Однотактный понижающий преобразователь напряжения

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания, бесперебойных систем электроснабжения, электронных балластов, регулируемых электроприводов. Устройство содержит силовой ключ 3 с узлом управления 8, силовой диод 4 и дроссель 5, образующие однотактный понижающий преобразователь с "верхним" расположением силового ключа. Питание узла управления "верхнего" ключа осуществляется с помощью заряжающихся от дополнительных источников питания 13 и 14 при коммутации силового ключа 3 конденсаторов 10 и 11. Использование данной схемы позволяет применять простой принцип "плавающего" конденсатора для управления располагаемого в преобразовательной структуре "сверху", силовым ключом, эффективно организуя как положительное, так и отрицательное смещения его управляющего перехода.

1 н.п. ф-лы.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении вторичных источников электропитания, бесперебойных систем электроснабжения, электронных балластов, регулируемых электроприводов.

Известна схема однотактного понижающего преобразователя, содержащая силовой ключ, диод и дроссель, в котором силовой ключ связан с положительным выводом силового источника питания. Управляющий электрод силового ключа связан с выходом узла управления ("драйвера"), питаемого от "плавающего" конденсатора. Конденсатор через дополнительный диод заряжается от дополнительного или непосредственно от силового источников питания. Минусовой вывод дополнительного источника питания подключен к минусовому выводу силового источника питания и к минусовому входному выводу преобразователя [1].

Данная схема может успешно работать во многих преобразовательных структурах, но ее возможности в определенной степени ограничены. Это связано с принципом организации питания драйвера расположенного "сверху" силового ключа. Драйвер в этой схеме способен формировать только однополярный сигнал управления ключом - положительный (высокий) уровень при отпирании ключа и нулевой (низкий) уровень при его запирании. Отрицательное смещение управляющего перехода силового ключа при его запирании в данной конфигурации схеме не реализуется. В то же время, во многих применениях и режимах работы, отрицательное смещение обеспечивает надежное и эффективное запирание ключа, сокращает время его переключения и снижает коммутационные потери.

По своей технической сущности данное устройство является наиболее близким к описываемой полезной модели и выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом, достигаемым при использовании полезной модели, является уменьшение потерь и повышение надежности и помехоустойчивости устройства при сохранении его структурной и схемотехнической простоты.

Технический результат достигается за счет того, что однотактный понижающий преобразователь напряжения, содержит связанный с положительной шиной питания силовой ключ, имеющий управляющий, плюсовой силовой и минусовой силовой электроды, силовой диод, катодом подключенный к минусовому электроду силового ключа, а анодом - к отрицательной шине питания, дроссель, соединяющий точку соединения силового ключа и силового диода с первым выходным выводом, узел управления, выходом связанный с управляющим электродом силового ключа, а входом - с управляющим выводом, подключенную к выводам питания узла управления цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка которых подключена к отрицательному силовому электроду силового ключа, два диода и два дополнительных источника питания, положительный вывод первого из которых через первый диод подключен к положительному выводу питания узла управления, а отрицательный вывод - к отрицательной шине питания и одновременно к второму выходному выводу, положительный же вывод второго дополнительного источника питания подключен к положительной шине питания, а отрицательный - через второй диод, к отрицательному выводу питания узла управления.

На чертеже фиг.1 приведена схема полезной модели.

Устройство содержит соединенные друг с другом и подключенные между положительной 1 и отрицательной 2 шинами питания силовой ключ 3 и силовой диод 4. Точка соединения силового ключа 3 и силового диода 4 через дроссель 5 связана с первым выходным выводом 6. Второй выходной вывод 7 соединен с отрицательной шиной питания 2. Выход узла управления 8 связан с управляющим электродом силового ключа 3, а вход - с управляющим выводом 9. Цепь из последовательно соединенных конденсаторов 10 и 11 подключена к выводам питания узла управления 8, положительный вывод питания которого через диод 12 связан также с первым дополнительным источником питания 13. Положительный вывод второго дополнительного источника питания 14 подключен к положительной шине питания 1, а отрицательный - через диод 15 - к отрицательному выводу питания узла управления 8.

Устройство работает следующим образом.

Пусть конденсатор 10 заряжен и питает узел управления 8, разряжаясь через его внутренние цепи. При наличии на управляющем выводе 9 сигнала, соответствующего открытому состоянию силового ключа 3, узел управления 8 отпирает силовой ключ 3, и от источника питания, подключаемого к шинам питания 1 и 2, через силовой ключ 3 и дроссель 5 в нагрузку, подключаемую к выходным выводам 6 и 7, течет ток. Поскольку силовой ключ 3 открыт, по контуру, образованному вторым дополнительным источником питания 14, диодом 15 и открытым силовым переходом ключа 3 осуществляется заряд конденсатора 11.

При смене сигнала на управляющем выводе 9 узел управления 8 эффективно запирает силовой ключ 3, создавая на его управляющем электроде отрицательное смещение, обусловленное разностью потенциалов на выводах заряжавшегося на предыдущем такте работы схемы конденсатора 11. Ток нагрузки начинает замыкаться по контуру, образованному дросселем 5 и силовым диодом 4. Диод 12, открытый силовой диод 4 и дополнительный источник 13 образуют контур подзаряда конденсатора 10, подготавливая его к следующему такту работы.

При последующей смене сигнала на управляющем выводе 9 процессы в схеме повторяются.

Организация отрицательного смещения управляющего перехода силового ключа преобразователя уменьшает время его запирания, снижая тем самым коммутационные потери, и эффективно и надежно удерживает ключ в запертом состоянии при любых значениях напряжения на шинах питания устройства.

В технически оправданных случаях вместо дополнительного источника питания 13 может быть использовано напряжение питания на шинах питания 1 и 2.

В процессе работы схемы потенциалы выводов выходного каскада второго дополнительного источника 14 относительно положительной 1 и отрицательной 2 шин питания остаются неизменными. В устройстве не генерируются внутренние помехи, связанные с перезарядом внутренней проходной емкости источника питания, и не эмитируются дополнительные кондуктивные радиопомехи в питающую сеть и нагрузку.

Использование данной схемы позволяет применять простой принцип "плавающего" конденсатора для управления располагаемого в преобразовательной структуре "сверху", силовым ключом, эффективно организуя как положительное, так и отрицательное, смещения его управляющего перехода.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. С.Ф.Коняхин, В.С.Коняхин, А.М.Нагорнов "Однотактный понижающий преобразователь напряжения" - Патент на полезную модель 103428 H02M 3/00, 2011.

Однотактный понижающий преобразователь напряжения, содержащий связанный с положительной шиной питания силовой ключ, имеющий управляющий, плюсовой силовой и минусовой силовой электроды, силовой диод, катодом подключенный к минусовому электроду силового ключа, а анодом - к отрицательной шине питания, дроссель, соединяющий точку соединения силового ключа и силового диода с первым выходным выводом, узел управления, выходом связанный с управляющим электродом силового ключа, а входом - с управляющим выводом, подключенную к выводам питания узла управления цепь из двух последовательно соединенных конденсаторов, общая точка которых подключена к отрицательному силовому электроду силового ключа, два диода и два дополнительных источника питания, положительный вывод первого из которых через первый диод подключен к положительному выводу питания узла управления, а отрицательный вывод - к отрицательной шине питания и одновременно к второму выходному выводу, положительный же вывод второго дополнительного источника питания подключен к положительной шине питания, а отрицательный - через второй диод, к отрицательному выводу питания узла управления.