RU2849998C1

RU2849998C1 - Понижающий регулятор постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности

Info

Publication number: RU2849998C1
Application number: RU2025114834A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Григорьевич Поликарпов; Владимир Анатольевич Поликарпов
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Filing date: 2025-06-01
Publication date: 2025-11-01

Abstract

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 прямоугольного тока в обмотках магнитного элемента, уменьшение напряжения на регулирующих ключах, снижение динамических и статических потерь. Устройство содержит регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2 содержащую две обмотки 3,4, первая из которых через регулирующий ключ 1, началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к конденсатору фильтра 5 с параллельно включенной нагрузкой 6, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения начала первой обмотки 3 с регулирующим ключом, соединена с катодом шунтирующего диода 7, анод которого подключен к первому выводу первого конденсатора 8, второй вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора 9, второй вывод которого подключен к общей шине, а общая точка соединения конденсаторов 8, 9 подключена к началу второй обмотки 4, конец которой подключен к аноду первого выпрямительного диода 10, катод которого подключен к аноду шунтирующего диода 7, конец второй обмотки 4 подключен также к катоду второго выпрямительного диода 11, анод которого соединен с общей шиной. Регулирующий ключ 1, шунтирующий диод 7, обмотка 3 магнитного элемента 2 образует электрическое соединение 12, которое может быть повторено n-раз, например, в виде регулирующего ключа 13, обмотки 14, шунтирующего диода 15. 2 ил.

Description

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 невозможность формирования прямоугольного тока в обмотках магнитного элемента, уменьшения напряжения на регулирующем ключе, снижение динамических и статических потерь

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

Цель изобретения - формирование прямоугольного тока в обмотках магнитного элемента, уменьшение напряжения на регулирующих ключах, снижение динамических и статических потерь.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен двухобмоточный магнитный элемент с двумя диодами так что, первая из обмоток через регулирующий ключ началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к конденсатору фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения начала первой обмотки с регулирующим ключом, соединена с катодом шунтирующего диода, анод которого подключен к двум последовательно включенным конденсаторам, параллельно которым включены два последовательно включенных выпрямительных диода, катодом подключенных к общей точке соединения анода шунтирующего диода с последовательно соединенными конденсаторами, а анодом к общей шине, при этом к общим точкам соединения двух конденсаторов и двух выпрямительных диодов включена вторая обмотка магнитного элемента, началом к общей точке соединения конденсаторов, а концом к общей точке соединения выпрямительных диодов. Регулирующий ключ, первичная обмотка магнитного элемента, шунтирующий диод, образуют электрическое соединение, которое многократно повторяется, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения.

На фиг.1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого понижающего регулятора постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности.

На фиг.2 показана осциллограмма сформированной, прямоугольной формы тока магнитного элемента.

В нем (фиг.1) регулирующий ключ 1, линейную индуктивность 2 содержащую две обмотки 3, 4, первая из которых через регулирующий ключ 1, началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к конденсатору фильтра 5 с параллельно включенной нагрузкой 6, второй вывод которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения начала первой обмотки 3 с регулирующим ключом, соединена с катодом шунтирующего диода 7, анод которого подключен к первому выводу первого конденсатора 8, второй вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора 9, второй вывод которого подключен к общей шине, а общая точка соединения конденсаторов 8, 9 подключена к началу второй обмотки 4, конец которой подключен к аноду первого выпрямительного диода 10, катод которого подключен к аноду шунтирующего диода 7, конец второй обмотки 4 подключен также к катоду второго выпрямительного диода 11, анод которого соединен с общей шиной. Регулирующий ключ 1, шунтирующий диод 7, обмотка 3 магнитного элемента 2 образует электрическое соединение 12, которое может быть повторено n-раз, например, в виде регулирующего ключа 13, обмотки 14, шунтирующего диода 15.

Принцип действия предлагаемого понижающего регулятора постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности 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 обмотке 3, от входного напряжения V_IN с передачей энергии в нагрузку и заряд конденсатора 9 от вторичной обмотки 4 магнитного элемента 2 через выпрямительный диод 11 до напряжения nV_IN(1-D).

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитного элемента и включение шунтирующего диода 7 и выпрямительного диода 10, находящихся в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, в течение которого происходит выведение накопленной энергии в магнитном элементе через шунтирующий диод 7, в конденсатор 5 и нагрузку 10.

В результате описанного процесса на конденсаторе 8 устанавливается напряжение nV_IND/(1+n), а на нагрузке V_IN(n+D)/(1+n), а на регулирующем ключе в выключенном состоянии V_IN/(1+n), где n-отношение числа витков обмотки 4 к числу витков обмотки 3, повышенной эффективности и мощности.

В данном понижающем регуляторе постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности на интервале времени DT включенного состояния регулирующего ключа 1 одновременно идут два процесса намагничивания магнитного элемента 2 по обмотке 3 от разности напряжений (V_IN - V₀) и по обмотке 4 от напряжения на конденсаторе 9 через выпрямительный диод 11, приводящий к компенсации нарастающего тока намагничивания по обмотке 3, что приводит к прямоугольной форме тока, через регулирующий ключ 1. Аналогичный процесс протекает на интервале времени (1-D)T выключенного состояния регулирующего ключа 1 и проводящего состояния шунтирующего диода 7, когда идет процесс размагничивания магнитного элемента 2 по обмотке 3 и выведение накопленной энергии в выходную цепь, и дополнительно по обмотке 4 через выпрямительный диод 10 в конденсатор 8, что приводит к компенсации изменений тока в обмотке 3 и прямоугольной форме тока через обмотку 3, показанной на фиг.2. Прямоугольная форма тока трансформируется во все обмотки дополнительно введенных регулирующих ключей обеспечивая равномерное распределение токов через них.

Таким образом, в предлагаемом понижающем регуляторе постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности осуществляется формирование прямоугольного тока в обмотках магнитного элемента и их равномерное распределение через регулирующие ключи, уменьшение напряжения на регулирующих ключах в проводящем состоянии, снижение статических и динамических потерь в регулирующем ключе с одновременным снижением напряжения на нем в выключенном состоянии.

1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр. 8 рис. 1.6.

Claims

Понижающий регулятор постоянного напряжения повышенной эффективности и мощности, содержащий регулирующий ключ, шунтирующий диод, магнитный элемент с двумя обмотками и конденсатор фильтра, к выходу которого подключена нагрузка, отличающийся тем, что магнитный элемент выполнен в виде многообмоточного магнитного элемента с изолированными обмотками с введением двух дополнительных конденсаторов и двух выпрямительных диодов, включенных таким образом, что выходной зажим регулирующего ключа, входной зажим которого подключен к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, подключен к началу первой обмотки магнитного элемента, конец которой подключен к первому выводу конденсатора фильтра с параллельно включенной нагрузкой, второй вывод которой подключен к отрицательному выводу источника входного постоянного напряжения, образующему общую шину, общая точка соединения начала первой обмотки с регулирующим ключом соединена с катодом шунтирующего диода, анод которого подключен к первому выводу первого конденсатора, второй вывод которого подключен к первому выводу второго конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине, а общая точка соединения конденсаторов подключена к началу второй обмотки, конец которой подключен к аноду первого выпрямительного диода, катод которого подключен к аноду шунтирующего диода, конец второй обмотки подключен также к общей точке соединения анода первого выпрямительного диода и катода второго выпрямительного диода, анод которого соединен с общей шиной, а параллельно регулирующему ключу с последовательно включенной первой обмоткой магнитного элемента, к общей точке соединения которых включен катод шунтирующего диода, анод которого подключен к последовательно соединенным конденсаторам, включены многократно повторенные аналогичные электрические цепи.