CZ20031960A3 - Snižovací převodník - Google Patents

Description

Snižovací měnič

QbJLagk.Ágchniía'

Vynález ee týká snižovacího měniče k přeměně vstupního stejnosměrného napětí na výstupní stejnosměrné napětí, u kterého jsou v podélné větvi upravené sériové zapojení řízeného spínače a indukčnosti, v příčné větvi, mezi spínačem a indukčnosti, nulová dioda a na výstupní straně vyhlazovací kondenzátor a spínač je řízen k periodickému otevírání a zavírání řídicím tranzistorem ovládacího zapojení v závislosti na podélném proudu.

Dosavadní stav techniky

Snižovací měniče tohoto typu se staly známými ve velkém počtu variací. Používají se například k nabíjení akumulátorů, k napájení svítivých diod nebo k napájení primárního řídícího napětí spínaných zdrojů.

Z WO 99/13559 je znám DC/DC - snižovací měnič se spínacím regulátorem. Spínací regulátor má epínače ke spínání neregulovaného DC-vstupního napětí, zesilovač čidla proudu k řízení spínače, hysterézní generátor k řízení zesilovače čidla proudu jakož i výstupní zapojení k vytvoření regulovaného DC-signálu pro výstupní stupeň.

Pokud se snižovací měniče předmětného typu používají bez mezizapojení transformátoru na běžné domovní síti s 230 volty střídavého napětí - popř. po usměrnění s cca. 325 V, vzniká problém, že nejenom řízený spínač musí mít příslušnou napěťovou odolnost, nýbrž i příslušné řídicí zapojení. Protože po zapnutí mimo uvedeného vysokého vstupního napětí není • · ······» ·· *· ·· ··

X dispozici žádný jiný napěťový zdroj, musíme se připojit na vysoké vstupní napětí. Aby se zavřel jeden z obvykle používaných samozavíracích tranzistorů řízených polem, musí se řídicí elektroda napětí opět odpojovat, takže zde je celé vstupní napětí. Mimoto se musí upravovat ochranné zapojení pro řídicí elektrodu proti nadměrně velkému napětí, což zvyšuje náklady na Boučástky.

Jiná varianta spočívá v tom, neodpojit řídící elektrody a řídící elektrodu zkratovat. V tomto případě sice neexistují pro k tomu použitý spínací člen žádné zvláštní požadavky na napětí, ale napěťové napájení pro řídicí elektrodu se vždy musí vyrábět z vysokého vstupního napětí, k čemuž se používá předřadný odpor, který opět vede k nechtěnému ztrátovému výkonu. Takový předřadný odpor se musí dimenzovat pro vysoké vstupní napětí a pro vyšší výkon, a jako důsledek dostáváme, že při výkonově optimalizovaném předřadném odporu odpadá o sobě žádaná široká oblast vstupního napětí takového snižovacího měniče.

y

Úkol vynálezu spočívá v tom, vytvořit snižovací měnič, který se může realizovat při vysokém rozsahu vstupního napětí s malými náklady a s co možná nejmenším ztrátovým výkonem.

Podstata vynálezu

Tento úkol se podle vynálezu řeší snižovacím měničem k přeměně vstupního stejnosměrného napětí na výstupní stejnosměrné napětí, u kterého jsou v podélné větvi upravené sériové zapojení řízeného spínače a indukčnosti, v příčné větví, mezi spínačem a indukčnosti, nulová dioda a na výstupní straně vyhlazovací kondenzátor a spínač je řízen k periodickému otevírání a zavírání řídicím tranzistorem ovládacího zapojení v závislosti na podélném proudu, jehož podstatou je, že řízený spínač je vytvořen jako samovodivý • I © ··© « · spínací tranzistor, kterému se od dosaženi maximální hodnoty podélného proudu, zjištěné proudovým čidlem, přivádí závěrné napětí, vytvořené v podélné větvi pomoci Zenerovy diody s, λ ní paralelně připojeným, kondenzátorem.

Použitím takového samovodivého spínacího tranzistoru se může řídíc! zapojeni popř. spínací člen, potřebný pro řízení, provádět s podstatně menSí napěťovou odolnoBti a tedy s příznivějšími náklady, Předřadné odpory pro napájení řízení nejsou zapotřebí, takže odpadá přisluSný požadavek na výkon.

Je výhodné, když k Zenerově dodě je zapojen paralelně kondenzátor, protože tím se udržuje závěrné napětí, i když už neteče žádný proud.

Dále je účelné, když spínacím s ochuzeným kanálem, přičemž řídicí elektroda jsou navzájem spojené elektroda-sběrná elektroda.

tranzistorem je FET elektroda a sběrná přes odpor řídicí

Nákladově příznivé a jednoduché provedeni se vyznačuje tim, že proudové čidlo v podélné větvi je vytvořené jako snímací odpor, přičemž na něm se vyskytující pokles napětí se nechá přivádět dráze báze-emitor řídicího tranzistoru, který je svým kolektorem připojen k řídicí elektrodě spínacího tranzistoru. Snímací odpor přitom účelně leží v podélné větvi mezi Zenerovou diodou a indukčností.

Ke zlepSení spínacího chování je výhodné, když je upraven vybíjecí tranzistor, jehož dráha kolektoi—emitor v sérii s vybíjecím odporem přemosťuje dráhu řídicí elektroda-emitujicí elektroda spínacího tranzistoru, přičemž dráze báze-emitor vybíjecího tranzistoru se přivádí pokles napětí na dalSím dotykovém odporu v podélné větvi.

. , , * ··· · · · · • · · * · · · · · »······ ·· ·· ·· ··

Aby se zabránilo poškození vyhlazovacího kondenzátoru pM odpadnutí zátěže, uplatňuje se, že výstupní napětí na vyhlazovacím kondenzátoru je omezené pomoci omezovače napětí, jako je Zenerova dioda.

Přehled-obrázků na výkresech

Vynález včetně dalších výhod je blíže vysvětlen v dalším při zohlednění obrázku. V tomto ukazují:

obr.	1 :	principiální zapojení podle vynálezu,	snižovacího	měniče	také
obr.	2:	zjednodušené schéma	snižovacího	měniče	podle
		vynálezu, a
obr.	3:	zapojeni podle obr.	2,	ale	s vybíjecím
		tranzistorem a omezením	napětí	na výstupu.

Příklady Provedeni vynálezu

Snižovací měnič má podle obr. 1 v podélné větvi řízený spínač £, který se přes ovládací zapojeni AST otevírá popř. zavírá v závislosti proudu v podélné větvi, měřenému čidlem Ε.. V podélné větvi leží dále za řízeným spínačem indukčnost 1, přes kterou může téci proud 1l k zátěžovému odporu RL popř. k němu paralelně ležícímu vyhlazovacímu kondenzátoru CG. Aby zapojení bylo funkční, je upravena ještě jedna nulová dioda EE., která leží zobrazeným způsobem v příčné větvi mezi řízeným spínačem £. a indukčností 1, takže energie, uložená v indukčnosti L, se může vydávat na spotřebič. Způsob funkce takového zapojení, které převádí vstupní stejnosměrné napětí Lffl. o velikosti např. 50 - 350 voltů na výstupní stejnosměrné napětí JA např. 12 V, se může předpokládat jako známý.

• · · · • ♦ · ···· • ·

Obrázek 2 ukazuje nyní zapojení podle vynálezu, u kterého je Mžený spínač vytvořen jako FET-tranzistor deplečniho typu nebo typu s ochuzeným kanálem. Takový FET-tranzistor je samovodivý. Emitující elektroda a řídicí elektroda tranzistoru H jsou spolu navzájem spojené přes odpor R3 emitující elektroda-řidicí elektroda. V podélné větvi následuje za tranzistorem TI Zenerova dioda Dl se Zenerovým napětím v rozsahu několika voltŮ, např. 6 voltů, přičemž Zenerova dioda Dl se přemosťuje kondenzátorem Cl. V podélné větvi dále následuje snímací odpor Rl a potom indukčnost 1, která vede k výstupu s vyhlazovacím kondenzátorem CG a zátěží, zde vyznačenou jako odpor BL. Mezi snímacím odporem Zenerovou diodou Cl v podélné větvi vede odpor R2 k nulové diodě DF. přičemž pokles napětí na odporu £1, příslušný proudu II, se zjišťuje pomoci řídicího tranzistoru ££, tzn. se přivádí jeho dráze báze - emitor. Emitor řídicího tranzistoru T2 leží v podélné větvi mezi snímacím odporem Rl a indukčnost! 1, naproti tomu jeho kolektor je veden k řídicí elektrodě FET-tranzistoru TI

Způsob činnosti zapojení se v dalším krátce vysvětluje: jakmile se vyskytne vstupní napětí UE. teče proud přes FET-tranzistor H, nejprve přes SH, přes Rl a indukčnost L a Bl, přičemž se v podstatě uskutečňuje lineární vzestup proudu, až je pokles napětí na Rl příslušně k proudu IL. který se stává větším, tak velký, že protéká tranzistor T2 a podstatný pokles napětí na Zenerově diodě Dl se dostává jako závěrné napětí na řídicí elektrodu FET-tranzistoru TI. takže tento zavírá. Nyní se uskutečňuje odbourání energie z indukčnosti L, přičemž přes odpor Rl, odpor R2 a nulovou diodu DE. teče proud. V tomto případě zůstává řídicí tranzistor 13 vodivý a FET-tranzistor TI zůstává zavřený. S klesajícím proudem v této vybíjecí fázi indukčnosti 1 klesá také základní proud skrz řídicí tranzistor 13., takže nakonec se FET-tranzistor TI stává opět vodivým. Je třeba zmínit, že « « · ··* · • » · · ·· * · ·*· «»»· kondenzátor CL, který leží paralelně k Zenerově diodě Dl v podélné větvi, je během závěrné íáze FET-tranzistoru velmi podstatný, protože udržuje závěrné napětí, i když už neteče

Žádný proud.

Na obr. 3 je ukázáno, jak se může zlepšit vypínací chování tranzistoru řízeného polem vybíjecím tranzistorem T3. V podélné větvi leží podle obr. 3 mezi FET-tranzistorem TI a Zenerovou diodou Dl další odpor R6, přičemž napětí na něm klesající se přivádějí emitoru popř. bázi vybíjecího tranzistoru X£, kdežto kolektor tohoto tranzistoru se vede přes odpor R5 k řídicí elektrodě FET-tranzistoru TI. Hodnota odporu kolektorového odporu R5 hodnoty odporu R3 řídicí

FET-tranzistor TI zase začíná vést, vzniká napětí na odporu B6, a teče proud do báze vybíjecího tranzistoru T3. který se nyní stává propustným, takže se náboj řídicí elektrody nechá rychle odvádět přes poměrně nízkoohmový odpor R5.

je v praxi například 1/10 elektroda-emitor. Když

Vynález vytváří energii šetřící a cenově příznivé proudové napájení pro spotřebiče zejména malého výkonu, které se mají napájet přímo ze sítě, např. 230 Volt domácí sítě, přičemž rovněž odpadá předřadný odpor s příslušným vývinem tepla a nepotřebnou spotřebou energie, jako například transíormátorek. Je pozoruhodné, že zapojení je na jedné straně odolné proti zkratu, přičemž maximální proud, tzn. nabíjecí proud indukčnosti £ se především určuje odporem Rl. Naproti tomu určuje hodnota odporu £2., bpoIu s hodnotou odporu £1, vybíjecí proud indukčnosti L- Příslušným dimenzováním odporů Rl a R2 se může provádět přizpůsobeni výkonu na příslušný spotřebič. Protože zátěžový proud je v širokém rozsahu přibližně konstantní, je přijatý popř. vydaný výkon závislý na výstupním napětí Uft. které se u provedeni podle obr. 3 omezuje Zenerovou diodou £2, např. na 12 Volt, protože bez takového omezení by při odpadnutí zátěže • ··· · · • · «··4··« *· · · ·· ·· (RL = co) přijímalo napětí na vyhlazovacím kondenzátorů CG v principu hodnotu vstupního napětí UE.

Ačkoliv zapojení podle obr. 3 je třeba zvláště doporučit, musí se poznamenat, Že vybíjecí tranzistor T3 není při menším výkonu popř. malém proudu měniče zapotřebí, což vede k zapojení podle obr. 2, u kterého by měla přirozeně rovněž existovat Zenerova dioda D3 k omezení výchozího napětí.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Snižovacl měnič k přeměně vstupního stejnosměrného napětí (Ue) na výstupní stejnosměrné napětí (Ua), u kterého jsou v podélné větvi upravené sériové zapojení řízeného Bpínače (S, TI) a indukčnosti (L), v příčné větvi, mezi spínačem a indukčnosti, nulová dioda (Dr) a na výstupní Btraně vyhlazovací kondenzátor (Co) a spínač je řízen k periodickému otevírání a zavírání řídicím tranzistorem (T2) ovládacího zapojeni (AST) v závislosti na podélném proudu (II)^ vyznačující se tím, že řízený spínač je vytvořen jako samovodivý spínací tranzistor (TI), kterému se od dosažení maximální hodnoty podélného proudu (I), zjištěné proudovým čidlem (F, Ri), přivádí závěrné napětí, vytvořené v podélné větvi pomocí Zenerovy diody (Dl) s, k ní paralelně připojeným, kondenzátorem (Cl).
2. 2. Snižovacl měnič podle nároku 1, vyznačující se tím. Že spínací tranzistor (Ti) je tranzistor FET s ochuzeným polem, přičemž řídicí elektroda a sběrná elektroda jsou navzájem spojené přes odpor (R3) řídicí elektroda-sběrná elektroda.
3. 3. Snižovacl měnič podle nároku 2, vyznačuj í ci se tím, že proudové čidlo je v podélné větvi vytvořené jako snímací odpor Rl, přičemž na něm βθ vyskytující pokles napětí se nechá přivádět dráze báze-emitor řídicího tranzistoru (T2), který je svým kolektorem veden k řídicí elektrodě spínacího tranzistoru (TI).
4. 4. Snižovacl měnič podle nároku 3, vyznačuj i cí se t í m, že snímací odpor (Rl) leží v podélné větvi mezi Zenerovou diodou (Dl) a indukčnosti (L).
5. 5. Snižovacl měnič podle jednoho z nároků 2 až 4 • • ·« «·· t » · ··· ·· ·· vyznačující se tím, že je upraven vybíjecí tranzistor (T3), jehož dráha kolektoi—emitor v sérii s vybíjecím odporem (R5) přemosťuje dráhu řídicí elektroda-emitující elektroda spínacího tranzistoru (Ti), přičemž dráze báze-emitor vybíjecího tranzistoru se nechá přivádět úbytek napětí na dalším snímacím odporu (R
6. 6) v podélné větvi.
7. 7. Snižovací měnič podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující Be tím, že výBtupní napětí na vyhlazovacím kondenzátoru (Co) je omezené Zenerovou diodou (D3) .