SU720634A1

SU720634A1 - Step-down converter

Info

Publication number: SU720634A1
Application number: SU772475234A
Authority: SU
Inventors: Леонид Григорьевич Зотов; Игорь Владимирович Золотарев
Original assignee: Новосибирский электротехнический институт
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1980-03-05

Description

II

Изобретение относитс к области преобразовательной техники и может быть использовано в системах электропитани дл преобразовани высокого напр жени посто нного тока в низкое напр жение посто нного тока.The invention relates to the field of converter technology and can be used in power supply systems for converting high direct current voltage to low direct current voltage.

Известны бестрансформаторные понижающие конверторы, работающие по принципу зар да цепочки из п последовательно соединенных конденсаторов от первичнЪго источника питани с их последующим параллельным разр дом на нагрузку . ,Transformerless downconverters are known, which operate on the principle of charging a chain of n series-connected capacitors from a primary power source with their subsequent parallel discharge to the load. ,

Такие источники содержат конденсаторно-диодные цепочки, соединенные друг с другом диодами, полупроводниковые ключи (дл поочередного подключени последовательно соединенных конденсаторов к первичному источнику питани и отключени от него на врем параллельного разр да конденсаторов на нагрузку) и схему управлени 1.Such sources include capacitor-diode circuits connected to each other by diodes, semiconductor switches (for alternately connecting series-connected capacitors to the primary power source and disconnecting from it for the parallel discharge of capacitors to the load) and control circuit 1.

В таком конверторе отсутствует гальваническа разв зка входа и выхода, что существенно снижает область их применени .In such a converter there is no galvanic isolation of the input and output, which significantly reduces the area of their application.

Этот недостаток устранен в бестрансформаторных выпр мител х и конверторах, вThis deficiency is eliminated in transformerless rectifiers and converters, in

каждой входной и выходной щинах которых включены управл емые ключи, поочередно отключающие нагрузку от первичного источника питани при последовательном зар де конденсаторов от первичного источника и их параллельном разр де на нагрузку . При этом оказываетс , что на осуществление питани схемы управлени ,разр дными ключами затрачиваетс значительна мощность, существенно снижающа КПД преобразовател 2.each input and output bins of which include controllable keys that alternately disconnect the load from the primary power source during the sequential charging of capacitors from the primary source and their parallel discharge to the load. In this case, it turns out that considerable power is expended on powering the control circuit with bit switches, which significantly reduces the efficiency of converter 2.

Известен понижающий к6нвертор 33,котврый содержит п параллельно включенных цепочек, состо щих из двух последовательно соединенных через конденсатор разр дных диодов (п-1) эар дных диодов, соедин ющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый разр дный ключ, соедин ющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки , второй зар дный ключ, соедин ющий отрицательный входной вывод со второйKnown k6 inverter 33 is known, which contains n parallel-connected circuits, consisting of two discharge diodes (n-1) of series diodes connected in series through a capacitor, connecting adjacent plates of capacitors of adjacent chains, the first discharge switch connecting the positive input terminal the first capacitor plate of the first chain, the second charge key connecting the negative input terminal with the second

обкладкой конденсатора последней цепочки , первый разр дный ключ, соедин ющий через первую группу разр дных диодов первые обкладки конденсаторов всех цепочек the plate of the capacitor of the last chain, the first bit switch connecting the first capacitor plates of all the chains through the first group of bit diodes

с положительным выходным выводом, второй разр дный ключ, соедин ющий через вторую группу разр дных диодов вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управлени зар дными и разр дными ключами, первый диод, подключенный анодом ко второй обкладке первого питающего конденсатора и катодом -; к первой обкладке конденсатора первой цепочки, второй диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки и катодом к первой обкладке питающего конденсатора.with a positive output terminal, a second bit switch connecting the second capacitor plates of all chains through the second group of discharge diodes to the negative output terminal of the charge and discharge switch control circuit, the first diode connected by the anode to the second plate of the first power capacitor and cathode - ; to the first capacitor plate of the first chain, the second diode connected by the anode to the second capacitor plate of the last chain and the cathode to the first plate of the supply capacitor.

Особенностью этого устройства вл етс наличие двух стабилитронов, включенных последовательно с зар дными ключами и диодами. Эти стабилитроны служат дл стабилизации напр жени питани схем управлени разр дными ключами.A feature of this device is the presence of two zener diodes connected in series with charging switches and diodes. These zener diodes are used to stabilize the voltage supplying the control switches of the bit switches.

Поскольку стабилитроны соединены последовательно с зар дными ключами, диодами и конденсаторами, то через них протекает весь зар дный ток, поэтому потери энергии в них велики. Это вл етс недостатком известного конвертора.Since the zener diodes are connected in series with the charging switches, diodes, and capacitors, the entire charging current flows through them, so the energy losses in them are large. This is a disadvantage of the known converter.

Другой недостаток этого конвертора - ограниченный диапазон изменени тока нагрузки . При уменьшении тока нагрузки конденсаторы цепочек практически не разр жаютс , а конденсаторы, питающие схемы управлени , разр дными ключами, разр жаютс практически без изменени . Поскольку ток зар да конденсаторов цепочек и питающих конденсаторов вл етс общим, то через несколько периодов частоты коммутации , напр жение на конденсаторах, питающих схемы управлени разр дными ключами , упадет до нул , что ведет к потере работоспособности конвертора.Another disadvantage of this converter is the limited range of load current variation. When the load current decreases, the capacitors of the chains are practically not discharged, and the capacitors supplying the control circuits with the discharge switches are discharged with little or no change. Since the charge current of the capacitors of the chains and the supply capacitors is common, after several periods of the switching frequency, the voltage on the capacitors supplying the control circuits of the dongle switches will drop to zero, which leads to a loss of converter operation.

Целью описываемого изобретени вл етс увеличение КПД устройства и обеспечение его работоспособности в щироком диапазоне изменени тока нагрузки.The purpose of the described invention is to increase the efficiency of the device and ensure its operability in a wide range of variation of the load current.

Поставленна цель достигаетс тем, что в понижающий конвертор, содержащий п параллельно включенных цепочек, состо щих из двух последовательно соединенных через конденсатор разр дных диодов, (п-1) зар дных диодов, соедин ющих обкладки конденсаторов смежных цепочек, первый зар дный ключ, соедин ющий положительный входной вывод с первой обкладкой конденсатора первой цепочки, второй зар дный ключ, соедин ющий отрицательный входной вывод со второй обкладкой конденсатора последней депочки, первый разр дный ключ, соедин ющий через первую группу разр дных диодов первые обкладки конденсаторов всех цепочек с положительным выходным выводом, второй . разр дный ключ, соедин ющий через вторую группу разр дных диодов , вторые обкладки конденсаторов всех цепочек с отрицательным выходным выводом схемы управлени зар дными и разр дными ключами, параллельно соединенные - стабилитрон, питающий конденсатор и диод, подключенный анодом ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, и катодом - к первой обкладке питающего конденсатора , введены два дополнительных транзисторных ключа, дополнительный зар дный диод и два токоограничивающих резистора, первый из которых включен между баз.ой первого дополнительного транзисторного ключа и катодами первой группыThis goal is achieved by the fact that a downconverter containing n parallel-connected circuits, consisting of two discharge diodes connected in series through a capacitor, (n-1) charging diodes connecting capacitor plates of adjacent circuits, the first charging switch, the positive input terminal with the first capacitor plate of the first chain, the second charging key connecting the negative input terminal with the second capacitor plate of the last depot, the first bit connecting key through the first the group of discharge diodes is the first capacitor plates of all the chains with a positive output pin, the second one. a bit switch connecting the second group of bit diodes through the second capacitor plates of all the chains with a negative output terminal of the charge and discharge keys control circuit connected in parallel — a zener diode supplying a capacitor and a diode connected by an anode to the second plate of the last chain capacitor, and the cathode to the first plate of the supply capacitor, two additional transistor switches, an additional charging diode and two current-limiting resistors, the first of which is connected between the base current first additional transistor switch and the cathodes of the first group

0 разр дных диодов, второй - между коллектором второго дополнительного транзисторного ключа и базой первого разр дного ключа, при этом дополнительный зар дный диод анодом, подключен ко второй обкладке конденсатора последней цепочки, а катодом к базе первого дополнительного транзисторного ключа и коллектору второго зар дного ключа, причем коллектор первого дополнительного транзисторного ключа подключен к катодам первой группы разр дных0 discharge diodes, the second between the collector of the second additional transistor switch and the base of the first discharge switch, while the additional charging diode by the anode is connected to the second capacitor plate of the last chain, and the cathode to the base of the first additional transistor switch and the collector of the second charging switch , the collector of the first additional transistor switch is connected to the cathodes of the first group of discharge

0 диодов, его эмиттер - к первой обкладке питающего конденсатора, а выход схемы управлени разр дными ключами - к базе второго дополнительного транзисторного ключа, эмиттер, соединен с базой второго разр дного ключа.0 diodes, its emitter is connected to the first plate of the power supply capacitor, and the output of the control circuit of the dongle switches to the base of the second additional transistor switch, the emitter, is connected to the base of the second dongle switch.

На чертеже,приведена принцициальна электрическа схема понижающего конвертора .In the drawing, a basic electrical circuit of a down converter is shown.

Понижающий конвертор содержит параллельно соединенные конденсаторные цепочки с конденсаторами 1-4, разр дными диодами 5-11,зар дные диоды 12-15, соедин ющие разноименные обкладки смежных цепочек, зар дные ключи 16 и 17, разр дные ключи 18и19, схему управлени зар дными ключами 20, схему управлени разр дными ключами 21, параллельно соединенные стабилитрон 22 и питающий конденсатор 23, диод 24, дополнительные транзисторные ключи 25и 26, токоограничивающие резисторы 27,28, сглаживающий конденсатор фильтра 29 и нагрузку 30.A down-converter contains parallel-connected capacitor chains with capacitors 1-4, discharge diodes 5-11, charging diodes 12-15, connecting the opposite plates of adjacent chains, charging switches 16 and 17, discharge switches 18 and 19, and a charging control circuit the keys 20, the control circuit of the bit switches 21, the parallel-connected Zener diode 22 and the supply capacitor 23, the diode 24, additional transistor switches 25 and 26, the current-limiting resistors 27.28, the smoothing capacitor of the filter 29 and the load 30.

Работа понижающего конвертора происходит следующим образом. В течение открытого состо ни зар дных ключей 16н 17 происходит последовательный зар д конденсаторов цепочек 1-4. При этом за счет падени напр жени на дополнительном зар дном диоде 15, включенным между базой и эмиттером первого дополнительного ключа 25, последний заперт. В момент закрывани зар дных ключей ток через диод 15 прекращаетс и конденсаторы цепочек, соединенные в параллель, разр жа сь через токоограничивающий резистор 27, открывают ключ 25 и подзар жают конденсатор 23, питающий схему управлени разр дными ключами. По прошествии определенного времени задержки, необходимого дл обеспечени полного закрывани зар дных ключей и формируемого схемой управлени разр дThe work of the downconverter is as follows. During the open state of the charging keys 16 and 17, a successive charge of the capacitors of chains 1–4 occurs. At the same time, due to the voltage drop on the additional charge diode 15 connected between the base and the emitter of the first additional key 25, the latter is locked. At the moment of closing the charge switches, the current through the diode 15 stops and the capacitors of the chains connected in parallel, discharging through the current limiting resistor 27, open the key 25 and recharge the capacitor 23 supplying the control circuit of the bit. After a certain delay, it is necessary to ensure the complete closure of the charge keys and the discharge control circuit

Claims

Claim

A step-down converter containing η parallel-connected circuits consisting of two discharge diodes connected in series through a capacitor, (n – 1) charging diodes connecting the capacitor plates of adjacent circuits, the first charging key connecting the positive input terminal to the first capacitor plate of the first circuit, second charge - 35th key connecting the negative input terminal to the second capacitor plate of the last circuit, the first bit key connecting the first plate through the first group of discharge diodes and capacitors of all circuits with a positive output terminal, a second bit key connecting through the second group of discharge diodes the second plates of the capacitors of all chains with a negative output terminal, control circuits for charging and discharge keys, in parallel connected - a zener diode and a supply capacitor, a diode connected to the anode to the second lining of the capacitor of the last chain and the cathode to the first lining of the supply capacitor, characterized in that, in order to increase the efficiency and ensure operability in w The wide range of load current changes, two additional transistor switches, an additional charging diode and two current ¹⁵ limiting resistors are introduced into it, the first of which is connected between the base of the first additional transistor switch and the cathodes of the first group of discharge diodes, the second - between the collector of the second additional transistor switch and the base of the first discharge key, and the additional charging diode is connected by an anode to the second capacitor plate of the last chain, and by the cathode to the base of the first Tel'nykh transistor Clew ²⁵ ca and the collector of the second charging switch, the collector of the first additional transistor switch connected to the cathodes of the first group bit diodes its emitter - to the first plate of the supply capacitor 30 and the output bit key management scheme - to the base of the second additional transistor switch whose emitter connected to the base of the second bit key.