмотки первого дросселя, конец которой соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом, затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом. Первый вывод первого изолирующего конденсатора соединен с положительным входом, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного диода. Анод выпрямительного диода соединен со вторым выводом второго изолирующего конденсатора, первый вывод которого соединен с истоком МДП-транзистора с n-каналом. Начало первой обмотки второго дросселя соединено с положительным выходом, а ее конец соединен с концом второй обмотки первого дросселя. Начало второй обмотки второго дросселя соединено с анодом выпрямительного диода, а конец соединен с отрицательным выходом. Выходной конденсатор подключен между положительным и отрицательным выходами преобразователя.
Гальваническая изоляция между входом и выходом преобразователя обеспечивается на низкой частоте и по постоянному току первым и вторым изолирующим конденсаторами и первым двухобмоточным дросселем, а на высокой частоте проникающего сигнала дополнительным двухобмоточным дросселем.
Заряд выходного конденсатора осуществляется непрерывным током с низким уровнем пульсаций, что обеспечивается первым и вторым двухобмоточными дросселями, тем самым обеспечивая низкий уровень пульсаций выходного напряжения.
На фиг. 1 представлен преобразователь постоянного напряжения в постоянное, где:
1 - выходной конденсатор;
2 - МДП-транзистор с n-каналом;
3.1 - положительный вход;
3.2 - отрицательный вход;
4.1 - первая обмотка первого дросселя;
4.2 - вторая обмотка первого дросселя;
5 - первый изолирующий конденсатор;
6.1 - первая обмотка второго дросселя;
6.2 - вторая обмотка второго дросселя;
7.1 - положительный выход;
7.2 - отрицательный выход;
8 - второй изолирующий конденсатор;
9 - выпрямительный диод.
На фиг. 2 представлены временные диаграммы работы преобразователя, где:
упр
U - управляющее напряжение, подаваемое на МДП-транзистор с n-каналом (2);
L4.1
I - ток протекающий через первую обмотку первого дросселя (4.1);
C5.C8
I -ток протекающий через изолирующие конденсаторы (5) и (8);
VD9
I - ток протекающий через выпрямительный диод (9);
вых
ΔI - изменение тока заряда выходного конденсатора в долях 0,1% от установившегося значения;
вых
ΔU - изменение выходного напряжения преобразователя в долях 0,1% от номинального значения.
упр
Заявляемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное содержит положительный вход (3.1), соединенный с началом первой обмотки первого дросселя (4.1), конец которой соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом (2), затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом преобразователя (3.2). Первый вывод первого изолирующего конденсатора (5) соединен с положительным входом (3.1), второй вывод первого изолирующего конденсатора (5) соединен с катодом выпрямительного диода (9). Анод выпрямительного диода (9) соединен со вторым выводом второго изолирующего конденсатора (8), первый вывод которого соединен с стоком МДП-транзистора с n-каналом (2). Начало первой обмотки второго дросселя (6.1) соединено с положительным выходом (7.1), а ее конец соединен с концом второй обмотки второго дросселя (6.2). Начало второй обмотки второго дросселя (6.2) соединено с анодом выпрямительного диода (9), а конец соединен с отрицательным входом (3.2). Выходной конденсатор (1) подключен между положительным (7.1) и отрицательным (7.2) выходами.
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. Выходной конденсатор (1) заряжен.
ynp
ynp
В первом такте T1 на затвор МДП-транзистора с n-каналом (2) подается сигнал управления U, частота импульсов которого зависит от входного, выходного напряжения 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 транзистора, сопротивление канала МДП-транзистора с n-каналом (2) уменьшается, вследствие чего по цепи положительный вход (3.1) - первая обмотка первого дросселя (4.1) - МДП-транзистор с n-каналом (2) -отрицательный вход (3.2) начинает протекать ток. Одновременно происходит заряд выходного конденсатора (1) и передача энергии в нагрузку по цепи положительный вход (3.1) - первый изолирующий конденсатор (5) - вторая обмотка первого дросселя (4.2) - первая обмотка второго дросселя (6.1) -положительный выход (7.1) - отрицательный выход (7.2) - вторая обмотка второго дросселя (6.2) - второй изолирующий конденсатор (8) - МДП-транзистор с n-каналом (2) - отрицательный вход (3.2).
vnp
Во втором такте T2 после перехода сигнала U в выключенное состояние, МДП-транзистор с n-каналом (2) закрывается. Энергия, запасенная в индуктивности первой обмотки первого дросселя (4.1), начинает протекать в виде тока по цепи первая обмотка первого дросселя (4.1) - изолирующий конденсатор (8) - выпрямительный диод (9) - изолирующий конденсатор (5). Энергия, накопленная в обмотке дросселя (4.1), начинает протекать в виде тока по цепи первая обмотка дросселя (4.1) - второй изолирующий конденсатор (8) - выпрямительный диод (9) - первый изолирующий конденсатор (5). Энергия, запасенная в индуктивностях второй обмотки первого дросселя (4.2), первой (6.1) и второй (6.2) обмотках второго дросселя, начинает протекать в виде тока по цепи вторая обмотка первого дросселя (4.2) - первая обмотка второго дросселя (6.1) - положительный выход (7.1) - отрицательный выход (7.2) - вторая обмотка второго дросселя (6.2) - выпрямительный диод (9). Энергия запасенная в выходном конденсаторе (1) передается в нагрузку.
ynp
Понижение уровня пульсаций выходного напряжения и создание гальванической изоляции между входом и выходом преобразователя в широком диапазоне частот проникающего сигнала обеспечивается тем, что заявляемое устройство содержит положительный вход (3.1), соединенный с началом первой обмотки первого дросселя (4.1), конец которой соединен со стоком МДП-транзистора с n-каналом (2), затвор которого является входом для управляющего сигнала U, исток которого соединен с отрицательным входом (3.2). Первый вывод первого изолирующего конденсатора (5) соединен с положительным входом (3.1), второй вывод первого изолирующего конденсатора (5) соединен с катодом выпрямительного диода (9). Анод выпрямительного диода (9) соединен со вторым выводом второго изолирующего конденсатора (8), первый вывод которого соединен с стоком МДП-транзистора с n-каналом (2). Начало первой обмотки второго дросселя (6.1) соединено с положительным выходом (7.1), а ее конец соединен с концом второй обмотки второго дросселя (6.2). Начало второй обмотки второго дросселя (6.2) соединено с анодом выпрямительного диода (9), а конец соединен с отрицательным входом (3.2). Выходной конденсатор (1) подключен между положительным (7.1) и отрицательным (7.2) выходами.
Гальваническая изоляция между входом и выходом обеспечивается на низкой частоте и по постоянному току конденсаторами (5), (8) и первым двухобмоточным дросселем (4), а на высокой частоте проникающего сигнала - дополнительным двухобмоточным дросселем (6).
Заряд выходного конденсатора (1) осуществляется непрерывным током с низким уровнем пульсаций, что обеспечивается первым и вторым двухобмоточными дросселями, тем самым обеспечивая низкий уровень пульсаций выходного напряжения.