RU2368938C1 - Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное - Google Patents
Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное Download PDFInfo
- Publication number
- RU2368938C1 RU2368938C1 RU2008128563/09A RU2008128563A RU2368938C1 RU 2368938 C1 RU2368938 C1 RU 2368938C1 RU 2008128563/09 A RU2008128563/09 A RU 2008128563/09A RU 2008128563 A RU2008128563 A RU 2008128563A RU 2368938 C1 RU2368938 C1 RU 2368938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- voltage
- transistors
- input voltage
- divider
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное относится к области электротехники и может быть использован в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: в известной схеме преобразователя однополярного напряжения в двуполярное, включающей делитель входного напряжения из последовательно включенных резисторов, операционный усилитель (ОУ), неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя, а выход подключен к базам транзисторов симметричного эмиттерного повторителя (ЭП), а эмиттеры транзисторов симметричного эмиттерного повторителя, образующие выход преобразователя, подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, причем коллекторы n-p-n и p-n-p транзисторов подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника входного напряжения, а выход преобразователя подключен к полюсам источника входного напряжения через пару фильтрующих конденсаторов, разорвана связь между точкой соединения эмиттеров транзисторов и выходом преобразователя и в этот разрыв введена новая индуктивность, а также введен новый резистор, включенный между точкой соединения эмиттеров транзисторов и неинвертирующим входом ОУ, что позволяет получить технический результат - повысить коэффициент полезного действия, уменьшить тепловыделение, а также снизить габариты и массу преобразователя. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
Часто при питании электронных устройств от однополярного источника напряжения возникает необходимость получения двух симметричных относительно общей точки (земли) напряжений. Особенно часто такие случаи возникают, если в качестве источников используются гальванические элементы и аккумуляторы. Симметричное напряжение необходимо для питания операционных усилителей, которые обычно должны усиливать входные сигналы обеих полярностей. Также могут нуждаться в двуполярном питании усилители мощности, усилители постоянного тока, симметричные ключи, интегральные микросхемы аналого-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и другие элементы и устройства электронной аппаратуры. В подобных случаях используются преобразователи однополярного напряжения в двуполярное («искусственные средние точки»).
Простейшим и широко используемым аналогом (фиг.1) такого преобразователя является резистивный делитель напряжения, средняя точка которого соединена с общей точкой (землей). Схема и принцип работы такого преобразователя тривиальны и многократно описаны в литературе, например в [1]. Общеизвестно, что номиналы обоих входящих в делитель резисторов R1 и R2 должны быть одинаковы. Однако такие схемы имеют существенные недостатки, которые происходят из того, что для обеспечения симметрии двух получаемых напряжений требуется точное деление входного напряжения пополам. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы ток, отбираемый нагрузкой от делителя, был во много раз меньше тока, протекающего через сам делитель. При этом значительная часть потребляемой от источника питания мощности теряется бесполезно на нагрев резисторов делителя. Особенно остро данный недостаток проявляется при использовании автономных источников питания ограниченной емкости (гальванических элементов и аккумуляторов). Кроме того, стабильность симметрии получаемых напряжений в такой схеме весьма невысока, т.к. для получения высокой стабильности требуется пропускать через делитель очень большой ток, что невозможно. Поэтому на практике точность симметрии напряжений обычно не превышает нескольких процентов, что явно недостаточно, например, при использовании в измерительных приборах.
С целью уменьшения бесполезных потерь мощности на делителе применяют активные делители, содержащие резистивный делитель и повторитель напряжения на основе ОУ, выходной ток которого усиливается симметричным эмиттерным повторителем на комплементарной паре транзисторов. В этом случае (учитывая высокое входное сопротивление ОУ) резисторы делителя можно выбирать весьма больших номиналов и потери мощности на них будут незначительны. Собственное потребление мощности современных ОУ также весьма невелико. Точность и стабильность поддержания симметрии выходных напряжений в подобных схемах могут быть весьма высоки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является преобразователь [1], включающий резистивный делитель напряжения (Д), состоящий из последовательно включенных резисторов R1 и R2, ОУ, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя, а выход подключен к базам транзисторов VT1 и VT2 симметричного эмиттерного повторителя, а эмиттеры транзисторов симметричного эмиттерного повторителя, образующие выход преобразователя, подключены к инвертирующему входу операционного усилителя.
Однако такой преобразователь также обладает рядом недостатков, которые являются следствием используемого в нем линейного метода регулирования. К таковым относятся невысокий коэффициент полезного действия (кпд) и его зависимость от симметрии нагрузки, а также существенная мощность, рассеиваемая на транзисторах симметричного эмиттерного повторителя, что приводит к значительным габаритам и массе вследствие необходимости установки транзисторов на теплоотводящие радиаторы.
Целью настоящего изобретения является создание преобразователя однополярного напряжения в двуполярное, который имеет высокий кпд, не зависящий от симметрии нагрузки, а также обладает минимальным тепловыделением и позволяет снизить массу и габариты преобразователя.
Указанная цель достигается тем, что в известной схеме преобразователя однополярного напряжения в двуполярное, включающей делитель входного напряжения из последовательно включенных резисторов R1 и R2, ОУ, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя, а выход подключен к базам транзисторов VT1 и VT2 симметричного эмиттерного повторителя, а эмиттеры транзисторов симметричного эмиттерного повторителя, образующие выход преобразователя, подключены к инвертирующему входу операционного усилителя, причем коллекторы n-р-n и р-n-р транзисторов подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника входного напряжения, а выход преобразователя подключен к полюсам источника входного напряжения через фильтрующие конденсаторы С1 и С2, разорвана связь между точкой соединения эмиттеров транзисторов и выходом преобразователя и в этот разрыв введена новая индуктивность L, а также введен новый резистор R3, включенный между точкой соединения эмиттеров транзисторов и неинвертирующим входом ОУ.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является наличие дополнительных индуктивности и резистора, введение которых переводит преобразователь из линейного режима в ключевой, благодаря чему удается существенно повысить кпд, снизить тепловыделение и уменьшить массу и габариты, что говорит о новизне.
Поскольку совокупность введенных элементов и их связей до даты подачи заявки в патентной и научно-технической литературе не обнаружена, то предлагаемое техническое решение соответствует «изобретательскому уровню».
Принцип работы преобразователя рассмотрим по схеме, представленной на фиг.2.
В прототипе ОУ вместе с ЭП образуют линейный повторитель напряжения (усилитель с единичным усилением и очень малым выходным сопротивлением), что позволяет поддерживать постоянство коэффициента деления резистивного делителя на резисторах R1 и R2 вне зависимости от величины нагрузки и ее симметрии. Поэтому транзисторы ЭП можно рассматривать как управляемые сопротивления, включенные параллельно с плечами нагрузки. Поэтому при полностью симметричной нагрузке токи через транзисторы не протекают, мощность на них не рассеивается, и в результате кпд преобразователя получается (без учета потребления делителя и самого ОУ) близким к 100%. Однако по мере роста асимметрии нагрузки один из транзисторов ЭП начинает потреблять ток, причем его величина всегда равна разности токов, потребляемых плечами нагрузки. При этом транзистор рассевает мощность, равную разности потребляемых плечами нагрузки мощностей, что приводит к падению кпд. В предельном случае, когда нагрузка потребляет ток только по одному плечу, теоретическая величина кпд не может превышать 50%, ибо в этом случае для обеспечения симметрии напряжений один из транзисторов «берет на себя» роль отсутствующего плеча нагрузки.
В предлагаемом преобразователе ОУ вместе с ЭП работают в режиме компаратора с гистерезисом, а не в режиме повторителя, как в прототипе. Зона гистерезиса небольшой ширины (порядка нескольких единиц или десятков мВ) создается за счет положительной обратной связи (ПОС), которой охватывается ОУ вместе с ЭП через резистор R3. При этом транзисторы ЭП работают в ключевом режиме, что резко снижает рассеиваемую на них мощность. Средняя величина импульсного напряжения на выходе ЭП будет равна напряжению на выходе резистивного делителя, т.е. половине напряжения входного источника. Индуктивность L совместно с конденсаторами С1 и С2 образуют фильтр, сглаживающий пульсации импульсного напряжения, в результате чего напряжение на средней точке преобразователя будет пульсировать относительно половины напряжения входного источника с полным размахом, равным ширине зоны гистерезиса, т.е. весьма незначительно. Частота генерации зависит от ширины зоны гистерезиса и от параметров фильтра, т.е. от величин L, С1, С2, а также от тока нагрузки. Частота должна выбираться исходя из скоростных характеристик используемого ОУ.
В результате предлагаемый преобразователь однополярного напряжения в двуполярное позволяет существенно повысить коэффициент полезного действия, снизить тепловыделение, уменьшить габариты и массу.
Источники информации
1. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения. Книга 3. М.: ДОДЭКА XXI век, 2007.
Claims (1)
- Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное, включающий делитель входного напряжения из последовательно включенных первого и второго резисторов, операционный усилитель, неинвертирующий вход которого подключен к средней точке делителя входного напряжения, а выход подключен к базам первого и второго транзисторов типов n-p-n и p-n-p соответственно, причем выход преобразователя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а коллекторы первого и второго транзисторов подключены соответственно к положительному и отрицательному полюсам источника входного напряжения, а выход преобразователя подключен к полюсам источника входного напряжения через первый и второй фильтрующие конденсаторы, отличающийся тем, что введены дополнительный резистор, включенный между эмиттерами транзисторов и неинвертирующим входом операционного усилителя, и дополнительная индуктивность, включенная между эмиттерами транзисторов и выходом преобразователя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128563/09A RU2368938C1 (ru) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008128563/09A RU2368938C1 (ru) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2368938C1 true RU2368938C1 (ru) | 2009-09-27 |
Family
ID=41169691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008128563/09A RU2368938C1 (ru) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2368938C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465628C1 (ru) * | 2011-11-08 | 2012-10-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Микромощный преобразователь однополярного напряжения в двуполярное |
RU2540785C1 (ru) * | 2013-12-09 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Мостовой автогенераторный преобразователь напряжения |
US10270340B2 (en) | 2015-12-30 | 2019-04-23 | Shenyang Neusoft Medical Systems Co., Ltd. | Two-path symmetrical-output adjustable power supply |
-
2008
- 2008-07-15 RU RU2008128563/09A patent/RU2368938C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2465628C1 (ru) * | 2011-11-08 | 2012-10-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Микромощный преобразователь однополярного напряжения в двуполярное |
RU2540785C1 (ru) * | 2013-12-09 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Мостовой автогенераторный преобразователь напряжения |
US10270340B2 (en) | 2015-12-30 | 2019-04-23 | Shenyang Neusoft Medical Systems Co., Ltd. | Two-path symmetrical-output adjustable power supply |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6571071B2 (ja) | 可変ブースト電源電圧を用いたエンベロープトラッカー | |
US7733178B1 (en) | High efficiency audio amplifier | |
CN110708026B (zh) | 改进效率的包络跟踪调制器的线性放大器 | |
US7911273B2 (en) | Reduction of power consumption and EMI of a switching amplifier | |
WO2007007765A1 (ja) | 電流電圧変換回路、それを用いた消費電力検出回路および電子機器 | |
US20060032316A1 (en) | Electromagnetic flow meter | |
TW200828004A (en) | Power supply system and method for controlling output voltage | |
CN109564249B (zh) | 电流感测放大器架构和电平移位器 | |
JP2008511247A (ja) | 増幅器装置及び方法 | |
KR20060120002A (ko) | 전력 변환 시스템 | |
RU2368938C1 (ru) | Преобразователь однополярного напряжения в двуполярное | |
WO2016036644A1 (en) | Asymmetric h-bridge in a class d power amplifier | |
SE416694B (sv) | Forsterkningsregleringskoppling | |
KR101438464B1 (ko) | 초고충실도 오디오 증폭기 | |
CN113078817B (zh) | 适用于迟滞控制高频双相Buck变换器的相间电流均衡控制系统 | |
TWI490506B (zh) | 用於確定電流的電路和方法 | |
US7439801B2 (en) | Amplifier circuit with multiple power supplies | |
CN103208915A (zh) | 具有改善的阶跃负载瞬态响应的有源下调电源 | |
CN110335580B (zh) | 一种平均电流型蜂鸣器驱动电路 | |
RU2465628C1 (ru) | Микромощный преобразователь однополярного напряжения в двуполярное | |
CN210123940U (zh) | 一种恒压源 | |
CN210041625U (zh) | 一种基于运放构成的负载均流电路 | |
US7170266B1 (en) | Balanced, floating, spread-spectrum pulse width modulator circuit | |
TWI227596B (en) | Level shifting and level-shifting amplifier circuits | |
TW201205226A (en) | A low dropout regulator without ESR compensation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100716 |