ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ


RU (11) 2009602 (13) C1

(51) 5 H02M3/07 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5034143/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.03.26 
(45) Опубликовано: 1994.03.15 
(71) Заявитель(и): Игумнов Д.В.; Масловский В.А.; Сигов А.С. 
(72) Автор(ы): Игумнов Д.В.; Масловский В.А.; Сигов А.С. 
(73) Патентообладатель(и): Московский институт радиотехники, электроники и автоматики 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 

Использование: при преобразовании постоянных напряжений, например, для цепей питания маломощных интегральных схем. Сущность изобретения: в преобразователе постоянного напряжения, содержащем два МДП-транзистора 1, 2, один из которых 1 имеет p-, а другой 2 n-канал, два диода 3, 4, три конденсатора 5, 6, 7 и четыре резистора 8-11, достигается повышение КПД за счет введения в него дополнительных диода 12 и резистора 13, с помощью которых осущестляется уменьшение сопротивления открытого МДП-транзистора 1, а следовательно, и потерь энергии в нем. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при преобразовании постоянных напряжений, например, для цепей питания маломощных интегральных схем.

Известен преобразователь постоянного напряжения, содержащий два полупроводниковых переключательных элемента, которые соединены последовательно друг с другом и состояния которых (открытое, закрытое) взаимно противоположны. Последовательная цепь, состоящая из полупроводниковых переключательных элементов, включается параллельно первичному источнику питания. Параллельно каждому переключательному элементу включена последовательная цепь из конденсатора и диода, благодаря чему происходит сложение напряжений, до которых заряжен каждый конденсатор. Основным недостатком такого преобразователя являются большие потери выходного напряжения, что и обуславливает относительно небольшой КПД.

Известно также устройство, содержащее два МДП-транзистора, один из которых имеет р-, а другой n-канал, два диода, два стабилитрона, три конденсатора и два резистора, являющиеся нагрузками устройства, первые выводы которых подключены к истоку с подложкой МДП-транзистора c n-каналом, аноду первого стабилитрона, катоду второго стабилитрона, первым обкладкам второго и третьего конденсаторов и минусовой клемме источника входного напряжения, плюсовая клемма которого подключена к истоку с подложкой МДП-транзистора с р-каналом, сток которого подключен к стоку МДП-транзистора с n-каналом и первой обкладке первого конденсатора, вторая обкладка которого подключена к катоду второго диода и аноду первого диода, катод которого подключен к катоду первого стабилитрона, второй обкладке второго конденсатора и второму выводу первого резистора, а второй вывод второго резистора подключен к анодам второго диода и второго стабилитрона и второй обкладке третьего конденсатора. Такой преобразователь обеспечивает получение двух выходных постоянных напряжений (одного положительного и одного отрицательного). Его основными недостатками являются относительно невысокие КПД и надежность.

Наиболее близким техническим решением является преобразователь постоянного напряжения, содержащий два МДП-транзистора, один из которых имеет р-, а другой n-канал, два диода, три конденсатора и четыре резистора, первые два из которых являются нагрузками устройства, а их первые выводы подключены к истоку МДП-транзистора с n-каналом, первым обкладкам второго и третьего конденсаторов, первому выводу третьего резистора и минусовой клемме источника входного напряжения, плюсовая клемма которого подключена к истоку с подложкой МДП-транзистора с р-каналом, сток которого подключен к первой обкладке первого конденсатора и стоку МДП-транзистора с n-каналом, подложка которого подключена ко второму выводу третьего резистора и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключен ко второму выводу второго резистора, второй обкладке третьего конденсатора и аноду второго диода, катод которого подключен ко второй обкладке первого конденсатора и аноду первого диода, катод которого подключен ко второму выводу первого резистора и второй обкладке второго конденсатора. Такой преобразователь имеет хорошую надежность, но относительно большие потери на открытом МДП-транзисторе с р-каналом (за счет повышенного сопротивления канала) снижают величину КПД, что и является основным недостатком прототипа.

Задача данного изобретения - повышение КПД устройства, при этом требуемый технический результат достигается за счет умеьшения потерь в открытом МДП-транзисторе с р-каналом в преобразователе постоянного напряжения, содержащем два МДП-транзистора, один из которых имеет р-, а другой n-канал, два диода, три конденсатора и четыре резистора, первые два из которых являются нагрузочными, а их первые выводы подключены к истоку МДП-транзистора с n-каналом, первым обкладкам второго и третьего конденсаторов, первому выводу третьего резистора и минусовой клемме источника входного напряжения, плюсовая клемма которого подключена к истоку МДП-транзистора с р-каналом, сток которого подключен к первой обкладке первого конденсатора и стоку МДП-транзистора с n-каналом, подложка которого подключена ко второму выводу третьего резистора и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключен ко второму выводу второго резистора, второй обкладке третьего конденсатора и аноду второго диода, катод которого подключен ко второй обкладке первого конденсатора и аноду первого диода, катод которого подключен ко второму выводу первого резистора и второй обкладке второго конденсатора, за счет введения дополнительных диода и резистора, первый вывод которого подключен к затвору МДП-транзистора с р-каналом и аноду дополнительного диода, катод которого подключен ко второму выводу дополнительного резистора и подложке МДП-транзистора с р-каналом.

За счет подачи управляющего сигнала не только на затвор, но и на подложку МДП-транзистора с р-каналом реализуется параллельное включение самого МДП-транзистора и биполярного p-n-p-транзистора, коллектором которого является сток, эмиттером - исток, а базой - подложка входящего в структуру МДП-транзистора с р-каналом. Малое остаточное сопротивление открытого биполярного транзистора уменьшает статические потери преобразователя, чем и определяется повышение КПД.

На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения, состоящая из МДП-транзистора с индуцированным р-каналом 1, МДП-транзистора с индуцированным n-каналом 2, двух диодов 3 и 4, трех конденсаторов 5, 6 и 7, четырех резисторов 8, 9, 10, 11, дополнительного диода 12 и дополнительного резистора 13. Минусовая клемма источника входного напряжения подключена к истоку МДП-транзистора 2, первым обкладкам конденсаторов 6 и 7, первым выводам резисторов 8, 9 и 10. Плюсовая клемма источника входного напряжения подключена к истоку МДП-транзистора 1, сток которого подключен к первой обкладке конденсатора 5 и стоку МДП-транзистора 2. Вторая обкладка конденсатора 5 подключена к катоду диода 4 и аноду диода 3, катод которого подключен ко второй обкладке конденсатора 6 и второму выводу резистора 8. Анод диода 4 подключен ко второй обкладке конденсатора 7 и вторым выводам резисторов 9 и 11. Первый вывод резистора 11 подключен ко второму выводу резистора 10 и подложке МДП-транзистора 2. Подложка МДП-транзистора 1 подключена к катоду диода 12 и второму выводу резистора 13, первый вывод которого подключен к аноду диода 12 и затвору МДП-транзистора 1.

Резисторы 8 и 9 являются нагрузками, включенными на выходах преобразователя. Сигналы управления устройством подаются на затворы силовых МДП-транзисторов 1 и 2 (как во втором аналоге и прототипе).

Основная часть предлагаемого устройства работает так же, как и прототип. При поступлении отпирающего сигнала на затвор МДП-транзистора 1 и запирающего сигнала на затвор МДП-транзистора 2 происходит заряд конденсатора 5 через открытый МДП транзиcтор 1, диод 3 и резиcтор 8. При этом также заряжаетcя конденcатор 6. При открывании МДП-транзистора 2 и закрывании МДП-транзистора 1 напряжение заряженного конденсатора 5 открывает диод 4. При этом энергия конденсатора 5 передается в нагрузку 9 и фильтрующий конденсатор 7. После очередного открывания МДП-транзистора 1 и закрывания МДП-транзистора 2 процессы в схеме повторяются. В результате, на нагрузке 8 будет присутствовать положительное, а на нагрузке 9 - отрицательное выходное напряжение. Для стабилизации выходных напряжений параллельно нагрузкам 8 и 9 можно включить опорные диоды или иные стабилизирующие элементы (как это имеет место во втором аналоге и прототипе). Отрицательное напряжение с нагрузки 9 через делитель напряжения, выполненный на резисторах 10 и 11, поступает на подложку МДП-транзистора 2, чем устраняется возможность развития вторичного пробоя в биполярной структуре МДП-транзистора 2 и, следовательно, обеспечивается надежная работа устройства.

Основное отличие предлагаемого устройства состоит в наличии цепи из диода 12 и резистора 13, соединяющей затвор и подложку МДП-транзистора 1. Поскольку дырки имеют меньшую подвижность, чем электроны, то у МДП-транзисторов с р-каналом сопротивление канала в открытом состоянии всегда больше, чем у МДП-транзисторов с n-каналом. Этим определяются большие потери на открытом МДП-транзисторе 1, чем на МДП-транзисторе 2. С помощью цепи диода 12 и резистора 13 осуществляется уменьшение сопротивления открытого МДП-транзистора 1, а следовательно, и потерь энергии на нем.

При поступлении отрицательного управляющего напряжения на затвор МДП-транзистора 1 он открывается. В этом случае открывается и биполярный p-n-p-транзистор, входящий в структуру МДП-транзистора 1, ток базы (подложки) которого задается с помощью ограничительного резистора 13. Поскольку биполярные транзисторы в открытом состоянии имеют сопротивление существенно меньше, чем МДП-транзисторы, то p-n-p-транзистор будет шунтировать весь МДП-транзистор 1, чем и будет обуславливаться снижение потерь энергии. За счет малых потерь реализуется повышенный КПД предлагаемого устройства.

При поступлении положительного управляющего напряжения на затвор МДП-транзистора 1 он закрывается так же, как и его p-n-p-транзистор, запирающее напряжение на базу (подложку) которого подается через диод 12.

Экспериментальная проверка преобразователя постоянного напряжения была проведена на МДП-транзисторах КП701, 2П702, 2П703, 2П803 и лабораторных образцах. По сравнению с прототипом в предлагаемом устройстве наблюдалось повышение КПД. Так, при частоте переключения в 200 кГц КПД предлагаемого устройства достигал примерно 0,92, тогда как в прототипе не превышал 0,88. (56) Патент Японии N 49-6610, кл. H 02 M 3/14, 1974.

Э. М. Ромаш Высокочастотные транзисторные преобразователи, М. : Радио и связь, 1988, с. 166, р. 5,24в.

Авторское свидетельство СССР N 1729336, кл. H 02 M 3/07, 1992. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий два МДП-транзистора, один из которых имеет p-, а другой n-канал, два диода, три конденсатора и четыре резистора, первые два из которых являются нагрузочными, а их первые выводы подключены к истоку МДП-транзистора с n-каналом, первым выводам второго и третьего конденсаторов, первому выводу третьего резистора и отрицательному входному выводу, при этом положительный входной вывод подключен к истоку МДП-транзистора с p-каналом, сток которого подключен к первому выводу первого конденсатора и стоку МДП-транзистора с n-каналом, подложка которого подключена к второму выводу третьего резистора и первому выводу четвертого резистора, второй вывод которого подключен к второму выводу второго резистора, второму выводу третьего конденсатора и аноду второго диода, катод которого подключен к второму выводу первого конденсатора и аноду первого диода, катод которого подсоединен к второму выводу первого резистора и второму выводу второго конденсатора, отличающийся тем, что введены дополнительные диод и резистор, первый вывод которого подключен к затвору МДП-транзистора с p-каналом и аноду дополнительного диода, катод которого подключен к второму выводу дополнительного резистора и подложке МДП-транзистора с p-каналом.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru