Магнитно-связанный регулятор постоянного напряжения повышающего типа Российский патент 2025 года по МПК H02M3/335 

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 и пульсаций выходного напряжения, 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 и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитный элемент введены две дополнительные обмотки с числом витков равным числу витков первой обмотки, два конденсатора 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 концом подключена к первому выводу вновь введенного первого конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки и к аноду шунтирующего диода, катод которого подключен к началу второй обмотки, общая точка соединения которых соединена с вторым конденсатором, второй вывод которого подключен к общей шине, а конец второй обмотки подключен к первому выводу третьего вновь введенного конденсатора, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного диода, анод которого подключен к началу второй обмотки, общая точка соединения катода выпрямительного диода с третьим конденсатором подключена к концу третьей вновь введенной обмотки, начало которой подключено к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к общей шине.

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

На фиг.2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого магнитно-связанного регулятора постоянного напряжения повышающего типа с линейной индуктивностью.

На фиг.3 показана временная осциллограмма тока и напряжения на регулирующем ключе.

В нем (фиг.1) регулирующий ключ 1, линейная индуктивность 2 содержащая три обмотки 3,4,5 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 концом подключена к первому выводу вновь введенного первого конденсатора 6, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки 3 и к аноду шунтирующего диода 7, катод которого подключен к началу второй обмотки 4, общая точка соединения которых соединена с вторым конденсатором 8, второй вывод которого подключен к общей шине, а конец второй обмотки 4 подключен к первому выводу третьего конденсатора 9, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного диода 10, анод которого подключен к началу второй обмотки 4, общая точка соединения катода выпрямительного диода 10 с третьим конденсатором 9 подключена к концу третьей обмотки 5, начало которой подключено к первому выводу конденсатора фильтра 11 с параллельно включенной нагрузкой 12, второй вывод которого подключен к общей шине.

Принцип действия предлагаемого магнитно-связанного 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, второй обмотки 4 от второго конденсатора 8, передача энергии в нагрузку из конденсатора 8 через выпрямительный диод 10, через который одновременно осуществляется заряд третьего конденсатора 9 до входного напряжения V_IN по второй обмотке 4.

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 второй конденсатор 8 заряжается до напряжения V_IN/(1-D), а первый конденсатор 6 до напряжения V_IN D/(1-D) с одновременной передачей энергии в нагрузку от источника входного постоянного напряжения через обмотки 3, 5 и конденсаторы 6, 9.

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

Заряд третьего конденсатора 9 до напряжения V_IN на интервале времени DT включенного состояния регулирующего ключа 1 с одновременной передачей энергии в нагрузку приводит, как было сказано выше, 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.3, что позволяет уменьшать число витков магнитного элемента и повышать к.п.д. Включение линейной индуктивности 13 последовательно с третьей обмоткой позволяет свести пульсации выходного напряжения практически к нулю.

Таким образом, в предлагаемом магнитно-связанном 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 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 - больше 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 регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2, содержащую три обмотки 3, 4, 5 с равным 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 концом подключена к первому выводу вновь введенного первого конденсатора 6, второй вывод которого подключен к общей точке соединения регулирующего ключа с концом первой обмотки 3 и к аноду шунтирующего диода 7, катод которого подключен к началу второй обмотки 4, общая точка соединения которых соединена с вторым конденсатором 8, второй вывод которого подключен к общей шине, а конец второй обмотки 4 подключен к первому выводу третьего конденсатора 9, второй вывод которого соединен с катодом выпрямительного диода 10, анод которого подключен к началу второй обмотки 4, общая точка соединения катода выпрямительного диода 10 с третьим конденсатором 9 подключена к концу третьей обмотки 5, начало которой подключено к первому выводу конденсатора фильтра 11 с параллельно включенной нагрузкой 12, второй вывод которого подключен к общей шине. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Магнитно-связанный 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 магнитно-связанном регуляторе постоянного напряжения повышающего типа линейная индуктивность выполнена в виде трехобмоточной линейной индуктивности с равным числом витков, первая обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к регулирующему ключу, подключенному к общей шине, введенная вторая обмотка концом подключена к первому выводу первого вновь введенного конденсатора, второй вывод которого подключен к общей точке соединения положительного полюса регулирующего ключа с концом первой обмотки, к которой подключен анод шунтирующего диода, катод которого подключен к общей точке соединения начала второй обмотки с первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к обшей шине, при этом начало второй обмотки подключено к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к первому выводу третьего конденсатора, второй вывод которого подключен к концу второй обмотки, одновременно катод выпрямительного диода подключен к концу третьей обмотки, начало которой подключено к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к общей шине.

2. Магнитно-связанный регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п. 1, отличающийся тем, что последовательно с третьей обмоткой включена линейная индуктивность.