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 уменьшения импульсного тока через регулирующий ключ и повышения кпд.

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

Недостатком этого повышающего импульсного регулятора постоянного напряжения является невозможность уменьшения импульсного тока через регулирующий ключ и повышения кпд.

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

На фиг. 1, 2, 3 и 4 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа.

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

В нем (фиг. 1) силовой регулирующий ключ 1, две линейные индуктивности 2, 7, соединенные последовательно через конденсатор 6, первая линейная индуктивность 2 содержит две обмотки 3, 4, первичная обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а концом через регулирующий ключ 1 к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину и через конденсатор 6 к второй линейной индуктивности 7, которая вторым полюсом подключена к общей точке соединения образующего выходное напряжение выходного конденсатора 8 с параллельно включенной нагрузкой 9, второй полюс которого подключен к общей шине. В устройство введен шунтирующий диод 5, анодом подключенный к концу вторичной обмотки 4 первой линейной индуктивности 2, начало которой подключено к общей точке соединения конца первичной обмотки 3 и регулирующего ключа 1, а катодом к общей точке соединения конденсатора 6 с второй линейной индуктивностью 7.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой 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 импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой последовательно с первичной обмоткой магнитного элемента включена линейная индуктивность 10.

На фиг. 4 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого импульсного регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой последовательно с второй обмоткой магнитного элемента включена линейная индуктивность 11.

Принцип действия предлагаемого 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 одновременно протекают два процесса - накопление магнитной энергии в первой линейной индуктивности 2 по первичной обмотке 3 от источника входного постоянного напряжения, в результате которого при n=1, где n-отношение витков вторичной обмотки 4 линейной индуктивности 2 к первичной обмотке 3, через регулирующий ключ 1 течет ток I_L/(1-D), где I_L - ток нагрузки и передача энергии из конденсатора 6, заряженного до напряжения nV_IND/(1-D), в нагрузку через Г-образный LC-фильтр образованный второй линейной индуктивностью 7 и конденсаторам 8 с параллельно включенной нагрузкой, при этом конденсатор 6 разряжается, а ток разряда конденсатора 6 равный току нагрузки I_L течет навстречу прямому току через регулирующий ключ 1 в результате чего результирующий ток, который течет через регулирующий ключ 1, составляет I_L(D)/(1-D), что меньше, чем в стандартном повышающем (Boost) регуляторе постоянного напряжения.

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитных элементов и включение шунтирующего диода 5, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, через который конденсатор 6, заряжается до напряжения nV_IND/(1-D), а на первичной обмотке 3 первой линейной индуктивности 2 устанавливается напряжение V_C /n вследствие чего на входе Г-образного LC-фильтра действует напряжение V_IN+V_C(1+1/n) в течение времени (1-D)T.

Таким образом, в предлагаемом импульсном регуляторе постоянного напряжения повышающего типа осуществляется передача энергии в нагрузку в течение всего периода T, что повышает к.п.д. предлагаемого 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 импульсном регуляторе постоянного напряжения повышающего типа и обеспечить условие для увеличения дифференциальной индуктивности обмоток магнитного элемента.

При равенстве числа витков обмоток магнитносвязанного магнитного элемента включение линейной индуктивности 10 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.

Включение линейной индуктивности 11 магнитносвязанного магнитного элемента последовательно с второй обмоткой, подключенной к выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой (фиг.4), позволяет исключить пульсации тока в этой обмотке и, как следствие этого, исключить пульсации напряжения на нагрузке.

Таким образом, предлагаемый 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.

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 - уменьшение импульсного тока через регулирующий ключ, повышение кпд. Устройство содержит силовой регулирующий ключ (1), две линейные индуктивности (2, 7), соединенные последовательно через конденсатор (6), первая линейная индуктивность (9) содержит две обмотки (3, 4), первичная обмотка (3) из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а концом через регулирующий ключ (1) к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, и через конденсатор (6) к второй линейной индуктивности (7), которая вторым полюсом подключена к общей точке соединения, образующего выходное напряжение выходного конденсатора (8) с параллельно включенной нагрузкой (9), второй полюс которого подключен к общей шине. В устройство введен шунтирующий диод (5), анодом подключенный к концу вторичной обмотки (4) первой линейной индуктивности (2), начало которой подключено к общей точке соединения конца первичной обмотки (3) и регулирующего ключа (1), а катодом к общей точке соединения конденсатора (6) с второй линейной индуктивностью (7). 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа, содержащий первую 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 импульсном регуляторе постоянного напряжения повышающего типа первая линейная индуктивность выполнена в виде двухобмоточной линейной индуктивности, первичная обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного постоянного напряжения, концом к общей точке соединения регулирующего ключа с введенным конденсатором, другим полюсом подключенным к введенной второй линейной индуктивности, вторым полюсом подключенной к общей точке соединения образующего выходное напряжение выходного конденсатора с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине, а шунтирующий диод, анодом подключенный к концу вторичной обмотки первой линейной индуктивности, начало которой соединено с концом первичной обмотки этой линейной индуктивности, катодом подключен к общей точке соединения конденсатора с второй линейной индуктивностью.

2. 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 магнитно-связанный магнитный элемент.

3. Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что последовательно с первой обмоткой магнитно-связанного магнитного элемента включена дополнительная линейная индуктивность.

4. Импульсный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что последовательно с второй обмоткой магнитно-связанного магнитного элемента включена дополнительная линейная индуктивность.