Преобразователь переменного напряжения в постоянное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 M 7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР 17082

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! 3, р, !Лт;, 3 (21) 4873216/07 (22) 15.10.90 (46) 07,07.92. Бюл. N 25 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) Д,В. Игумнов (53) 621,314.5(088.8) (56) Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры./ Под ред, Б,Ф. Высоцкого. — М„Советское радио, 1977, с, 180, рис. 5; 6э, б.

Авторское свидетельство СССР

hh 1642569, кл, H 02 М 7/10; 11,10.89.

„„. Ж „„1746497 А1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ ПЕРЕМЕННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ (57) Устройство может быть использовано в качестве источника питания микроэлектронных устройств. Сущность изобретения: устройство содержит силовой трансформатор 1, к первичной обмотке которого подключен источник входного переменного напряжения, два МДП-транзистора 2, 3 и два резистора 5, 6. Резистор 6 является нагрузочным и подключен своим первым выводом к общему выводу вторичной обмотки

1746497

20 трансформатора 1, крайний управляющий вывод которой подключен к затвору МДПтранзистора 3, исток которого подключен к первому выводу резистора 5 и стоку МДПтранзистора 2. Исток с подложкой МДПтранзистора 2 подключены к второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора 1, 3а счет введения в устройство транзистора со статической индукцией 4, двух диодов 7, 8 и конденсатора

9 повышается КПД. При этом первая обкладка конденсатора 9 подключена к общему выводу вторичной обмотки трансформатора

1, а вторая обкладка — к аноду диода 8 и стоку МДП-транзистора 3, подложка которого соединена с истоком и подключена к

Изобретение относится к преобразовательной технике и предназначено для питания разнообразных микроэлектронных устройств.

Известны преобразователи переменного напряжения в постоянное, выполненные по схемам синхронных выпрямителей, 8 качестве силовых активных элементов могут быть использованы как биполярные, так и

МДП-транзисторные. Преобразователи на

МДП-транзисторах характеризуются большим КПД. Такие преобразователи содержат силовой трансформатор с секционной вторичной обмоткой и два МДП-транзистора, каждый из которых образует плечо устройства, являющееся однополупериодным выпрямителем. Сток МДП-транзистора подключен к силовому выводу вторичной обмотки трансформатора. исток — к сопро-.. тивлению нагрузки, а затвор — к крайнему, (управляющему) выводу вторичной обмотки, напряжение на котором управляет состоянием МДП-транзистора.

Основной недостаток данного преобразователя — относительно невысокий КПД, определяемый конечным сопротивлением канала МДП-транзистора.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник входного переменного напряжения, три

МДП-транзистора, первые два из которых имеют п-канал, а третий — р-канал, два резистора, второй из которых является нагрузочным и подключен между общим выводом вторичной обмотки трансформатора и стокатоду первого диода 7. Анод диода 7 подключен к второму выводу резистора 5 и затвору транзистора 4, исток которого подключен к второму выводу резистора 6, а сток — к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора 1 и затвору МДП-транзистора 2. Исток МДП-транзистора 2 подключен к катоду диода 8, Использование транзистора 4 в качестве силового выпрямительного элемента и обеспечение его запертого состояния при воздействии отрицательной полуволны на его стоке и форсированного открытого состояния при воздействии положительной полунолны приводит к минимальным потерям энергии. 1.ил. ком второго МДП-транзистора, подложка которого подключена к первому выводу первого резистора, второй вывод которого подключен к стоку первого МДП-транзистора, стоку с подложкой третьего МДП-транзистора и истоку второго МДП-транзистора. затвор которого подключен к крайнему управляющему выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДП10 транзистора, исток и подложка которого подключена к затвору третьего МДП-транзистора и второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, первый промежуточный вывод которой подключен к истоку третьего МДП вЂ” транзистора, Недостаток известного преобраэователя — относительно небольшой КПД

Цель изобретения —.повышение КПД.

Указанная цель достигается в преобразователе переменного напряжения в постоянное, содержащем силовой трансформатор, к первичной обмотке которого подключен источник входного переменного напря25 жения, два МДП-транзистора и два резистора, второй из которых является нагрузочным и подключен своим первым выводом к общему выводу вторичной обмотки трансформатора, крайний управляющий вы30 вод которой подключен к затвору второго

МДП-транзистора, исток которого подключен к первому выводу первого резистора и стоку первого МДП-транзистора, исток с подложкой которого подключен к второму

35 промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, за счет введения транзистора со статической индукцией; двух диодов и конденсатора, первая обкладка ко1746497 торого подключена к общему выводу вторичной обмотки трансформатора, а вторая обкладка — к аноду второго диода и стоку второго МДП-транзистора, подложка которого соединена с истоком и подключена к катоду первого диода, анод которого подключен к второму выводу первого резистора и затвору. транзистора со статической индукцией, исток которого подключен к второму выводу второго резистора, а сток — к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДП-транзистора, исток которого подключен к катоду второго диода.

За счет использования в качестве силоного элемента транзистора со статической индукцией и за счет обеспечения его запертого состояния при поступлении на его сток отрицательного напряжения (отрицательной полуволны) снижаются потери преобразования в устройстве, чем и определяется повышение КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя переменного напряжения в постоянное, Преобразователь содержит силовой трансформатор 1, два МДП-транзистора 2 и

3 с р-каналом, транзистор со статической индукцией (СИТ) 4. два резистора 5 и 6, два диода 7 и 8, конденсатор 9. МДП-транзистор 2 имеет индуцированный канал, а

МДП-транзистор 3 может иметь как встроенный, так и индуцированный канал, Резистор 6 является нагрузкой устройства.

Трансформатор 1 имеет две обмотки: первичную и (секционную) вторичную. К первичной обмотке подключен источник входного переменного напряжения (не обозначен). Вторичная обмотка трансформатора 1 имеет четыре вывода: общий (крайний) вывод, управляющий (крайний) вывод и два промежуточных вывода. Общий вывод вторичной обмотки подключен к первой обкладке конденсатора 9 и первому выводу нагрузки 6, второй вывод которой подключен к истоку СИТ 4. Управляющий крайний вывод вторичной обмотки трансформатора

1 подключен к затвору МДП-транзистора 3, сток которого подключен к аноду диода 8 и второй обкладке конденсатора 9; Первый промежуточный вывод вторичной обмотки трансформатора 1 является силовым, он подключен к затвору МДП-транзистора 2 и стоку СИТ 4, затвор которого подключен к второму выводу резистора 5 и аноду диода

7. Второй промежуточный вывод вторичной обмотки подключен к катоду диода 8 и истоку с подложкой МДП-транзистора 2, сток которого подключен к истоку с подложкой

10

30

МДП-транзистора 3, первому выводу резистора 5 и катоду диода 7.

Резистор 5 является ограничителем тока затвора СИТ 4 (при положительном напряжении на нем), СИТ 4, который иногда называют транзистором с электростатическим управлением, обладает минимальными потерями преобразования (как . статическими, так и динамическими) из всех существующих мощных транзисторов. Особенностью СИТ является то, что он находится в открытом состоянии при нулевом напряжении на его затворе (сетке).

Преобразователь работает следующим образом.

5 При появлении отрицательного напряжения (отрицательной полуволны) на промежуточных и управляемом (крайнем) выводах вторичной обмотки трансформатора 1 (относительно ее общего вывода) МДПтранзистор 2 закрыт, а МДП-транзистор 3 открыт. При этом на затвор СИТ 4 поступает отрицательное (запирающее) напряжение с второго промежуточного вывода вторичной обмотки по двум цепям. через открытый

МДП-транзистор 3 и диоды 7 и 8 и через р-и-переход сток — подложка МДП-транзистора 2, В результате СИТ 4 надежно заперт. Конденсатор 9 заряжается примерно до амплитудного значения напряжения на втором промежуточном выводе вторичной обмотки трансформатора 1 и сохраняет это напряжение. Отрицательное напряжение с конденсатора 9 поддерживает запертое состояние СИТ 4 и при уменьшении отрица- тельного напряжения на промежуточных выводах вторичной обмотки, и в том случае, когда оно станет равным нулю и даже будет иметь небольшое положительное значение, т.е. в режимах, когда МДП-транзистор 2 закрыт, а МДП-транзистор 3 открыт.

При появлении положительного напряжения (положительной полуволны) на промежуточных и управляющем (крайнем) выводах вторичной обмотки трансформатора 1 (относительно ее общего вывода) происходит закрывание МДП-транзистора 3 и открывание МДП-транзистора 2 (когда это положительное напряжение превышает пороговые напряжения МДП-транзисторов).

Причем сначала закрывается МДП-транзистор 3, а чуть позже открывается МДП-транзистор 2. В этот промежуток времени СИТ 4 еще заперт отрицательным напряжением по затвору, присутствующим на его емкости затвор — исток. Затем на затвор СИТ4 через открытый МДП-транзистор 2 и токоограничительный резистор 5 поступает положительное напряжение, приводящее СИТ 4 в открытое состояние с очень малым сопро1746497

Составитель Д.Игумнов

Техред М.Моргентал . Корректор M.Ïoæî

Редактор Н.Тупица

Заказ 2401 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета no изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тивлением канала (-0,01 Ом). В результате течет ток через нагрузку 6, а потери энергии на выпрямительном элементе, т,е. на СИТ 4, минимальны.

Итак, предлагаемый преобразователь 5 имеет минимальные потери преобразования, а следовательно, высокий КПД, за счет использования СИТ в качестве силового выпрямительного элемента, обеспечения его запертого состояния при воздействии отри- 10 цательной полуволны (на стоке СИТ) и форсированного открытого состояния при воздействии положительной полуволны.

Экспериментальная проверка работы преобразователя переменного напряжения 15 в постоянное была проведена на СИТ КП801 и 2П926. По сравнению с известным в предлагаемом преобразователе наблюдается повышение КПД. Так, при частоте переключения в 100 кГц КПД повысился до 0,94, 20 тогда как s известном преобразователе он не превышает 0,9, Технология изготовления предлагаемого преобразователя практически не усложняется.

Формула изобретения 25

Преобразователь переменного напряжения в постоянное, содержащий силовой трансформатор, первичная обмотка которого соединена с входными выводами для подключения источника входного переменного 30 напряжения, а вторичная выполнена с двумя промежуточными выводами, два МДПтранзистора и резистор, причем один крайний вывод вторичной обмотки трансформатора образует первый выходной вывод для подключения резистивной нагрузки, являющийся общим, другой крайний управляющий вывод вторичной обмотки подключен к затвору второго МДП-транзистора, исток которого подключен к первому выводу резистора и стоку первого МДП-транзистора, исток с подложкой которого подключен к второму промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения КПД, оба

МДП-транзистора выполнены с р-каналом и дополнительно введены транзистор со статической индукцией. два диода и конденсатор, первая обкладка которого подключена к общему выводу, а вторая обкладка к аноду второго диода и стоку второго МДП-транзистора, подложка которого соединена с истоком и подключена к катоду первого диода. анод которого подключен к второму выводу резистора и затвору транзистора со стати- ческой индукцией, исток которого образует второй выходной вывод, а сток подключен к первому промежуточному выводу вторичной обмотки трансформатора и затвору первого МДП-транзистора. исток которого подключен к катоду второго диода.