Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа Российский патент 2024 года по МПК H02M3/135 

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 импульсные регуляторы постоянного напряжения, повышающие выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению [1].

Недостатком известных импульсных регуляторов постоянного напряжения, повышающих выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению, является отсутствие возможности формирования постоянного выходного напряжения с высокой степенью эффективности (КПД).

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству повышающий импульсный регулятор постоянного напряжения [1].

Недостатком этого повышающего импульсного регулятора постоянного напряжения является невозможность получения высокой эффективности (КПД).

Цель изобретения - формирование постоянного выходного напряжения повышающего типа высокой эффективности (КПД).

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена вторая линейная индуктивность, включенная одним полюсом через конденсатор к первой линейной индуктивности, общая точка соединения второй линейной индуктивности с конденсатором через регулирующий ключ подключена к общей шине, вторым полюсом к образующему выходное напряжение выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине, при этом шунтирующий диод анодом подключен к общей точке соединения первой индуктивности с конденсатором, а катодом к конденсатору, образующему постоянное выходное напряжение с параллельно включенной нагрузкой.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа.

В нем (фиг. 1) силовой регулирующий ключ 1, две линейные индуктивности 2,3, соединенные последовательно через конденсатор 4, первая индуктивность 2 первым полюсом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а другим полюсом через конденсатор 4 и регулирующий ключ 1 к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения образующему общую шину. Вторая линейная индуктивность 3 первым полюсом подключена к общей точке соединения ключа 1 и конденсатора 4, а вторым полюсом к образующему выходное напряжение конденсатору 5 с параллельно включенной нагрузкой 6, второй полюс которого подключен к общей шине. В устройство введен шунтирующий диод 7, анодом подключенный к общей точке соединения первой индуктивности 2 с конденсатором 4, а катодом к образующему выходное напряжение конденсатору 5 с параллельно включенной нагрузкой 6, второй полюс которого подключен к общей шине.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в котором две линейные индуктивности, включенные последовательно через конденсатор объединены на общем магнитопроводе в виде двух обмоток, включенных встречно, образующих магнитносвязанный магнитный элемент.

На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в котором последовательно с первой обмоткой магнитного элемента включена линейная индуктивность 8.

Принцип действия предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитных потоков в сердечниках линейных индуктивностей.

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

При замкнутом состоянии ключа 1 в течение времени DT напряжение на конденсаторе 4 равное V_IND/(1-2D) положительным полюсом через включенный ключ 1 подключатся к общей шине, что приводит к накоплению магнитной энергии в индуктивности 2 от источника входного постоянного напряжения и конденсатора 4, вследствие чего конденсатор 4 разряжается и одновременно с этим процессом идет процесс накопления магнитной энергии в индуктивности 3 через включенный ключ 1 от выходного постоянного напряжения. После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка ЭДС на индуктивностях 2,3, приводящая к включению шунтирующего диода 7, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T. На этом интервале времени, накопленная энергия в индуктивности 2 выводится в выходную цепь, а накопленная энергия в индуктивности 3 выводится в конденсатор 4, вследствие чего конденсатор 4 заряжается.

В результате изложенных процессов в индуктивностях устанавливаются средние токи: I_L(1-D)/(1-2D) в индуктивности 2 и I_L(D)/(1-2D) в индуктивности 3, где I_L - ток нагрузки, а на конденсаторах 4 и 5 устанавливаются средние напряжения: V_IND/(1-2D) на конденсаторе 4 и V_IN (1-D)/(1-2D) на конденсаторе 5 образующего с параллельно включенной нагрузкой 6 выходное напряжение. Рассредоточение энергии по нескольким накопителям энергии, индуктивностям 2,3, конденсаторам 4,6 в процессе преобразования потребляемой мощности от источника входного постоянного напряжения в выходную мощность, позволяет получить высокую эффективность (КПД) предлагаемого высокоэффективного импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа.

Использование магнитного элемента (фиг. 2), заменяющего две линейные индуктивности в виде одной магнитосвязанной цепи, состоящей из двух встречно включенных обмоток, разделенных конденсатором, позволяет упростить магнитные элементы в высокоэффективном импульсном регуляторе постоянного напряжения повышающего типа и обеспечить условие для увеличения дифференциальной индуктивности обмоток магнитного элемента. При равенстве числа витков магнитносвязанных обмоток магнитного элемента включение линейной индуктивности 8 последовательно с первой обмоткой, подключенной к источнику входного постоянного напряжения (фиг. 3), позволяет исключить пульсации тока в этой обмотке и, как следствие этого, исключить пульсации тока, потребляемого от источника входного постоянного напряжения.

Таким образом, предлагаемый высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по сравнению с известным устройством позволяет осуществить высокоэффективное преобразование потребляемой энергии от источника входного постоянного напряжения с сохранением всех преимуществ известного устройства.

Источники информации

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр.61, рис.1.2., стр.38, рис.1.26.

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 изобретения - формирование постоянного выходного напряжения повышающего типа высокой эффективности (КПД). Устройство содержит силовой регулирующий ключ (1), две линейные индуктивности (2,3), соединенные последовательно через конденсатор (4), первая индуктивность (2) первым полюсом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а другим полюсом через конденсатор (4) и регулирующий ключ (1) к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину. Вторая линейная индуктивность (3) первым полюсом подключена к общей точке соединения регулирующего ключа (1) и конденсатора (4), а вторым полюсом - к образующему выходное напряжение конденсатору (5) с параллельно включенной нагрузкой (6), второй полюс которого подключен к общей шине. В устройство введен шунтирующий диод (7), анодом подключенный к общей точке соединения первой индуктивности (2) с конденсатором (4), а катодом к образующему выходное напряжение конденсатору (5) с параллельно включенной нагрузкой (6), второй полюс которого подключен к общей шине. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа, содержащий линейную индуктивность, первым полюсом подключенную к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, другим полюсом через регулирующий ключ к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, шунтирующий диод, подключенный анодом к общей точке соединения линейной индуктивности с регулирующим ключом, а катодом к образующему выходное напряжение выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что в высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа введена вторая линейная индуктивность, одним полюсом включенная к общей точке соединения регулирующего ключа с введенным конденсатором, другим к положительному выводу выходного постоянного напряжения, а шунтирующий диод, анодом подключенный к общей точке соединения первой индуктивности с введенным конденсатором, катодом подключен к положительному выводу выходного постоянного напряжения.

2. Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что две линейные индуктивности, включенные последовательно через конденсатор, объединены на общем магнитопроводе в виде двух обмоток, включенных встречно, образующих магнитносвязанный магнитный элемент.

3. Высокоэффективный импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что последовательно с первой обмоткой магнитносвязанного магнитного элемента включена линейная индуктивность.