Импульсный регулятор постоянного напряжения Российский патент 2019 года по МПК H02M3/155 

Описание патента на изобретение RU2702762C1

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано, например, в источниках питания для многоуровневых автономных инверторов напряжения, электротехнологических установок микродугового оксидирования вентильных металлов и сплавов, электроэрозионной обработки сверхтвердых металлов, электроавтомобилей, устройств с питанием от солнечных батарей и др.

Известно устройство импульсного регулятора постоянного напряжения (В.И. Антонов, Б.А. Глебов Импульсный регулятор напряжения, патент на изобретение РФ №2653580, МПК Н02М 1/16, Н02М 1/42, Н02М 3145, G05F 1/70 бюл. №14, 15.05.2018 г.) содержащий силовые транзисторы, силовые управляемые ключи, линейный трансформатор с тремя обмотками, дополнительный дроссель, в цепь которого и обмоток трансформатора включены силовые транзисторные диоды, конденсаторы входного и выходного фильтров, связанные с выводами обмоток трансформатора, дросселем и нагрузкой.

Недостатками данного импульсного регулятора напряжения являются повышенная сложность и снижение КПД регулятора из-за повышенного числа силовых диодов, транзисторов, числа обмоток трансформатора и дросселя, особенно на повышенных частотах и при получении повышенного напряжения на нагрузке, относительно низкий коэффициент передачи первичного напряжения.

Устройством, наиболее близким к предлагаемому, является импульсный регулятор постоянного напряжения (Основы силовой электроники: учеб. пособие. - Изд. 2-е, испр. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003, Схема «SEPIC» рис. 7.2.13, стр. 355), состоящий из входного источника питания, входного реактора, подключенного первым выводом к плюсовой клемме входного источника питания, а вторым выводом к первому выводу последовательной цепи, содержащей буферный конденсатор, выходной реактор и подключенной вторым выводом к минусовой клемме входного источника питания, силового транзистора, подключенного коллектором к первому выводу последовательной цепи, эмиттером к минусовой клемме входного источника питания, а затвором к драйверу управления, нагрузочной цепи, содержащей нагрузку, накопительный конденсатор и подключенной через силовой диод параллельно выходному реактору.

Недостатками данного регулятора являются относительно низкий коэффициент передачи первичного напряжения, один вывод выходного напряжения, снижение КПД из-за повышенных потерь при получении высоких значений напряжения на нагрузке.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение КПД устройства.

Технический результат - увеличение коэффициента передачи первичного напряжения Кп.н.=Uвых/Uвх в среднем в два раза, увеличение числа нагрузок с различными уровнями выходного напряжения относительно входного без использования дополнительных силовых управляемых ключей (транзисторов), что позволяет расширить функциональные возможности, упростить конструкцию и повысить КПД устройства при получении высоких значений напряжения на нагрузке.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что импульсный регулятор постоянного напряжения, состоящий из входного источника питания, входного реактора, подключенного первым выводом к плюсовой клемме входного источника питания, а вторым выводом к первому выводу последовательной цепи, содержащей буферный конденсатор, выходной реактор и подключенной вторым выводом к минусовой клемме входного источника питания, силового транзистора, подключенного коллектором к первому выводу последовательной цепи, эмиттером к минусовой клемме входного источника питания, а затвором к драйверу управления, нагрузочной цепи, содержащей нагрузку, накопительный конденсатор и подключенной через силовой диод параллельно выходному реактору, в отличие от прототипа, содержит вторую последовательную цепь со вторым буферным конденсатором, вторым реактором и второй нагрузочной цепью, третий конденсатор и третью нагрузку, при этом первый вывод второго реактора подключен непосредственно к общей клемме соединения второго вывода входного реактора, первого вывода первого буферного конденсатора и коллектора силового транзистора, а второй вывод, которого подключен к минусовой клемме входного источника питания через второй буферный конденсатор, третий конденсатор одним выводом подключен к минусовой клемме накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи, другим к плюсовой клемме накопительного конденсатора первой нагрузочной цепи, а третья нагрузка подключена между минусовой клеммой входного источника питания и плюсовой клеммой накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи.

Существо изобретения поясняется рис. 1, на которой изображена схема импульсного регулятора постоянного напряжения.

Импульсный регулятор постоянного напряжения содержит входной источник питания постоянного напряжения 1, плюсовая клемма которого соединена с первым выводом входного реактора 2, а между вторым выводом и общей минусовой клеммой источника питания 1 подключен совмещенный (или полевой) транзистор 3, к затвору которого подключен выход блока управления (драйвера) 4. Параллельно транзистору 3 подключены две последовательные цепочки, состоящие из первого буферного конденсатора 5, первого выходного реактора 6 и второго буферного конденсатора 7, второго выходного реактора 8, причем параллельно первому 6 и второму 8 выходным реакторам через диоды 9 и 10 подключены две нагрузочные цепи, состоящие соответственно из параллельно соединенных конденсаторов 11 и 12 с нагрузками 13 и 14, причем между минусовой клеммой второй нагрузочной цепи 12, 14 и плюсовой клеммой первой нагрузочной цепи 11, 13 подключен третий конденсатор 15, а третья нагрузка 16 подключена между минусовой клеммой входного источника питания 1 и плюсовой клеммой накопительного конденсатора 12 второй нагрузочной цепи, при этом нагрузки 13, 14, 16 подключены к накопительным конденсаторам через индивидуальные выключатели 17, 18, 19, позволяющие выполнять независимую коммутацию нагрузок 13, 14, 16.

Устройство работает следующим образом: управление импульсным регулятором осуществляется с помощью драйвера управления 4, при этом используется широтно-импульсный режим, то есть при постоянной частоте (периоде Т) отпирания транзистора 3, в процессе регулирования, изменяется только длительность (tu) открытого состояния транзистора. Входной ток Iвх источника питания 1, в процессе работы регулятора, течет непрерывно, как при закрытом, так и при открытом транзисторе 3. При этом в интервале закрытого состояния транзистора 3 заряжаются буферные конденсаторы 5 и 7 соответственно через выходные реакторы 6и 8 с полярностью указанной на рис. 1, где направление тока заряда через реакторы 6 и 8 показано пунктирной стрелкой. В интервале открытого состояния транзистора 3 буферные конденсаторы 5 и 7 разряжаются через выходные реакторы 6 и 8 и при напряжении на них выше, чем на конденсаторах 11, 12 включаются соответственно диоды 9 и 10, заряжая накопительные конденсаторы 11 и 12 и питая цепи нагрузок 13 (U1), 14 (U2), 16 (U3). Разделительный конденсатор 15 позволяет потенциально развязать минусовой вывод нагрузки 14 от плюсового вывода нагрузки 13, при этом выполняет и роль накопительного конденсатора совместно с конденсаторами 11, 12 для нагрузки 16. Полярность конденсатора 15 показана на рис. 1 при tu=0÷0,5Т, причем при tu=0,5T U15→0, несколько возрастая при tu→0, что позволяет дополнительно повысить Кпн для U3 при малых значения tu. В результате напряжение U3 на нагрузке 16 более чем в два раза выше, чем у прототипа при любых реальных значениях tu/T.

Заявляемое изобретение позволяет повысить коэффициент передачи первичного напряжения в два раза, расширить функциональные возможности за счет увеличения числа нагрузок с различными регулируемыми уровнями напряжения на нагрузках без использования дополнительных силовых транзисторов (ключей), повысить КПД устройства при получении особенно высоких значений напряжений на нагрузках.

Похожие патенты RU2702762C1

название год авторы номер документа
Импульсный регулятор постоянного напряжения 2018
  • Аитов Иршат Лутфуллович
RU2689804C1
РЕГУЛЯТОР ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИМ 2019
  • Аитов Иршат Лутфуллович
  • Терешкин Владимир Михайлович
  • Исрафилова Ляйсан Галиевна
RU2713464C1
КОМПЛЕКТНЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА 1997
  • Кашканов В.В.
RU2127200C1
Устройство для заряда конденсатора 1979
  • Драбович Юрий Иванович
  • Комаров Николай Сергеевич
SU853784A2
КОМПЛЕКТНЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА 1996
  • Кашканов В.В.
RU2101200C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАПУСКА СЕТЕВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ 2005
  • Карнаухов Николай Федорович
  • Зиновьев Николай Дмитриевич
  • Шошиашвили Михаил Элгуджевич
  • Пяткин Геннадий Алексеевич
RU2278458C1
КОМПЛЕКТНЫЙ ТЯГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА 2000
  • Кашканов В.В.
RU2191709C2
Инвертор с синусоидальным выходным напряжением 1986
  • Мустафа Георгий Маркович
  • Галустян Ремик Саркисович
  • Вартанян Грант Иванович
SU1410248A1
Устройство для защиты источника постоянного тока от перегрузки 1984
  • Александров Иван Васильевич
  • Гаврилов Анатолий Андреевич
  • Шарипо Владимир Иванович
SU1261039A1
Стабилизатор повышенного напряжения постоянного тока 1982
  • Стучевский Дмитрий Михайлович
  • Попов Сергей Григорьевич
  • Ушанова Светлана Ивановна
SU1086415A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 702 762 C1

Реферат патента 2019 года Импульсный регулятор постоянного напряжения

Изобретение относится к области силовой электроники и может быть использовано, например, в источниках питания для многоуровневых автономных инверторов напряжения, электротехнологических установок микродугового оксидирования вентильных металлов и сплавов, электроэрозионной обработки сверхтвердых металлов, электроавтомобилей, устройств с питанием от солнечных батарей и др. Сущность изобретения: импульсный регулятор постоянного напряжения состоит из входного источника питания, входного реактора, подключенного первым выводом к плюсовой клемме входного источника питания, а вторым выводом к первому выводу последовательной цепи, содержащей буферный конденсатор, выходной реактор и подключенной вторым выводом к минусовой клемме входного источника питания, силового транзистора, подключенного коллектором к первому выводу последовательной цепи, эмиттером к минусовой клемме входного источника питания, а затвором к драйверу управления, нагрузочной цепи, содержащей нагрузку, накопительный конденсатор и подключенной через силовой диод параллельно выходному реактору, причем в устройство дополнительно введены вторая последовательная цепь со вторым буферным конденсатором, вторым реактором и второй нагрузочной цепью, третий конденсатор и третья нагрузка, при этом первый вывод второго реактора подключен непосредственно к общей клемме соединения второго вывода входного реактора, первого вывода первого буферного конденсатора и коллектора силового транзистора, а второй вывод подключен к минусовой клемме входного источника питания через второй буферный конденсатор, третий конденсатор одним выводом подключен к минусовой клемме накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи, другим к плюсовой клемме накопительного конденсатора первой нагрузочной цепи, а третья нагрузка подключена между минусовой клеммой входного источника питания и плюсовой клеммой накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи. Технический результат – увеличение коэффициента передачи. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 702 762 C1

Импульсный регулятор постоянного напряжения, состоящий из входного источника питания, входного реактора, подключенного первым выводом к плюсовой клемме входного источника питания, а вторым выводом к первому выводу последовательной цепи, содержащей буферный конденсатор, выходной реактор и подключенной вторым выводом к минусовой клемме входного источника питания, силового транзистора, подключенного коллектором к первому выводу последовательной цепи, эмиттером к минусовой клемме входного источника питания, а затвором к драйверу управления, нагрузочной цепи, содержащей нагрузку, накопительный конденсатор и подключенной через силовой диод параллельно выходному реактору, отличающийся тем, что содержит вторую последовательную цепь со вторым буферным конденсатором, вторым реактором и второй нагрузочной цепью, третий конденсатор и третью нагрузку, при этом первый вывод второго реактора подключен непосредственно к общей клемме соединения второго вывода входного реактора, первого вывода первого буферного конденсатора и коллектора силового транзистора, а второй вывод подключен к минусовой клемме входного источника питания через второй буферный конденсатор, третий конденсатор одним выводом подключен к минусовой клемме накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи, другим к плюсовой клемме накопительного конденсатора первой нагрузочной цепи, а третья нагрузка подключена между минусовой клеммой входного источника питания и плюсовой клеммой накопительного конденсатора второй нагрузочной цепи.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2702762C1

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ 2016
  • Антонов Владимир Игоревич
  • Глебов Борис Александрович
RU2653580C2
КОРРЕКТОР КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ 2013
  • Глебов Борис Александрович
  • Голиков Василий Юрьевич
  • Жигачёв Василий Андреевич
  • Куимов Дмитрий Александрович
  • Куклин Юрий Юрьевич
  • Матвеев Андрей Юрьевич
  • Серов Сергей Александрович
RU2542749C2
0
SU158535A1
БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 2015
  • Китадзава Осаму
RU2651950C2
US 4607319 A2, 19.08.1986.

RU 2 702 762 C1

Авторы

Аитов Иршат Лутфуллович

Мухамадиев Айдар Асхатович

Новикова Ксения Олеговна

Даты

2019-10-11Публикация

2018-12-24Подача