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

Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения, повышающих выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению, является отсутствие возможности получения выходного напряжения большего по величине, чем напряжение на регулирующем ключе, прямоугольного тока через регулирующий ключ, уменьшения числа витков магнитного элемента, повышения к.п.д.

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

Цель изобретения - формирование высокого выходного напряжения - больше напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента, повышение к.п.д.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитный элемент введена дополнительная обмотка с числом витков равным или отличным от числа витков первой обмотки, конденсатор и выпрямительный диод, так что первая обмотка началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к положительному полюсу регулирующего ключа, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, вновь введенная вторая обмотка началом подключена к первому выводу вновь введенного конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки и к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к концу второй обмотки, а начало второй обмотки подключено к аноду шунтирующего диода, катод которого подключен к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к общей шине.

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

На фиг. 2 показана временная осциллограмма тока и напряжения на регулирующем ключе.

На фиг. 3 показана временная диаграмма разнесения фронтов тока и напряжения на регулирующем ключе при включении.

На фиг. 4 показана временная диаграмма разнесения фронтов тока и напряжения на регулирующем ключе при выключении.

В нем (фиг. 1) регулирующий ключ 1, линейная индуктивность 2 содержащая две обмотки 3,4, с одинаковым числом витков, первая обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к положительному полюсу регулирующего ключа 1, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, вторая обмотка 4 началом подключена к первому выводу вновь введенного конденсатора 5, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки 3 и к аноду выпрямительного диода 6, катод которого подключен к концу второй обмотки 4, а начало второй обмотки 4 подключено к аноду шунтирующего диода 7, катод которого подключен к первому выводу конденсатора фильтра 8 с параллельно включенной нагрузкой 9, второй вывод которого подключен к общей шине.

Принцип действия предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего 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 протекает процесс накопления магнитной энергии в линейной индуктивности 2 по первой обмотке 3 от источника входного постоянного напряжения, заряд вновь введенного конденсатора 5 до напряжения nV_IN, где n - отношение числа витков обмотки 4 к числу витков обмотки 3, от второй обмотки 4 через выпрямительный диод 6.

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитного элемента и включение шунтирующего диода 7, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, через которое выходной конденсатор 8 с параллельно включенной нагрузкой 9 заряжается до напряжения V_IN [D+(1+n)(1-D)]/(1-D).

В результате описанного процесса на нагрузке устанавливается напряжение V_IN(2-D)/(1-D) при n=1, которое выше напряжения на регулирующем ключе 1 равное V_IN/(1-D).

Заряд конденсатора 5 до напряжения nV_IN на интервале времени DT включенного состояния регулирующего ключа 1 приводит к одновременному намагничиванию сердечника по двум обмоткам 3,4, причем намагничивание по обмотке 4 приводит к компенсации изменений тока намагничивания по обмотке 3 и формирования прямоугольного тока через регулирующий ключ 1 с одновременным разнесением фонтов тока и напряжения на регулирующем ключе при его включении и выключении Фиг. 2, 3, 4 что позволяет уменьшать число витков магнитного элемента и повышать к.п.д.

Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения повышающего типа осуществляется формирование высокого выходного напряжения - большего напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента, разнесение фронтов тока и напряжения на регулирующем ключе, повышение к.п.д.

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр. 6 рис. 1.2.

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 высокого выходного напряжения - больше напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента, повышение к.п.д. Устройство содержит регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2, содержащую две обмотки 3,4 с числом витков, равным или отличным от числа витков первой обмотки, первая обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом - к положительному полюсу регулирующего ключа 1, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, вторая обмотка 4 началом подключена к первому выводу вновь введенного конденсатора 5, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки 3 и к аноду выпрямительного диода 6, катод которого подключен к концу второй обмотки 4, а начало второй обмотки 4 подключено к аноду шунтирующего диода 7, катод которого подключен к первому выводу конденсатора фильтра 8 с параллельно включенной нагрузкой 9, второй вывод которого подключен к общей шине. 4 ил.

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 регуляторе постоянного напряжения повышающего типа линейная индуктивность выполнена в виде двухобмоточной линейной индуктивности с равным или отличным числом витков по отношению к первой обмотке, первая обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к регулирующему ключу, подключенному к общей шине, введенная вторая обмотка началом подключена к первому выводу вновь введенного конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения положительного полюса регулирующего ключа с концом первой обмотки, к которой подключен анод выпрямительного диода, катод которого подключен к концу второй обмотки, начало которой подключено к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к общей шине.