Здесь будут рассмотрены бестрансформаторные преобразователи напряжения , как правило, состоящие из генератора прямоугольных импульсов и умножителя напряжения.
Обычно таким образом удается повысить без заметных потерь напряжение не более чем в несколько раз, а также получить на выходе преобразователя напряжение другого знака. Ток нагрузки подобных преобразователей крайне невелик — обычно единицы, реже десятки мА.
Задающий генератор
Задающий генератор бестрансформаторных преобразователей напряжения может быть выполнен по типовой схеме, базовый элемент 1 которой (рис. 1) выполнен на основе симметричного мультивибратора.
В качестве примера элементы блока могут иметь следующие параметры: R1=R4=1 кОм; R2=R3=10 кОм С1=С2=0,01 мкФ. Транзисторы — маломощные, например, КТ315. Для повышения мощности выходного сигнала использован типовой блок усилителя 2.
Рис. 1. Схемы базовых элементов бестрансформаторных преобразователей: 1 — задающий генератор; 2 — типовой блок усилителя.
Бестрансформаторный преобразователь напряжения
Бестрансформаторный преобразователь напряжения состоит из двух типовых элементов (рис. 2): задающего генератора 1 и двухтактного ключа-усилителя 2, а также умножителя напряжения (рис. 2).
Преобразователь работает на частоте 400 Гц и обеспечивает при напряжении питания 12,5 В выходное напряжение 22В при токе нагрузки до 100 мА (параметры элементов: R1=R4=390 Ом. R2- R3=5,6 кОм, C1=C2=0,47 мкФ). В блоке 1 использованы транзисторы КТ603А — б; в блоке 2 — ГТ402В(Г) и ГТ404В(Г).
Рис. 2. Схема бестрансформаторного преобразователя с удвоением напряжения.
Рис. 3. Схемы преобразователей напряжения на основе типового блока.
Преобразователь напряжения построенный на основе типового блока, описанного выше (рис. 1), можно применить для получения выходных напряжений разчой полярности так, как это показано на рис. 3.
Для первого варианта на выходе формируются напряжения +10 В и -10 В; для второго — +20 В и -10 В при питании устройства от источника напряжением 12В.
Схема преобразователя для питания тиратронов 90В
Для питания тиратронов напряжением примерно 90 В применена схема преобразователя напряжения по рис. 4 с задающим генератором 1 и параметрами элементов: R1=R4=-1 кОм, R2=R3=10 кОм, С1 =С2=0,01 мкФ.
Здесь могут быть использованы широко распространенные маломощные транзисторы. Умножитель имеет коэффициент умножения 12 и при имеющемся напряжении питания можно было бы ожидать на выходе примерно 200В, однако реально из-за потерь это напряжение составляет всего 90 В, и величина его быстро падает с увеличением тока нагрузки.
Рис. 4. Схема преобразователя напряжения с многокаскадным умножителем.
Инвертор полярности напряжения из (+) в (-)
Для получения инвертированного выходного напряжения также может быть использован преобразователь на основе типового узла (рис. 1). На выходе устройства (рис. 5) образуется напряжение, противоположное по знаку напряжению питания.
Рис. 5. Схема инвертора напряжения.
По абсолютной величине это напряжение несколько ниже напряжения питания, что обусловлено падением напряжения (потерями напряжения) на полупроводниковых элементах. Чем ниже напряжение питания схемы и чем выше ток нагрузки, тем больше эта разница.
Преобразователь (удвоитель) напряжения
Преобразователь (удвоитель) напряжения (рис. 6) содержит задающий генератор 1 (1 на рис. 1.1), два усилителя 2 (2 на рис. 1.1) и выпрямитель по мостовой схеме (VD1 — VD4).
Рис. 6. Схема удвоителя напряжения повышенной мощности.
Блок 1: R1 =R4=100 Ом; R2=R3=10 кОм; C1=C2=0,015 мкФ, транзисторы КТ315.
Известно, что мощность, передаваемая из первичной цепи во вторичную, пропорциональна рабочей частоте преобразования, поэтому одновременно с ее ростом уменьшаются емкости конденсаторов и, следовательно, габариты и стоимость устройства.
Данный преобразователь обеспечивает выходное напряжение 12В (на холостом ходу). При сопротивлении нагрузки 100 Ом выходное напряжение снижается до 11 В; при 50 Ом — до 10 В; а при 10 Ом — до 7 В.
Двуполярный преобразователь со средней точкой
Преобразователь напряжения (рис. 7) позволяет получить на выходе два разнополярных напряжения с общей средней точкой. Такие напряжения часто используют для питания операционных усилителей. Выходные напряжения близки по абсолютной величине напряжению питания устройства и при изменении его величины изменяются одновременно.
Рис. 7. Схема преобразователя для получения разнополярных выходных напряжений.
Транзистор VT1 — КТ315, диоды VD1 и VD2—Д226.
Блок 1: R1=R4=1,2 кОм; R2=R3=22 кОм; С1=С2=0,022 мкФ, транзисторы КТ315.
Блок 2: транзисторы ГТ402, ГТ404.
Выходное сопротивление удвоителя — 10 Ом. В режиме холостого хода суммарное выходное напряжение на конденсаторах С1 и С2 равно 19,25 В при токе потребления 33 мА. При увеличении тока нагрузки от 100 до 200 мА это напряжение снижается с 18,25 до 17,25 В.
Преобразователи-инверторы с задающим генератором на КМОП-элементах
Задающий генератор преобразователя напряжения (рис. 8) выполнен на двух КМОП-элементах, К его выходу подключен каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2. Инвертированное напряжение на выходе устройства с учетом потерь преобразования на несколько процентов (или десятков процентов — при низковольтном питании) меньше входного.
Рис. 8. Схема преобразователя напряжения-инвертора с задающим генератором на КМОП-элементах.
Похожая схема преобразователя изображена на следующем рисунке (рис. 9). Преобразователь содержит задающий генератор на КМОП-микросхеме, каскад усиления на транзисторах VT1 и VT2, схемы удвоения выходного импульсного напряжения, конденсаторные фильтры и схему формирования искусственной средней точки на основе пары стабилитронов.
На выходе преобразователя формируются следующие напряжения: +15 б при токе нагрузки 13... 15 мА и -15 В при токе нагрузки 5 мА.
Рис. 9. Схема преобразователя напряжения для формирования разнополярных напряжений с задающим генератором на КМОП-элементах.
На рис. 10 показана схема выходного узла бестрансформаторного преобразователя напряжения.
Рис. 10. Схема выходного каскада бестрансформаторного преобразователя напряжения.
Этот узел фактически является усилителем мощности. Для управления им можно использовать генератор импульсов, работающий на частоте 10 кГц.
Без нагрузки преобразователь с таким усилителем мощности потребляет ток около 5 мА. Выходное напряжение приближается к 18 В (удвоенному напряжению питания). При токе нагрузки 120 мА выходное напряжение уменьшается до 16 б при уровне пульсаций 20 мВ. КПД устройства около 85%, выходное сопротивление — около 10 Ом.
При работе узла от задающего генератора на КМОП-элементах установка резисторов R1 и R2 не обязательна, но для ограничения выходного тока микросхемы желательно соединить ее выход с транзисторным усилителем мощности через резистор сопротивлением в несколько кОм.
Преобразователь напряжения для управления варикапами
Простая схема преобразователя напряжения для управления варикапами многократно воспроизведена в различных журналах. Преобразователь вырабатывает 20 В при питании от 9 б, и такая схема показана на рис. 11.
На транзисторах VT1 и VT2 собран генератор импульсов, близких к прямоугольным. Диоды VD1 — VD4 и конденсаторы С2 — С5 образуют умножитель напряжения, а резистор R5 и стабилитроны VD5, VD6 — параметрический стабилизатор напряжения.
Рис. 11. Схема преобразователя напряжения для варикапов.
Преобразователь напряжения на КМОП микросхеме
Рис. 12. Схема преобразователя напряжения на КМОП микросхеме.
Простой преобразователь напряжения на одной лишь КМОП-микросхеме с минимальным числом навесных элементов можно собрать по схеме на рис.12.
Основные параметры преобразователя при разных напряжениях питания и токах нагрузки приведены в таблице 1.
Таблица 1. Параметры преобразователя напряжения (рис. 12):
|
Uпит, В |
Івых. мА |
Uвых, В |
Двуполярный преобразователь
Рис. 13. Схема выходного каскада формирователя двухполярного напряжения.
Для преобразования напряжения одного уровня в двухполярное выходное напряжение может быть использован преобразователь с выходным каскадом по схеме на рис. 13.
При входном напряжении преобразователя 5В на выходе получаются напряжения +8В и -8В при токе нагрузки 30 мА. КПД преобразователя составил 75%. Значение КПД и величину выходного напряжения можно увеличить за счет использования в выпрямителе-умножителе напряжения диодов Шотки. При увеличении напряжения питания до 9 В выходные напряжения возрастают до 15 В.
Приблизительный аналог транзистора 2N5447 — КТ345Б; 2N5449 — КТ340Б. В схеме можно использовать и более распространенные элементы, например, транзисторы типа КТ315, КТ361.
Для схем преобразователей напряжения, построенных по принципу умножителей импульсного напряжения, могут быть использованы самые разнообразные генераторы сигналов прямоугольной формы.
Такие генераторы часто строят на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 14) . Выходной ток этой микросхемы достаточно большой (100 мА) и часто можно обойтись без каскадов дополнительного усиления.
Генератор на микросхеме DA1 (КР1006ВИ1) вырабатывает прямоугольные импульсы, частота следования которых определяется элементами R1, R2, С2. Эти импульсы с вывода 3 микросхемы подаются на умножитель напряжения.
К выходу умножителя напряжения подключен резистивный делитель R3, R4, напряжение с которого поступает на вход «сброс» (вывод 4) микросхемы DA1.
Параметры этого делителя подобраны таким образом, что, если выходное напряжение по абсолютной величине превысит входное (напряжение питания), генерация прекращается. Точное значение выходного напряжения можно регулировать подбором сопротивлений резисторов R3 и R4.
Рис. 14. Схема преобразователя-инвертора напряжения с задающим генератором на микросхеме КР1006ВИ1.
Характеристики преобразователя — инвертора напряжения (рис 14) приведены в табл. 2.
Таблица 2. Характеристики преобразователя-инвертора напряжения (рис. 14).
|
Uпит, В |
Івых, мА |
Iпотр, мА |
КПД, % |
Умощненный преобразователь-инвертор на микросхеме КР1006ВИ1
На следующем рисунке показана еще одна схема преобразователя напряжения на микросхеме КР1006ВИ1 (рис. 15). Рабочая частота задающего генератора 8 кГц.
На его выходе включен транзисторный усилитель и выпрямитель, собранный по схеме удвоения напряжения. При напряжении источника питания 12 б на выходе преобразователя получается 20 В. Потери преобразователя обусловлены падением напряжения на диодах выпрямителя-удвоителя напряжения.
Рис. 15. Схема преобразователя напряжения с микросхемой КР1006ВИ1 и усилителем мощности.
Инвертор полярности напряжения на микросхеме КР1006ВИ1
На основе этой же микросхемы (рис. 16) может быть создан инвертор напряжения. Рабочая частота преобразования — 18 кГц, скважность импульсов — 1,2.
Рис. 16. Схема формирователя напряжения отрицательной полярности.
Преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем
Как и для других подобных устройств, выходное напряжение преобразователя существенно зависит от тока нагрузки.
ТТЛ и КМОП-микросхемы могут быть использованы для выпрямления тока. Развивая тему, автор этой идеи Д. Катберт предложил бестрансформаторный преобразователь напряжения-инвертор на основе ТТЛ-микросхем (рис. 7).
Рис. 17. Схема инвертора напряжения на основе двух микросхем.
Устройство содержит две микросхемы: DD1 и DD2. Первая из них работает в качестве генератора прямоугольных импульсов с частотой 7 кГц (элементы DD1.1 и DD1.2), к выходу которого подключен инвертор DD1.3 — DD1.6.
Вторая микросхема (DD2) включена необычным образом (см. схему): она выполняет функцию диодов. Все ее элементы-инверторы для увеличения нагрузочной способности преобразователя включены параллельно.
В результате такого включения на выходе устройства получается инвертированное напряжение -U, примерно равное (по абсолютной величине) напряжению питания. Напряжение питания устройства с КМОП-микросхемой 74НС04 может быть от 2 до 7 В. Примерный отечественный аналог — ТТЛ-микросхема типа К555ЛН1 (работает в более узком диапазоне питающих напряжений) или КМОП-микросхема КР1564ЛН1.
Максимальный выходной ток преобразователя достигает 10 мА . При отключенной нагрузке устройство практически не потребляет ток.
Преобразователь напряжения на микросхеме К561ЛА7
В развитие рассмотренной выше идеи использования защитных диодов КМОП-микросхем, имеющихся на входах и выходах КМОП-элементов, рассмотрим работу преобразователя напряжения, выполненного на двух микросхемах DD1 и DD2 типа К561ЛА7 (рис. 18).
На первой из них собран генератор, работающий на частоте 60 кГц. Вторая микросхема выполняет функцию мостового высокочастотного выпрямителя.
Рис. 18. Схема точного преобразователя полярности на двух микросхемах К561ЛА7.
В процессе работы преобразователя на выходе формируется напряжение отрицательной полярности, с большой точностью при высокоомной нагрузке повторяющее напряжение питания во всем диапазоне паспортных значений питающих напряжений (от 3 до 15 В).
Иногда возникает необходимость иметь повышенное напряжение для зарядки конденсаторов или питания высоковольтных схем. Такой напряжения может быть использован для маломощных гаусс-пушек и т.п. Преобразователь не имеет импульсного трансформатора, что резко уменьшает размеры печатной платы.
Повышение входного напряжения происходит благодаря использованному дросселю. Накопительный дроссель имеет индуктивность 1000 микроГенри, именно от добротности дросселя зависит КПД преобразователя в целом.
Генератор импульсов настроен на частоту 14 кГц, но можно увеличить рабочую частоту, этим сокращая витки дросселя. Сам дроссель может быть намотан на Ш-образном сердечнике или в крайнем случае на стержне, размеры не критичны.
Провод, использованный для намотки дросселя, может иметь диаметр от 0,2 мм, поскольку выходной ток преобразователя не превышает 7-8 мА.
Полевой транзистор - буквально любой, который может работать при напряжении более 400 Вольт, я ставил даже биполярные, но с полевыми однозначно лучше. Мощность преобразователь можно увеличить несколькими способами, которые взаимосвязаны между собой.
1) Увеличение напряжения питания.
2) Использование более мощных транзисторов.
3) Использование дополнительного драйвера на выходе микросхемы.
4) Использование более толстого провода для намотки дросселя.
Но все эти способы могут увеличить выходной ток устройства всего на несколько миллиампер. Именно из-за ничтожной выходной мощности (не более 2-х ватт) схема не нашла широкого применения, но иногда она просто незаменима. Вместо микросхемы NE555 можно использовать мультивибратор, который будет настроен на ту же частоту (14 кГц).
Полевой транзистор не нуждается в теплоотводе, поскольку рассеиваемая мощность слишком мизерная.
Для полной зарядки высоковольтной емкости в 1000 мкФ устройству понадобится порядка 5 минут, так что если собрались использовать такой преобразователь в , то должны ждать, но зато устройство очень простое, компактное и экономичное.
С помощю бестрансформаторных преобразователей можно получить разнополярные напряжения и повысить в несколько раз напряжение источника питания. В связи с тем что в бестрансформаторных преобразователях напряжение повышается за счет суммирования напряжений на конденсаторах, их целесообразно изготовлять для небольших токов нагрузки, которые не превышают 0,5 А.
На рис. 64,а показана принципиальная схема слаботочного однополупериодного бестрансформаторного преобразователя напряжения. На ток нагрузки до 10 мА, который позволяет получать удвоенное или утроенное напряжение источника питания, а также напряжение обратной полярности. Преобразователь работает от источника постоянного тока напряжением 3...12 В и имеет КПД около 50%.
Устройство состоит из задающего генератора, собранного на транзистора VT1 и VT2 по схеме мультивибратора, и двух удвоителей напряжения на диодах VD1-VD4 и конденсаторах С2 и С5.
При открытом транзисторе VT1 через диод VD1 заряжается конденсатор С2 до напряжения источника питания. После закрывания этого транзистора отрицательная обкладка конденсатора С2 через резистор R1 соединяется с плюсовым проводом источника питания. При этом на плюсовой обкладке конденсатора С2 образуется положительное напряжение по отношению плюсового электрода источника питания, которое через диод VD2 заряжает конденсатор С1, Таким образом, на выходе + Uвых получается удвоенное напряжение источника питания по отношению к общему проводу.
При закрытом транзисторе VT2 через резистор R4 и диод VD3 заряжается конденсатор С5 до напряжения источника питания. При открывании транзистора VT2 положительная обкладка этого конденсатора подключается к общему проводу устройства. На отрицательной обкладке конденсатора С5 образуется отрицательное напряжение ото отношению к общему проводу преобразователя. От этого напряжения через диод VD4 заряжается конденсатор С6.
При этом на выходе -Uвых2 будет отрицательное напряжение по отношению к общему проводу, значение которого соответствует напряжению источника питания. Между выходами + Uвых1 -Uвых2 будет приложено утроенное напряжение источника питания.
Для получения двухполупериодного преобразования, при котором удваивается нагрузочная способность по току, необходимо к транзистору VT1 дополнительно подключить узел удвоения, аналогичный подключенному к транзистору VT2 (С5, С6, VD3, VD4), а к транзистору VT2 - узел удвоения, подключенный к транзистору VT1 (С2, С2, VD1, VD2), и выходы этих умов соответственно соединить. Конденсаторы С1 и С6 фильтра в этом случает будут общими на два полупериода преобразования. На рис. 64,б изображена схема двухполупериодного бестрансформаторного преобразования напряжения с транзисторными ключами, рассчитанного на ток нагрузки до 0,5 А. С выходов преобразователя можно снимать удвоенное или утроенное напряжение источника питания, аналогично первому варианту устройства.
Задающий генератор Г собран по схеме мультивибратора на транзисторах VT3 и VT4. Транзисторы VT1, VT2 и VT5, VT6 использованы для усиления тока транзисторов мультивибратора и работают в ключевом режиме. В один полупериод мультивибратора открыты транзисторы VT1, VT3 VT6 В это время конденсаторы С2 в С5 заряжаются, а С1 и С6 разряжаются. В другой полупериод эти транзисторы закрываются, а транзисторы VT2, VT4, VT5 открываются, конденсаторы C1 и С6 заряжаются, а С2 и С5 разряжаются. Зарядка конденсаторов происходит через диоды VD2, VD4, VD5, VD7, разрядка - через VD1, VD3, VD6, VD8.
Преобразователь можно собрать с конденсаторным умножителем напряжения по схеме, показанной на рис. 64,в. С выхода + Uвых1 поступает почти утроенное напряжение источника питания при токе нагрузки около 200 мА. При увеличении ступеней умножения напряжения допустимый ток нагрузки преобразователя уменьшается.
Бестрансформаторный преобразователь можно собрать с задающим генератором на микросхеме, как показано на рис. 65. Диодом VD1 устанавливается скважность мультивибратора на элементах DD1.1 и DD1.2, равная 2. При напряжении высокого уровня на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 открыты транзисторы VT2, VT4 и заряжается через диод VD2 конденсатор С2. После переключения мультивибратора в другое состояние, при котором па выходных элементах устанавливается напряжение низкого уровня, открываются транзисторы VT1, VT3, и через диод VD3 заряжается конденсатор С3 до напряжения источника питания. Суммарное напряжение на конденсаторах С2, С3 соответствует удвоенному напряжению источника питания.
Коэффициент полезного действия преобразователей с транзисторными ключами - около 50%. Непроизводительные потери в преобразователе происходят в основном во время переключения транзисторов. Для повышения КПД преобразователей следует использовать в них высокочастотные транзисторы и диоды. Транзисторы должны работать в режиме неглубокого насыщения и иметь статический коэффициент передачи тока не менее 50. Диоды при небольшом напряжении питания желательно применять германиевые, поскольку онн имеют меньшее прямое падение напряжения по сравнению с кремниевыми.
При налаживании преобразователей необходимо временно отключить обратную положительную связь в мультивибраторе, отсоединив один из конденсаторов: на рис. 64,б - С3 или С4; на рис. 65 - С1. Затем подбором резисторов в базовых цепях транзисторов установить их в режим, при котором напряжение коллектор - эмиттер не превышает 0,5 В.
Использование: в преобразователях постоянного напряжения, где первичным напряжением служит сеть промышленной частоты 220 В или более. Сущность изобретения: устройство содержит каскадный делитель напряжения, состоящий из диодно-конденсаторных ячеек. Конденсаторы, соединенные последовательно, заряжаются во время максимума амплитуды положительного значения синусоиды переменного напряжения на шинах. Разряд их на питающие входы силового импульсного каскада осуществляется при отрицательном значении синусоиды переменного напряжения и при параллельном соединении этих конденсаторов. Вспомогательный транзистор позволяет уменьшить мощность, требующуюся для управления выходным транзистором, и снизить рассеиваемую им мощность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике к устройствам преобразования электрической энергии переменного напряжения, например промышленных сетей, в постоянные напряжения для питания систем автоматики или радиоэлектроники. Известны бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых переменное первичное напряжение выпрямляется мостовым выпрямителем, а затем осуществляется преобразование постоянного напряжения в требуемые выходные с гальванической развязкой импульсным высокочастотным транзисторным силовым каскадом Недостатком таких преобразователей является невысокая надежность работы и недостаточная энергетическая эффективность. Это обусловлено неоптимальной областью безопасной работы современных высоковольтных силовых транзисторов, использующихся в силовых импульсных каскадах, а также невысокими коэффициентами усиления этих транзисторов. Применяются также бестрансформаторные преобразователи напряжения, у которых напряжение питания силового импульсного каскада снижается при помощи импульсного или линейного стабилизатора Недостатком подобных преобразователей является сложность схемы и невысокая надежность работы, так как достаточно высокая частота преобразования в импульсном стабилизаторе требует решения вопросов соблюдения норм безопасной работы силового транзистора этого стабилизатора. В случае использования линейного стабилизатора энергетическая эффективность такого технического решения невысока. Наиболее близким к предлагаемому как по схемотехнике, так и по сущности происходящих процессов является преобразователь, содержащий каскадные диодно-конденсаторные ячейки, соединяемые последовательно или параллельно при помощи выходного транзистора и которые осуществляют снижение первичного напряжения до достаточно низких величин Недостатком этого преобразователя является сложность из-за наличия специальной схемы управления выходным транзистором и мостового сетевого выпрямителя, а также невысокая надежность работы вследствие использования высокой частоты переключения. Целью изобретения является повышение надежности работы за счет упрощения схемы и облегчения режимов работы элементов. Цель достигается тем, что управление выходным транзистором, осуществляющим переключение диодно-конденсаторных ячеек, выполняется сетевым первичным напряжением при помощи вспомогательного транзистора. Кроме того, для ограничения амплитуды коротких коммутационных импульсов тока разряда конденсаторов ячеек вводится дроссель с блокирующим диодом. Для дальнейшего повышения энергетической эффективности преобразователя в схему введены форсирующие транзистор и конденсатор, осуществляющие ускорение начального открывания выходного транзистора. На фиг. 1-3 приведены схемы бестрансформаторных преобразователей напряжения, которые соответствуют: фиг.1 п.1 формулы изобретения; фиг.2 п.2 и 3 формулы; фиг.3 п.4. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.1 содержит N диодно-конденсаторных ячеек, где ячейки с первой по (N-1)-ю содержат зарядные 1.1,1.(N-1) диоды, разрядные 2.1,2.(N-1) диоды, выходные 3.1,3.(N-1) диоды и конденсаторы 4.1,4.(N-1), а N-я ячейка состоит из зарядного 1.N диода и конденсатора 4.N. Анод зарядного диода 1.1 первой ячейки соединен с первой сетевой шиной 5 и первым выводом открывающего резистора 6. Аноды разрядных диодов 2.1,2.(N-1) подключены к второй сетевой шине 7 и отрицательному питающему входу 8 силового импульсного каскада 9. Катоды выходных диодов 3.1,3.(N-1) соединены с эмиттером выходного транзистора 10 р-n-р-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора 11. Катоды зарядных 1.1,1.(N-1) диодов соединены с анодами соответствующих выходных 3.1,3.(N-1) диодов и с первыми выводами конденсаторов 4.1,4. (N-1) соответственно, вторые выводы которых подключены к катодам разрядных 2.1,2.(N-1) диодов соответственно. Кроме того, катоды разрядных диодов 2.1, 2. (N-1) соединены соответственно с анодами зарядных 1.2,1.N диодов последующих ячеек, а катод зарядного диода 1.N подключен к первому выводу конденсатора 4.N, коллектору выходного транзистора 10, второму выводу запирающего резистора 11 и к положительному питающему входу 12 силового импульсного каскада 9. Второй вывод конденсатора 4.N соединен с второй сетевой шиной 7. Точка соединения катода диода 2.(N-1) и анода диода 1.N подключена через коллекторный резистор 13 к коллектору вспомогательного транзистора 14 р-n-р-типа проводимости, эмиттер которого соединен с базой выходного транзистора 10, а база с вторым выводом открывающего резистора 6. Силовой импульсный каскад 9 для наглядности изложения изображен в виде транзисторного однотактного преобразователя постоянного напряжения, где силовой транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, соединен через первичную обмотку 17 силового трансформатора 18 с положительным 12 и отрицательным 8 питающими входами. В общем виде тип силового импульсного каскада не влияет на рассматриваемые процессы работы бестрансформаторного преобразователя напряжения. Схема бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.2 отличается тем, что коллектор выходного транзистора 10 соединен с первым выводом дросселя 19 и с катодом блокирующего диода 20, анод которого подключен к второй сетевой шине 7, а второй выход дросселя 19 соединен с положительным питающим входом 12 силового импульсного каскада 9, вторым выводом открывающего резистора 11 и точкой соединения катода зарядного диода 1.N и первого вывода конденсатора 4.N. В схеме бестрансформаторного преобразователя напряжения по фиг.3, кроме описанных связей и элементов, коллектор транзистора 14 через коллекторный резистор 13 соединен с первым выводом форсирующего конденсатора 21 и эмиттером форсирующего транзистора 22 р-n-р-типа проводимости, коллектор которого подключен к точке соединения катода диода 2.(N-1), анода диода 1.N и второго вывода конденсатора 4.(N-1), а база через базовый резистор 23 соединена с катодом диода 1.N. Второй вывод конденсатора 21 подключен к аноду диода 3.(N-1). Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.1 работает следующим образом. Рассмотрим установившиеся процессы работы. В исходном состоянии, если не учитывать пульсаций постоянного напряжения, конденсаторы 4.1,4.N заряжены примерно до одинакового напряжения, равного выходному напряжению каскадного делителя напряжения, численно оцениваемого частным от деления амплитудного мгновенного напряжения на сетевых шинах 5 и 7 на количество ячеек каскадного делителя N. Когда мгновенное значение напряжения на сетевых шинах 5 и 7 равно максимальному (амплитудному), конденсаторы 4.1,4.N заряжаются до максимального значения напряжения через зарядные диоды 1.1,1.N. При этом ячейки каскадного делителя оказываются включенными последовательно между собой. После начала снижения напряжения от амплитудного значения диоды запираются, так как суммарное напряжение на последовательно включенных конденсаторах 4.1,4.N становится больше текущего значения напряжения на сетевых шинах 5 и 7. Транзисторы 10 и 14 при этом заперты, так как напряжение, прикладываемое к их базоэмиттерным переходам, имеет запирающую полярность. Ток, протекающий через резистор 11, образует запирающее напряжение на базоэмиттерном переходе транзистора 10. Выбором числа последовательно включенных диодов 3.(N-1) можно изменять величину запирающего напряжения. Далее сетевое напряжение на шинах 5 и 7 уменьшается и полярность его меняется на обратную. Однако транзисторы 10 и 14 остаются запертыми, так как полярность напряжения на базе транзистора 14 запирающая до тех пор, пока напряжение на сетевых шинах 5 и 7 не сравняется с напряжением на конденсаторе 4. N, то есть с напряжением на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. Когда напряжения сравняются, открываются базоэмиттерные переходы транзисторов 14 и 10 и базовый ток транзистора 10 протекает через открытый транзистор 14 от напряжения на конденсаторе 4.(N-1). Величина тока определяется резистором 13. Таким образом, базовый ток транзистора 10 создается не напряжением на сетевых шинах 5 и 7, а уменьшенным в N раз напряжением на конденсаторе 4.(N-1). Так как напряжение на этом конденсаторе не имеет плавной синусоидальной формы, а постоянно, то фронт напряжения, образующего базовый ток транзистора 10, может быть гораздо более крутым из-за того, что схемотехнически транзисторы 10 и 14 включены по схеме составного транзистора. Это определяет меньшее время включения транзистора 10, а, значит, и меньшую рассеиваемую им мощность на этапах переключения. После открывания транзистора 10 конденсаторы 4.1,4.N соединяются параллельно через выходные диоды 3.1,3.(N-1), коллекторно-эмиттерный переход транзистора 10 и разрядные диоды 2.1,2.(N-1). Так как конденсатор 4.N во время последовательного соединения конденсаторов разряжается на питающие входы 12 и 8 силового импульсного каскада 9, то на остальных конденсаторах 4.1,4. (N-1) к моменту их разряда будет большее напряжение и они разряжаются на подзаряд конденсатора 4.N и в нагрузку. На протяжении рассматриваемого этапа времени сетевое синусоидальное напряжение продолжает уменьшаться, проходя через минимум (то есть через максимум отрицательной полуволны синусоиды). После прохождения минимума напряжение сетевых шин 5 и 7 начинает увеличиваться, имея пока отрицательную полярность. Когда отрицательное напряжение сети, увеличиваясь, достигнет значения напряжения на входах 12 и 8 силового каскада 9, транзисторы 14 и 10 закроются, так как к их базоэмиттерным переходам приложится обратное напряжение. Конденсаторы 4.1,4.(N-1) оказываются отключенными от силового импульсного каскада 9, а конденсатор 4.N будет поддерживать неизменность напряжения на питающих входах 12 и 8 силового импульсного каскада 9. При этом выходные 3.1,3.(N-1) диоды и разрядные 2.1,2.(N-1) диоды запираются. Это состояние поддерживается неизменным до тех пор, пока сетевое напряжение не достигнет уровня положительного напряжения, равного сумме напряжений на последовательно включенных конденсаторах 4.1.4.N. После превышения напряжением сети указанного суммарного напряжения открываются зарядные диоды 1.1,1.(N-1) и конденсаторы 4.1,4.N начинаются заряжаться напряжением сети на протяжении этапа времени достижения максимума положительного значения напряжения сети. Далее процессы заряда и разряда конденсаторов продолжаются аналогично. Заряд конденсатора 4.N за время одного цикла работы, то есть за один период частоты переменного напряжения сети, происходит дважды. То есть, несмотря на однополупериодный режим работы конденсаторов 4.1,4.(N-1), конденсатор 4. N работает в квазидвухполупериодном режиме работы: первый этап его заряда осуществляется во время заряда группы последовательно включенных конденсаторов, а второй при разряде конденсаторов 4.1,4.(N-1) на силовой импульсный каскад 9 и конденсатор 4.N. Это способствует снижению пульсаций напряжения на питающих входах 12 и 8 и дает возможность использовать меньшие емкости конденсаторов. Наличие постоянного напряжения на питающих входах 12 и 8 обеспечивает работу силового импульсного каскада 9. Транзистор 15, управляемый блоком 16 управления, преобразует постоянное напряжение в импульсный ток коллектора, трансформируемый трансформатором 18 в нагрузку. Таким образом, в рассматриваемом устройстве управление выходным транзистором осуществляется от напряжения, меньшего, чем напряжение сети и с более крутыми фронтами включения. Это дает возможность повысить энергетическую эффективность работы устройства, снизить потребляемую мощность и повысить надежность работы преобразователя. Бестрансформаторный преобразователь по схеме фиг.2 работает следующим образом. Максимум амплитуды тока, протекающего через выходной транзистор, имеет место при его включении, когда конденсаторы 4.1,4.(N-1) разряжаются на частично разряженный конденсатор 4.N. Длительность импульса этого тока составляет обычно 2-5% от цикла включенного состояния транзистора 10. Ограничение амплитуды выполняет дроссель 19, индуктивность которого практически должна быть невелика. Для исключения режима непрерывных токов дросселя в переходных режимах включения, выключения или коммутации тока нагрузки используется блокирующий диод 20, обеспечивающий разряд тока, накопленного в индуктивности дросселя 19. Таким образом, введение дросселя 19 и диода 20 дает возможность ограничить ток через транзистор 10 и обеспечить отсутствие коммутационных перенапряжений на этом транзисторе при возникновении режима непрерывных токов дросселя 19, который может вызвать коммутационные перенапряжения на коллекторе транзистора 10. Бестрансформаторный преобразователь напряжения по схеме фиг.3 работает следующим образом. Форсирование тока базы транзистора 10 для уменьшения времени разряда конденсаторов 4.1,4.(N-1) на заряд конденсатора 4.N и уменьшения мощности, рассеиваемой этим транзистором на рассматриваемом этапе времени, требуется на сравнительно небольшом промежутке времени, как это было сказано выше. Остающийся гораздо более длительный интервал времени не требует большего тока базы транзистора 10. Поэтому формирование форсированного импульса тока базы осуществляется от заряженного конденсатора 21, емкость которого существенно меньше емкости конденсатора 4.(N-1). При открытом транзисторе 14, когда транзистор 10 открывается, начальный ток разряда конденсатора 21 обеспечивает форсирование базового тока транзистора 10, который затем по мере разряда конденсатора 21 снижается, уменьшаясь до нуля к концу интервала времени включенного состояния транзистора 10. Заряд конденсатора 21 происходит во время заряда последовательно включенных конденсаторов 4.1,4.N от сетевого напряжения на шинах 5 и 7. Остальные процессы работы схемы не отличаются от рассмотренных выше. Таким образом, введение форсирования базового тока транзистора 10 дает возможность ускорить процесс заряда конденсатора 4.N и снизить мощность, рассеиваемую этим транзистором во время коммутационных процессов. Следовательно, предложенное устройство позволяет повысить надежность работы бестрансформаторного преобразователя напряжения за счет упрощения схемы и уменьшения рассеиваемой элементами мощности.
Формула изобретения
1. БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий N диодно-конденсаторных ячеек, каждая из которых, кроме N-й, состоит из зарядного, разрядного и выходного диодов и конденсатора, катод зарядного диода соединен с анодом выходного диода и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к катоду разрядного диода, причем катоды выходных диодов ячеек, кроме N-й, соединены с эмиттером выходного транзистора p-n-p-типа проводимости и с первым выводом запирающего резистора, анод зарядного диода первой ячейки подключен к первой сетевой шине и к первому выводу открывающего резистора, аноды зарядных диодов последующих ячеек соединены с катодами разрядных диодов предыдущих ячеек с первой по (N-1)-ю соответственно, аноды которых подключены к второй сетевой шине, к отрицательному питающему входу силового импульсного каскада и второму выводу конденсатора N-й ячейки, первый вывод которого соединен с положительным питающим входом силового импульсного каскада и с коллектором выходного транзистора, отличающийся тем, что второй вывод запирающего резистора подключен к коллектору выходного транзистора, соединенному с положительным питающим входом силового импульсного каскада, второй вывод открывающего резистора соединен с базой введенного вспомогательного транзистора p-n-p-типа проводимости, эмиттер которого подключен к базе выходного транзистора, а коллектор через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки. 2. Преобразователь напряжения по п. 1, отличающийся тем, что указанное соединение коллектора выходного транзистора с положительным питающим входом силового импульсного каскада осуществлено через введенный дроссель, точка соединения которого с указанным входом присоединена к точке соединения первого вывода конденсатора и катода N-й ячейки. 3. Преобразователь напряжения по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что между коллектором выходного транзистора и отрицательным питающим входом силового импульсного каскада катодом и анодом соответственно включен блокирующий диод. 4. Преобразователь напряжения по пп. 1 3, отличающийся тем, что указанное подключение коллектора вспомогательного транзистора через коллекторный резистор к аноду зарядного диода N-й ячейки осуществлено через эмиттер-коллектор соответственно введенного формирующего транзистора p-n-p-типа проводимости, база которого подключена через базовый резистор к коллектору выходного транзистора, а эмиттер через введенный форсирующий конденсатор соединен с анодом выходного диода N-1-й ячейки.
- 02.08.2015
Маркировка тремя цифрами. В этом случае первые две цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения номинала в пикофарадах. Последняя цифра «9» обозначает показатель степени «-1». Если первая цифра «0», то емкость менее 1пФ (010 = 1.0пФ). Маркировка четырьмя цифрами. Эта маркировка аналогична описанной выше, …
- 19.10.2016
Эти простые схемы представляют собой датчики освещения, в качестве чувствительного элемента используется фоторезистор. Первая схема — датчик затемнения, вторая — освещения. Когда свет попадает на фоторезистор, он меняет сопротивление, чем больше света тем меньше сопротивление и больше падение напряжения на нем. При увеличении падения напряжения транзистор открывается, срабатывает реле. Порог …
- 28.04.2015
MAX9721 — стерео усилитель для наушников с фиксированным коэффициентом усиления. ИМС специально разработана для применения в малогабаритной переносной аппаратуре. В MAX9721 используется технология DirectDrive позволяющая работать при однополярном питании на заземленную нагрузку без разделительных конденсаторов. Микросхема имеет три коэффициента усиления, что позволяет снизить до минимума кол-во внешних элементов: MAX9721A: -2V/V MAX9721B: -1.5V/V MAX9721C: …
- 19.01.2016
Микросхема LA4743B является 4х канальным усилителем мощности, разработанная компанией SANYO для применения в автомобильных аудиосистемах. При номинальном напряжении питания от бортовой сети 14.4 В микросхема способна развить мощность до 45 Вт на каждый канал. Микросхема имеет встроенную защита от короткого замыкания выходов, защиту от перегрева, функцию ослабления сигнала, выключение в дежурный …
