RU2734101C1 - Adjustable step-up dc voltage converter - Google Patents
Adjustable step-up dc voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734101C1 RU2734101C1 RU2020117224A RU2020117224A RU2734101C1 RU 2734101 C1 RU2734101 C1 RU 2734101C1 RU 2020117224 A RU2020117224 A RU 2020117224A RU 2020117224 A RU2020117224 A RU 2020117224A RU 2734101 C1 RU2734101 C1 RU 2734101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- output
- converter
- charging
- diode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/16—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by dynamic converters
- H02M3/18—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by dynamic converters using capacitors or batteries which are alternately charged and discharged, e.g. charged in parallel and discharged in series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании малогабаритных и энергоэффективных многоуровневых повышающих регуляторов постоянного напряжения.The proposed invention relates to the field of converter technology and can be used to create small-sized and energy-efficient multilevel DC voltage step-up regulators.
Известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электротехника, №10, 2007, с. 34-40, рис. 1 - блок А1.1), содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки.Known adjustable DC voltage step-up converter (Electrical Engineering, No. 10, 2007, pp. 34-40, Fig. 1 - block A1.1), containing input, output and common terminals for connecting a DC voltage source and a load, respectively, n chains connected in parallel connected between the input and common terminals, each of a series-connected charging diode, a capacitor and a charging switch, (n-1) bit switches, each of which is connected between the opposite terminals of the capacitors of the corresponding adjacent chains, a bit switch connected between the input terminal and a point connections of the capacitor and the charging key of the last chain.
Дискретная регулировка выходного напряжения в данном преобразователе осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку, путем управления коммутацией разрядных ключей его силовой цепи.Discrete adjustment of the output voltage in this converter is carried out by changing the number of series-connected capacitors discharged to the load by controlling the switching of the bit switches of its power circuit.
К недостаткам данного регулируемого повышающего преобразователя следует отнести отсутствие плавной регулировки выходного напряжения, а также низкий КПД и плохие массогабаритные показатели из-за увеличения динамических потерь мощности и низкой частоты переключения полупроводниковых элементов силовой цепи ввиду их жесткой коммутации.The disadvantages of this adjustable step-up converter include the lack of smooth adjustment of the output voltage, as well as low efficiency and poor weight and dimensions due to an increase in dynamic power losses and a low switching frequency of semiconductor elements of the power circuit due to their rigid switching.
Кроме того, известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электропитание №4, 2018 г„ с. 152-159, рис. 2), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами преобразователя, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом преобразователя.In addition, an adjustable DC voltage step-up converter is known (Power supply No. 4, 2018, pp. 152-159, Fig. 2), which is a prototype of the proposed invention, containing input, output and common terminals for connecting a DC voltage source and an output capacitor, respectively, n parallel-connected chains connected between the input and common terminals of the converter, each consisting of a series-connected charging diode, capacitor, reactor and charging switch, (n-1) bit switches, each of which is connected between the connection point of the reactor and the charging switch of the previous chain and the connection point of the charging diode and the capacitor of the next chain, the discharge switch connected between the input terminal and the connection point of the reactor and the charging switch of the last chain, the discharge diode connected between the connection point of the charging diode with the capacitor of the first chain and the output terminal of the converter.
Дискретная регулировка выходного напряжения в прототипе также осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку, путем управления коммутацией разрядных ключей его силовой цепи. При этом КПД и массогабаритные показатели прототипа значительно улучшены благодаря мягкой коммутации его полупроводниковых элементов в моменты времени, когда их токи равны нулю.Discrete adjustment of the output voltage in the prototype is also carried out by changing the number of series-connected capacitors discharged to the load by controlling the switching of the discharge switches of its power circuit. At the same time, the efficiency and weight and dimensions of the prototype are significantly improved due to the soft switching of its semiconductor elements at times when their currents are equal to zero.
Увеличение КПД прототипа происходит за счет снижения динамических потерь мощности при переключении его полупроводниковых элементов, а улучшение его массогабаритных показателей достигается благодаря увеличению частоты их переключения.An increase in the efficiency of the prototype occurs due to a decrease in dynamic power losses when switching its semiconductor elements, and an improvement in its weight and dimensions is achieved due to an increase in the frequency of their switching.
Следует отметить, что мягкая коммутация реализуется благодаря наличию в цепочках прототипа последовательных колебательных контуров, обеспечивающих кусочно синусоидальную форму тока через его полупроводниковые элементы.It should be noted that soft switching is realized due to the presence of successive oscillatory circuits in the prototype circuits, providing a piecewise sinusoidal current through its semiconductor elements.
Главный недостаток прототипа - отсутствие энергоэффективной плавной регулировки его выходного напряжения.The main disadvantage of the prototype is the lack of energy-efficient smooth regulation of its output voltage.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является обеспечения линейной, плавной регулировки выходного напряжения регулятора при сохранении высокого КПД и улучшенных массогабаритных показателях.The task (technical result) of the proposed invention is to provide a linear, smooth adjustment of the output voltage of the regulator while maintaining high efficiency and improved weight and dimensions.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом введены двухуровневый широтно-импульсный регулятор постоянного напряжения, между выходным выводом которого и общим выводом включена нагрузка, дополнительный выходной конденсатор, соединяющий дополнительный выходной и общий выводы преобразователя, дополнительный разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода и конденсатора второй цепочки и дополнительным выходным выводом, причем выходные выводы преобразователя подключены к входным выводам двухуровневого широтно-импульсного регулятора.The solution to this problem is achieved by the fact that in an adjustable DC voltage boost converter containing input, output and common terminals for connecting a DC voltage source and an output capacitor, respectively, n chains connected in parallel, connected between the input and common terminals, each of a series-connected charging diode , capacitor, reactor and charging switch, (n-1) bit switches, each of which is connected between the junction point of the reactor and the charging switch of the previous chain and the junction point of the charging diode and the capacitor of the subsequent chain, a bit switch connected between the input terminal and the junction point of the reactor and the charging switch of the last chain, a discharge diode connected between the connection point of the charging diode with the capacitor of the first chain and the output terminal, a two-level pulse-width constant voltage regulator is introduced, between the output terminal of which and the common terminal a load is connected, an additional output capacitor connecting the additional output and common terminals of the converter, an additional discharge diode connected between the connection point of the charging diode and the capacitor of the second chain and the additional output terminal, and the output terminals of the converter are connected to the input terminals of the two-level pulse-width controller.
На чертеже приведена принципиальная схема силовой цепи предлагаемого регулируемого повышающего преобразователя постоянного напряжения.The drawing shows a schematic diagram of the power circuit of the proposed adjustable DC voltage boost converter.
Предлагаемое устройство содержит n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода 1, конденсатора 2, реактора 3 и зарядного ключа 4. Цепочки соединены параллельно и включены между входным 5 и общим 6 выводами преобразователя. Точки соединения реактора 3 и зарядного ключа 4 предыдущей цепочки через разрядные ключи (7-9) соединены с положительным выводом конденсатора 2 последующей цепочки. Разрядный ключ 10 соединяет входной вывод 5 с точкой соединения реактора 3 и зарядного ключа 4 последней цепочки. Разрядный диод 11 включен между точкой соединения зарядного диода 1 с конденсатором 2 первой цепочки и выходным выводом 12. К выходному выводу 12 и общему выводу 6 подключен выходной конденсатор 13. Дополнительный разрядный диод 14 включен между точкой соединения зарядного диода 1 с конденсатором 2 второй цепочки и дополнительным выходным выводом 15. К дополнительному выходному выводу 15 и общему выводу 6 подключен дополнительный выходной конденсатор 16. Выходные выводы 12 и 15 преобразователя подключены к входным выводам 17 и 18 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19, к выходу которого подключена нагрузка 20.The proposed device contains n chains, each consisting of a series-connected
Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.The proposed converter works as follows.
В исходном состоянии при периодическом высокочастотном открывании зарядных ключей 4 в n цепочках током кусочно синусоидальной формы происходит параллельный заряд конденсаторов 2 через реакторы 3 от входного источника постоянного напряжения Е через зарядные диоды 1. После закрывания зарядных ключей 4 открываются разрядные ключи (7-10) и током также кусочно синусоидальной формы происходит периодический последовательный разряд конденсаторов 2 через реакторы 3 разрядный диод 11 на выходной конденсатор 13. Последовательные колебательные контуры, образованные в цепочках конденсаторами 2 и реакторами 3, обеспечивают снижение динамических потерь мощности в полупроводниковых элементах силовой цепи преобразователя благодаря мягкой коммутации в моменты времени, когда их токи кусочно синусоидальной формы равны нулю.In the initial state, with periodic high-frequency opening of the
Поскольку разряд n соединенных последовательно конденсаторов происходит через последовательно соединенный с ними источник Е, то выходное напряжение преобразователя, прикладываемое к выходному конденсатору 13, оказывается равным (n+1) ⋅ Е.Since the discharge of n series-connected capacitors occurs through a source E connected in series with them, the output voltage of the converter applied to the
Напряжения с выходных конденсаторов 13 и 16, определяющие диапазон регулировки выходного напряжения предлагаемого преобразователя, подаются на входные выводы 17 и 18 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19. Они формируются при числе цепочек (n-1) и n соответственно. Поэтому диапазон регулировки для любых n равен напряжению входного источника Е, а его пределы определяются выражениями U17 = n ⋅ Е и U18 = (n + 1) ⋅ Е.The voltages from the
Дискретное регулирование диапазонов выходного напряжения осуществляется изменением числа цепочек в пределах n=1, …, N поочередным переводом разрядных ключей (8-10) из отсечки в режим периодической коммутации. При этом благодаря мягкой коммутации полупроводниковых элементов преобразователя, участвующих в преобразовании, его КПД оказывается высоким.Discrete regulation of the output voltage ranges is carried out by changing the number of chains within n = 1, ..., N by alternately transferring the bit keys (8-10) from the cutoff to the periodic commutation mode. In this case, due to the soft switching of the semiconductor elements of the converter involved in the conversion, its efficiency is high.
Плавная линейная регулировка напряжения на нагрузке 20 внутри диапазонов [U17,U18] для различных n осуществляется изменением относительной длительности импульсов управления транзисторного ключа 21 в двухуровневом широтно-импульсном регуляторе 19 в пределах .Smooth linear voltage regulation at
При этом благодаря малым, равным напряжению входного источника Е, скачкам напряжения на регулирующем транзисторном ключе 21 и диоде 22 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19, динамические потери мощности в них при плавной регулировке оказываются незначительными.At the same time, due to the small, equal to the voltage of the input source E, voltage surges on the regulating
В результате энергоэффективный диапазон линейного плавного регулирования напряжения на нагрузке 20 при изменении числа цепочек в пределах n=1,…,N, составляет величину от Е до (N + 1) ⋅ E.As a result, the energy-efficient range of linear smooth voltage regulation at the
Таким образом, предлагаемый регулируемый повышающий преобразователь обладает более широкими функциональными возможностями, т.к. наряду с дискретным регулированием способен осуществить и линейную энергоэффективную плавную регулировку выходного напряжения.Thus, the proposed adjustable boost converter has wider functionality, since Along with discrete regulation, it is also capable of performing linear energy-efficient smooth output voltage regulation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Adjustable step-up dc voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Adjustable step-up dc voltage converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734101C1 true RU2734101C1 (en) | 2020-10-13 |
Family
ID=72940211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (en) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Adjustable step-up dc voltage converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734101C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815910C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Step-up constant voltage regulator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1642562A1 (en) * | 1989-04-06 | 1991-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Dc/dc converter |
US6125047A (en) * | 1993-12-14 | 2000-09-26 | Seagate Technology, Inc. | Regulated inverting power supply |
US20080084720A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Dc-dc boost converter with a charge pump |
RU2323515C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-27 | Новосибирский государственный технический университет | Adjustable dc voltage step-down converter |
RU2394345C1 (en) * | 2009-04-13 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Controlled step-up dc voltage converter |
RU2415506C1 (en) * | 2010-03-24 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Controlled step-down dc voltage converter |
RU2505914C2 (en) * | 2010-06-25 | 2014-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dc voltage converter |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020117224A patent/RU2734101C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1642562A1 (en) * | 1989-04-06 | 1991-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Dc/dc converter |
US6125047A (en) * | 1993-12-14 | 2000-09-26 | Seagate Technology, Inc. | Regulated inverting power supply |
US20080084720A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Dc-dc boost converter with a charge pump |
RU2323515C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-27 | Новосибирский государственный технический университет | Adjustable dc voltage step-down converter |
RU2394345C1 (en) * | 2009-04-13 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Controlled step-up dc voltage converter |
RU2415506C1 (en) * | 2010-03-24 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Controlled step-down dc voltage converter |
RU2505914C2 (en) * | 2010-06-25 | 2014-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dc voltage converter |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815910C1 (en) * | 2023-11-01 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Step-up constant voltage regulator |
RU2820214C1 (en) * | 2023-11-27 | 2024-05-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Power summing dc voltage step-up converter |
RU2822564C1 (en) * | 2024-01-23 | 2024-07-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Dc step-up regulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11011991B1 (en) | Regulation loop circuit | |
US9564806B2 (en) | Boost converter with reduced switching loss and methods of operating the same | |
US8259476B2 (en) | Self-adjusting switched-capacitor converter with multiple target voltages and target voltage ratios | |
US11469672B2 (en) | Interleaved multi-level buck-boost switching power converter with pulse-width modulation | |
KR20160080024A (en) | Power device for sub-module controller of mmc converter | |
US20220255429A1 (en) | Voltage converter | |
US20120098514A1 (en) | Current mode switching regulator and control circuit and control method thereof | |
CN114337273A (en) | Control circuit and method with slope compensation | |
JP5814759B2 (en) | Power converter | |
KR101412352B1 (en) | Dc-dc convert | |
RU2734101C1 (en) | Adjustable step-up dc voltage converter | |
RU2746272C1 (en) | Method of regulating the output voltage of a dc voltage boost converter | |
Hu et al. | Simple switched-capacitor-boost converter with large DC gain and low voltage stress on switches | |
RU2806898C1 (en) | Variable dc boost converter | |
Anand et al. | Experimental Validation of a Quadruple Boost Multilevel Inverter for Medium Voltage High Power Renewable Energy Integration | |
Zhao et al. | A three-level buck converter and digital controller for improving load transient response | |
TWI411210B (en) | Freewheel charge-pump controlled single-inductor multiple-output dc-dc converter | |
RU2820214C1 (en) | Power summing dc voltage step-up converter | |
AU2012331406B2 (en) | Voltage converter having a first parallel circuit | |
RU2822564C1 (en) | Dc step-up regulator | |
RU2453030C1 (en) | Transformerless power supply | |
RU2368937C1 (en) | Ac voltage controller | |
RU2408968C1 (en) | Cycloconverter/cycloinverter | |
CN102428650A (en) | Method and apparatus for controlling the operation of a snubber circuit | |
RU2284633C1 (en) | Adjustable decreasing transformer of direct voltage |