Магнитно-связанный регулятор постоянного напряжения понижающего типа Российский патент 2025 года по МПК H02M3/155 

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, понижающие выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению [1].

Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения, понижающего типа, является проблематичность получения низкого выходного напряжения меньшего по величине, чем входное напряжение, при высоком уровне входного напряжения, так как это требует аномально малого относительного времени проводящего состояния регулирующего ключа, что приводит к большим токам через регулирующий ключ и снижению к.п.д.

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

Цель изобретения - формирование низкого выходного напряжения по отношению к входному напряжению, меньше известного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен двухобмоточный магнитный элемент с двумя шунтирующими диодами так что, первая из обмотка через первый конденсатор и регулирующий ключ началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к второму конденсатору, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения первого конденсатора с началом первой обмотки соединена с катодом первого шунтирующего диода, анод которого подключен к общей шине, общая точка соединения конца обмотки с первым выводом конденсатора подключена к аноду второго шунтирующего диода, катод которого подключен к общей точке соединения начала второй обмотки с конденсатором и вторым выводом регулирующего ключа, конец второй обмотки подключен к первому выводу конденсатора фильтра, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсатору фильтра включена нагрузка.

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого магнитно-связанного регулятора постоянного напряжения понижающего типа.

В нем (фиг.1) регулирующий ключ 1, линейная индуктивность 2 содержащую две обмотки 3,4, первая из которых через первый конденсатор 5 и регулирующий ключ 1, началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к второму конденсатору 6, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения первого конденсатора 5 с началом первой обмотки 3 соединена с катодом первого шунтирующего диода 7, анод которого подключен к общей шине, общая точка соединения конца обмотки 3 с первым выводом конденсатора 6 подключена к аноду второго шунтирующего диода 8, катод которого подключен к общей точке соединения начала второй обмотки 4 с конденсатором 5 и вторым выводом регулирующего ключа 1, конец второй обмотки 4 подключен к первому выводу конденсатора фильтра 9, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсатору фильтра 9 включена нагрузка 10.

Принцип действия предлагаемого магнитно-связанного регулятора постоянного напряжения понижающего типа рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике линейной индуктивности.

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

При замкнутом состоянии регулирующего ключа 1 в течение времени DT одновременно протекают два процесса - накопление магнитной энергии в линейной индуктивности 2 по обмоткам 3,4, от входного напряжения V_IN с передачей энергии в нагрузку.

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитного элемента и включение шунтирующих диодов 6,8, находящихся в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, в течение которого происходит выведение накопленной энергии в менингитном элементе через шунтирующие диоды 6,8, в конденсаторы 5,6 и нагрузку 10.

В результате описанного процесса на конденсаторах 5,6 устанавливается напряжение V_IND/(1+D), которое меньше напряжения в известном устройстве, а на нагрузке 2V_IND/(1+D), при этом ток протекающий через регулирующий ключ равен 2I_L/(1+D), а напряжение на регулирующем ключе V_IN/(1+D).

Данный магнитно-связанный регулятор постоянного напряжения понижающего типа увеличивает крутизну регулировочной характеристики вдвое, а следовательно, обеспечивает требуемый уровень выходного напряжения в диапазоне D ≤ 0,5, хотя позволяет работать и при D >0,5. При этом чем больше D, тем меньше напряжение на регулирующем ключе.

Таким образом, в предлагаемом магнитно-связанном регуляторе постоянного напряжения понижающего типа осуществляется формирование низкого выходного напряжения при больших значениях относительного времени проводящего состояния регулирующего ключа, позволяет уменьшить напряжение на регулирующем ключе, повысить к.п.д.

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр.6 рис.1.1.

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. Цель изобретения - формирование низкого выходного напряжения по отношению к входному напряжению, меньше известного устройства. Устройство содержит регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2, содержащую две обмотки 3, 4, первая из которых через первый конденсатор 5 и регулирующий ключ 1 началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к второму конденсатору 6, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения первого конденсатора 5 с началом первой обмотки 3 соединена с катодом первого шунтирующего диода 7, анод которого подключен к общей шине, общая точка соединения конца обмотки 3 с первым выводом конденсатора 6 подключена к аноду второго шунтирующего диода 8, катод которого подключен к общей точке соединения начала второй обмотки 4 с конденсатором 5 и вторым выводом регулирующего ключа 1, конец второй обмотки 4 подключен к первому выводу конденсатора фильтра 9, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсатору фильтра 9 включена нагрузка 10. 1 ил.

Магнитно-связанный регулятор постоянного напряжения понижающего типа, содержащий регулирующий ключ, шунтирующий диод, Г-образный LC-фильтр, к выходу которого подключена нагрузка, отличающийся тем, что магнитный элемент Г-образного LC-фильтра выполнен в виде двухобмоточного магнитного элемента, введены два дополнительных конденсатора и второй шунтирующий диод, выходной зажим регулирующего ключа, входной зажим которого подключен к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, подключен к двум параллельным цепям, первая из которых составлена из последовательного соединения первого конденсатора с началом первой обмотки, конец которой соединен с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, начало первой обмотки магнитного элемента подключено к катоду первого шунтирующего диода, анод которого подключен к общей шине, конец первой обмотки магнитного элемента подключен к аноду второго шунтирующего диода, катод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа и первого конденсатора, к которой подключена вторая из двух параллельных цепей, составленная из последовательно соединенных третьей обмотки магнитного элемента и конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, третья обмотка магнитного элемента подключена началом к точке соединения регулирующего ключа и первого конденсатора, а свободный вывод конденсатора фильтра подключен к общей шине.