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, 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 низкого выходного напряжения меньшего по величине, чем входное напряжение, прямоугольного тока через регулирующий ключ, разнесения фронтов тока и напряжения на регулирующем ключе, уменьшения числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышения к.п.д.

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

Цель изобретения - формирование низкого выходного напряжения по отношению к входному напряжению, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена вторая обмотка в магнитный элемент, включенная концом к первому выводу регулирующего ключа, второй вывод которого подключен к дополнительно введенному конденсатору, второй полюс которого подключен к началу вторичной обмотки, общая точка соединения которых подключена к второму конденсатору, включенному последовательно с дополнительным конденсатором, параллельно которым включена нагрузка, а общая точка соединения конца первичной обмотки магнитного элемента с катодом вновь введенного второго выпрямительного диода, анод которого подключен к общей шине, подключена к аноду первого выпрямительного диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсаторов.

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

В нем (фиг.1) регулирующий ключ 1, линейная индуктивность 2 содержащая две обмотки 3,4, первичная обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к катоду первого диода 5, анод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, а вторичная обмотка 4 концом подключена к первому выводу регулирующего ключа 1, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора 6, второй вывод которого соединен с началом обмотки 4, общая точка соединения которых соединена с конденсатором 7, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсаторам 6,7 включена нагрузка 8, а общая точка соединения конца первичной обмотки 3 магнитного элемента 2 с катодом первого диода 5, подключена к аноду второго диода 9, катод которого подключён к общей точке соединения конденсаторов 6,7.

Принцип действия предлагаемого 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 вторичной обмотке 4 от напряжения конденсатора 6, при этом через вновь введенный выпрямительный диод 5 осуществляется рекуперация энергии из конденсатора 6 в источник входного напряжения по первичной обмотке 3, что приводит к поддержанию напряжения на конденсаторе 6 равного nV_IN, где n-отношение витков вторичной обмотки 4 линейной индуктивности 2 к первичной обмотке 3, при этом конденсатор 6 заряжается током I_L/D регулирующего ключа 1, где I_L- ток нагрузки в то время как конденсатор 7 разряжается током нагрузки I_L.

На этом интервале времени работы равного DT идет процесс одновременного намагничивания магнитного элемента 2 по первичной обмотке 3 от источника входного напряжения V_IN и по обмотке 4 от постоянного напряжения на конденсаторе 6, ток намагничивания которой течет навстречу прямому току через регулирующий ключ 1 компенсируя ток намагничивания по первичной обмотке 3, что приводит к прямоугольной форме тока через регулирующий ключ. Компенсация тока намагничивания позволяет существенно уменьшить число витков магнитного элемента.

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитного элемента и включение выпрямительного диода 9, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, через который конденсатор 7, заряжается до напряжения nV_IN/(1-D) током I_L/(1-D) выпрямительного диода 9, при этом конденсатор 6 разряжается током нагрузки I_L. В течение всего периода T конденсаторы 6,7 заряжаются и разряжаются противофазно, что позволяет существенно уменьшить пульсации выходного напряжения.

В результате описанного процесса на нагрузке устанавливается напряжение, определяемое разностью напряжений на конденсаторах 6,7 равное V_IN[1-n(1-D]/(1-D), а на регулирующем ключе устанавливается напряжения nV_IN/(1-D).

При включении регулирующего ключа, нарастание тока через него происходит с некоторой задержкой из-за отрицательного напряжения на втором выводе ключа, подключенного к дополнительно введенному конденсатору, что приводит к разнесению фронтов тока и напряжения на ключе и уменьшению динамических потерь при включении.

Аналогичное явление происходит при выключении регулирующего ключа из-за задержки включения первого выпрямительного диода, что приводит к разнесению фронтов тока и напряжения при выключении регулирующего ключа и, как следствие, приводит к снижению динамических потерь при выключении регулирующего ключа.

Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения понижающего типа осуществляется формирование низкого выходного напряжения - меньше входного напряжения, формирование прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ и рекуперация тока через дополнительно введенный выпрямительный диод, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, 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 низкого выходного напряжения по отношению к входному напряжению, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д. Устройство содержит регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2, содержащую две обмотки 3, 4, первичная обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к катоду первого диода 5, анод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, а вторичная обмотка 4 концом подключена к первому выводу регулирующего ключа 1, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора 6, второй вывод которого соединен с началом обмотки 4, общая точка соединения которых соединена с конденсатором 7, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсаторам 6, 7 включена нагрузка 8, а общая точка соединения конца первичной обмотки 3 магнитного элемента 2 с катодом первого диода 5 подключена к аноду второго диода 9, катод которого подключен к общей точке соединения конденсаторов 6, 7. 1 ил.

Регулятор постоянного напряжения понижающего типа, содержащий линейную индуктивность, первым полюсом подключенную к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, другим полюсом к аноду второго выпрямительного диода, катодом подключенного к образующему выходное напряжение выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к общей шине, отличающийся тем, что в регуляторе постоянного напряжения понижающего типа линейная индуктивность выполнена в виде двухобмоточной линейной индуктивности, первичная обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к аноду второго выпрямительного диода и катоду первого выпрямительного диода, анод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, введенная вторичная обмотка линейной индуктивности концом подключена к первому выводу регулирующего ключа, второй вывод которого подключен к первому выводу вновь введенного конденсатора, второй вывод которого подключен к выходному конденсатору, образующему с ним последовательное соединение, параллельно которому включена нагрузка, а к общей точке соединения двух конденсаторов подключено начало вторичной обмотки.