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 меньшего по величине, чем напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного тока через регулирующий ключ, 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 выходного напряжения - меньше напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через вновь введенный 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 дополнительного 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 регулирующим ключом подключена к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсаторов.

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

В нем (фигура) первый 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 положительному полюсу первого регулирующего ключа 1, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, а вторичная обмотка 4 концом подключена к первому выводу вновь введенного второго регулирующего ключа 5, 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 регулирующим ключом 1 подключена к аноду диода 9, катод которого подключён к общей точке соединения конденсаторов 6, 7.

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 ключей 1,5, работающих одновременно.

При замкнутом состоянии ключей 1,5 в течение времени DT одновременно протекают два процесса - накопление магнитной энергии в линейной индуктивности 2 по первичной обмотке 3 от источника входного постоянного напряжения и заряд конденсатора 6 через второй ключ 5 от вторичной обмотки 4 магнитного элемента 2 до напряжения 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 второго ключа 5, 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 второй ключ 5 компенсируя ток намагничивания по первичной обмотке 3, что приводит к прямоугольной форме тока через второй ключ. Компенсация тока намагничивания позволяет существенно уменьшить число витков магнитного элемента.

После выключения ключей 1,5 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), что значительно ниже напряжения на регулирующем ключе равного V_IN/(1-D).

При одновременном включении двух ключей, включение второго ключа 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. Ток, протекающий через второй ключ, втекает в начало вторичной обмотки, что приводит к снижению тока через первый регулирующий ключ до отрицательной величины и снижению потерь через него как динамических, так и статических.

Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения повышающего типа осуществляется формирование высокого выходного напряжения - меньше напряжения на регулирующем ключе, формирование прямоугольного импульса тока через второй регулирующий ключ и уменьшение тока через первый регулирующий ключ до отрицательной величины, 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 высокого выходного напряжения - меньше напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д. Устройство содержит первый 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 положительному полюсу первого регулирующего ключа 1, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, а вторичная обмотка 4 концом подключена к первому выводу вновь введенного второго регулирующего ключа 5, 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 регулирующим ключом 1 подключена к аноду диода 9, катод которого подключён к общей точке соединения конденсаторов 6, 7. 1 ил.

Регулятор постоянного напряжения повышающего типа, содержащий линейную индуктивность, первым полюсом подключенную к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, другим полюсом через первый регулирующий ключ к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, 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, первичная обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к первому регулирующему ключу, подключенному к общей шине, введенная вторичная обмотка концом подключена к первому выводу введенного второго 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 которым включена нагрузка, а к общей точке соединения двух конденсаторов подключено начало вторичной обмотки линейной индуктивности.