Двухполярный регулятор постоянного напряжения Российский патент 2024 года по МПК G05F1/585 H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам постоянного напряжения, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения.

Известны регуляторы постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками магнитного элемента [1].

Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками является отсутствие формирования двухполярного выходного напряжения. Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству одноканальный регулятор постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками в магнитном элементе [1].

Недостатки этого регулятора постоянного напряжения состоят в том, что в нем отсутствует второй канал выходного напряжения противоположного знака.

Цель изобретения – формирование двухполярного выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитный элемент магнитносвязанного регулятора постоянного напряжения введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками, включенными последовательно через конденсатор, каждая из которых противофазна первым двум обмоткам магнитного элемента, первая обмотка которой концом подключена к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а началом к второму конденсатору, к которому катодом подключен второй шунтирующий диод анодом подключенный к второму выходному конденсатору, вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой канал отрицательного выходного напряжения, при этом вторая обмотка вновь введенной цепи, началом подключена к общей точке соединения второго конденсатора с вторым шунтирующим диодом, а конец второй обмотки подключен к общей шине.

На фиг.1 и 2 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения.

В нем (фиг.1) силовой регулирующий ключ 1 подключен к концу первой обмотки 3 магнитносвязанного магнитного элемента, начало которой подключено к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а второй вывод силового регулирующего ключа 1 подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения, образующего общую шину. К общей точке соединения силового регулирующего ключа 1 и конца обмотки 3 подключен первый конденсатор 2, второй вывод которого подключен к аноду шунтирующего диода 4, катод которого подключен к первому выходному конденсатору 6, вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой 7 канал положительного выходного напряжения. При этом к общей точке соединения конденсатора 2 и анода диода 4 подключена концом вторая обмотка 5 магнитносвязанного магнитного элемента, начало которой подключено к общей шине.

В магнитносвязанный магнитный элемент введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками 9, 11, включенными последовательно через конденсатор 8, каждая из которых противофазна первым двум обмоткам 3, 5 магнитного элемента, первая обмотка 9 которой концом подключена к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а началом к второму конденсатору 8, к которому катодом подключен второй шунтирующий диод 10 анодом подключенный к второму выходному конденсатору 12, вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой 13 канал отрицательного выходного напряжения. При этом вторая обмотка 11 вновь введенной цепи, началом подключена к общей точке соединения второго конденсатора 8 с вторым шунтирующим диодом 10, а конец второй обмотки 11 подключен к общей шине.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения, в которой последовательно с каждой первой обмоткой по каждому каналу включены линейные индуктивности 14, 15.

Принцип действия предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике магнитного элемента.

Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 1.

При замкнутом состоянии ключа 1 в течение времени DT протекает процесс, связанный с накоплением магнитной энергии в сердечнике магнитного элемента.

В результате этого процесса конденсатор 2 разряжается, а конденсатор 8 заряжается. Средние напряжения на этих конденсаторах постоянны и равны напряжению источника входного напряжения. После выключения силового регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка напряжений на всех обмотках магнитного элемента, следствием чего является включение шунтирующих диодов 4,10, длительность работы которых протекает в течение времени (1-D)T. На этом интервале времени происходит заряд конденсатора 2, и разряд конденсатора 8 за счет магнитной энергии, накопленной в магнитном элементе на интервале времени DT включенного состояния силового регулирующего ключа 1.

В результате выведения магнитной энергии, накопленной в магнитном элементе на интервале времени DT включенного состояния силового регулирующего ключа 1 в выходные цепи через шунтирующие диоды 4,10, на выходах устанавливаются равные выходные напряжения V_IND/(1-D) по величине и противоположные по знаку. При изменении числа витков вновь введенной магнитносвязанной цепи при сохранении их равенства по отношению к первой магнитносвязанной цепи можно получить разнополярные выходные напряжения различные по величине, но изменяющиеся по единому закону.

Использование магнитносвязанных цепей по каждому каналу, обусловленных обмотками 3, 5 по каналу положительного выходного напряжения и обмотками 9, 11 по каналу отрицательного выходного напряжения, позволяет существенно увеличить дифференциальную индуктивность обмоток для пульсаций тока. При равенстве числа витков магнитносвязанных цепей, включение линейных индуктивностей 14, 15 последовательно с обмотками 3, 9 (фиг.2), позволяет обеспечить гладкое потребление тока от входного источника постоянного напряжения, практически без пульсаций тока.

Таким образом, предлагаемый двухполярный регулятор постоянного напряжения позволяет по сравнению с известным устройством осуществить реализацию двухполярного выходного напряжения с сохранением всех преимуществ известного устройства.

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр.58 рис.2.11.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к регуляторам постоянного напряжения, и может быть использовано в системах вторичного электропитания для регулирования и стабилизации постоянного выходного напряжения. Технический результат – формирование двухполярного выходного напряжения. Устройство содержит силовой регулирующий ключ (1) и магнитный элемент с магнитносвязанными обмотками. Первая обмотка магнитного элемента (3) началом подключена к первому полюсу входного источника постоянного напряжения, а концом через регулирующий ключ (1) к второму полюсу входного источника постоянного напряжения, образующего общую шину. К общей точке соединения ключа (1) и обмотки (3) подключен первый конденсатор (2), к которому анодом подключен первый шунтирующий диод (4), который катодом подключен к первому выходному конденсатору (6), вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой (7) канал положительного выходного напряжения. Вторая обмотка магнитного элемента (5) концом подключена к общей точке соединения анода диода (4) и первого конденсатора (2), а началом к общей шине. В магнитный элемент введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками (9, 11), каждая из которых противофазна первым двум обмоткам (3, 5). Первая обмотка (9) концом подключена к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а началом к второму конденсатору (8), к которому катодом подключен второй шунтирующий диод (10), анодом подключенный к второму выходному конденсатору (12), вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой (13) канал отрицательного выходного напряжения. Вторая обмотка (11) вновь введенной цепи началом подключена к общей точке соединения второго конденсатора (8) с вторым шунтирующим диодом (10), а концом – к общей шине. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухполярный регулятор постоянного напряжения, содержащий магнитный элемент с магнитносвязанными противофазными обмотками, включенными последовательно через первый конденсатор, первую обмотку, подключенную началом к первому полюсу входного источника постоянного напряжения, концом через регулирующий ключ к второму полюсу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, подключенный к первой обмотке шунтирующий диод, включенный анодом к первому конденсатору, катодом к выходному конденсатору, подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой канал положительного выходного напряжения, вторую обмотку, подключенную концом к общей точке соединения анода шунтирующего диода и конденсатора, а началом к общей шине, отличающийся тем, что в магнитный элемент введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками, включенными последовательно через второй конденсатор, каждая из которых противофазна первым двум обмоткам магнитного элемента, первая обмотка которой концом подключена к первому полюсу входного источника постоянного напряжения, началом к второму конденсатору, к которому катодом подключен второй шунтирующий диод, анодом подключенный к выходному конденсатору, другим полюсом подключенного к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой канал отрицательного выходного напряжения, а вторая обмотка подключена началом к общей точке соединения катода шунтирующего диода и второго конденсатора, а концом к общей шине.

2. Двухполярный регулятор постоянного напряжения по п.1, отличающийся тем, что последовательно с каждой первой обмоткой по каждому каналу включены линейные индуктивности.