RU2783343C1

RU2783343C1 - Multi-channel boost switching dc voltage regulator

Info

Publication number: RU2783343C1
Application number: RU2022117159A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Сергеевич Мыцык; Мин Тант Мье
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2022-11-11

Abstract

FIELD: power converter technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power converter technology, namely to the class of DC/DC converters, i.e. converters. A well-known multi-channel step-up switching DC voltage regulator, containing M channels, each of which is made in the form of the first chain of series-connected inductor windings and a fully controlled key element (KE) with one-way conduction and the second chain of series-connected diode and filter capacitor, and also control unit, pulse width modulators (PWM). The first string is connected to the power input terminals, designed to be connected to a DC voltage source. The second chain is connected between the connection point of the inductor winding with the CE of the first chain and one of the power input terminals. In this case, the filter capacitor is common for all M channels, and its plates form the output terminals of a multi-channel step-up switching DC voltage regulator. The control unit includes a master oscillator (MG), a pulse distributor (PD) for M, the number of outputs with signals P1, P2, Pj,…, PM, which are sequentially shifted to each other by an angle of 2π/M. PWM are presented in the form of a sawtooth voltage generator (AVG) and a comparator. The number of channels M is even. In each pair of channels forming N=M/2, the number of two-channel modules (TCM), two windings of its inductors are made with magnetically-coupled and polarity-opposite ends connected to one power input terminal, and the control inputs of its two KEs are connected to those outputs of the RI, the output pulses of which are shifted between themselves by an angle π.

EFFECT: improvement of weight and size indicators of a multi-channel step-up switching DC voltage regulator.

4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники (а именно к классу DC/DC преобразователей, т.е. конверторов) и может быть использовано в тех случаях, когда требуется решить задачу повышения уровня напряжения первичного источника питания до нескольких раз при заданных ограничениях по массогабаритным показателям и по КПД, например, при инвертировании напряжения солнечной батареи с повышением его в 2-3 раза (без использования согласующих трансформаторов).The invention relates to the field of power converter technology (namely, to the class of DC / DC converters, i.e. converters) and can be used in cases where it is required to solve the problem of increasing the voltage level of the primary power source up to several times with given restrictions on weight and size indicators and in terms of efficiency, for example, when inverting the voltage of a solar battery with an increase of 2-3 times (without the use of matching transformers).

Известен конвертор [1] (Коссов О.А, Хасаев О.И. Полностью управляемые тиристоры в устройствах автоматики. - М.: Энергия, 1970. - 112 с, рис. 3-25 на стр. 72), содержащий первую цепочку из последовательно включенных накопительного дросселя индуктивности и двухоперационного тиристора, которая подсоединена к силовым входным выводам для подключения их к источнику напряжения постоянного тока, а также вторую цепочку из последовательно включенных диода и фильтрующего конденсатора, которая подключена между точкой соединения накопительного дросселя индуктивности и тиристора и одним из силовых входных выводов. Для управления тиристором используется блок управления, включающий в себя модулятор ширины импульсов. Принцип работы заключается в следующем. Накопление энергии в накопительном дросселе индуктивности обеспечивается включением двухоперационного тиристора, а после его выключения накопленная в нем энергия передается в фильтрующий конденсатор и в нагрузку. Поскольку на интервале разряда дросселя индуктивности его ЭДС суммируется с напряжением источника питания, то значение напряжения на конденсаторе (и на нагрузке) при этом возрастает. Таким образом, чем больше длительность открытого состояния тиристора, тем больше будет накопленная в дросселе энергия и, соответственно, значение напряжения на нагрузке.Known converter [1] (Kossov O.A., Khasaev O.I. Fully controlled thyristors in automation devices. - M.: Energia, 1970. - 112 s, Fig. 3-25 on p. 72), containing the first chain of storage inductor and a two-operation thyristor connected in series, which is connected to the power input terminals for connecting them to a DC voltage source, as well as a second chain of series-connected diode and filter capacitor, which is connected between the connection point of the storage inductor and thyristor and one of the power input terminals. To control the thyristor, a control unit is used, which includes a pulse width modulator. The principle of operation is as follows. The accumulation of energy in the storage inductance choke is ensured by turning on the two-operation thyristor, and after turning it off, the energy accumulated in it is transferred to the filter capacitor and to the load. Since in the interval of discharge of the inductance inductor, its EMF is added to the voltage of the power source, the value of the voltage on the capacitor (and on the load) increases. Thus, the longer the duration of the open state of the thyristor, the greater will be the energy accumulated in the inductor and, accordingly, the value of the voltage at the load.

Недостатками настоящего технического решения являются: завышенные (неприемлемые) массогабаритные показатели накопительного дросселя индуктивности, который обусловлен работой его в режиме однополярного намагничивания (в диапазоне изменения индукции от значения остаточной индукции B_r до расчетного значения равного индукции насыщения: B_p≈B_s); ограниченная область применения, обусловленная относительно ограниченными значениями единичной мощностью преобразования (и рабочей частоты) двухоперационного тиристора; а также повышенное значение пульсаций напряжения на фильтрующем конденсаторе, что приводит к необходимости увеличения его установленной мощности (и росту его массы).The disadvantages of this technical solution are: overestimated (unacceptable) weight and size indicators of the storage inductance inductor, which is due to its operation in the mode of unipolar magnetization (in the range of induction from the value of the residual induction B _r to the calculated value equal to the saturation induction: B _p ≈B _s ); limited scope due to relatively limited values of unit conversion power (and operating frequency) of a two-operation thyristor; as well as an increased value of voltage ripples on the filter capacitor, which leads to the need to increase its installed power (and increase its mass).

Ослабить во многом указанные недостатки известного конвертора можно использованием при его синтезе принципа многоканального преобразования (МКП) энергетического потока. Известно решение повышающего конвертора напряжения постоянного тока, реализующее принцип МКП [2] (Мыцык Г.С. Основы теории структурно-алгоритмического синтеза источников вторичного электропитания. - М.: Моск. энерг. инст.-т (МЭИ), 1989. - 109 с, стр. 76 (рис.4.3 в)), содержащее М число параллельно включенных как по силовому входу, так и по выходу каналов, каждый из которых выполнен в виде известной (и описанной в [1]) схемы конвертора. Каждый конвертор-канал содержит цепочку из последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности и ключевого элемента (КЭ), которая подсоединена к силовым входным выводам для подключения их к источнику напряжения постоянного тока, и вторую цепочку из последовательно включенных диода и фильтрующего (накопительного) конденсатора, которая подключена между одним из силовых входных выводов и точкой соединения обмотки дросселя индуктивности с КЭ. Фильтрующий конденсатор является общим для всех М каналов. Так же, как и в выше рассмотренном решении [1], обкладки фильтрующего конденсатора образуют выходные выводы, но здесь уже не одного конвертора, а М числа конверторов. Блок управления таким многоканальным конвертором, описанный в [2] на стр. 76 стр. 77 (рис. 4.4в), содержит задающий генератор частоты М⋅ƒ_т, к выходу которого подключен распределитель импульсов (РИ) по М каналам, а также М число генераторов пилообразного напряжения (ГПН) и М число компараторов, один из двух входов каждого из которых подключен к одному из выходов РИ, а другие их входы объединены и образуют общий для всех каналов управляющий вход конвертора. Блок управления обеспечивает здесь попеременное переключение КЭ с частотой ƒ_т, с фазовым сдвигом относительно друг друга на угол δ=2π/М и с требуемой скважностью s=2π/θ_кэ (где θ_кэ - длительность включенного состояния КЭ), обеспечивающей с ростом скважности s требуемое повышение выходного напряжения относительно входного.To weaken in many respects these shortcomings of the known converter can be used in its synthesis of the principle of multichannel conversion (MCP) of the energy flow. A solution of a DC voltage boost converter is known that implements the MCP principle [2] (G.S. Mytsyk. Fundamentals of the theory of structural-algorithmic synthesis of secondary power sources. - M .: Mosk. Energ. Inst.-t (MPEI), 1989. - 109 c, p. 76 (Fig. 4.3 c)), containing M the number of channels connected in parallel both at the power input and at the output, each of which is made in the form of a well-known (and described in [1]) converter circuit. Each converter-channel contains a chain of series-connected inductor windings and a key element (KE), which is connected to power input terminals for connecting them to a DC voltage source, and a second chain of series-connected diode and filtering (storage) capacitor, which is connected between one of the power input terminals and the connection point of the inductor winding with the CE. The filter capacitor is common to all M channels. Just as in the above solution [1], the filter capacitor plates form the output terminals, but here there is not one converter, but M number of converters. The control unit for such a multichannel converter, described in [2] on page 76 page 77 (Fig. 4.4c), contains a master frequency generator М⋅ƒ _t , to the output of which a pulse distributor (DP) is connected via M channels, as well as M the number of sawtooth voltage generators (GPN) and M the number of comparators, one of the two inputs of each of which is connected to one of the outputs of the RI, and their other inputs are combined and form a control input of the converter common for all channels. The control unit provides here the alternating switching of the CE with a frequency ƒ _t , with a phase shift relative to each other by an angle δ=2π/M and with the required duty cycle s=2π/θ _ke (where θ _ke is the duration of the on state of the KE), providing with increasing duty cycle s is the required increase in the output voltage relative to the input.

Недостатком данного технического решения является завышенная масса накопительного дросселя индуктивности.The disadvantage of this technical solution is the overestimated mass of the storage inductor.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение массы накопительного дросселя (не менее, чем в 2 раза).The technical objective of the invention is to reduce the mass of the storage throttle (at least 2 times).

Технический результат заключается в улучшении массогабаритных показателей многоканального повышающего импульсного регулятора напряжения постоянного тока.The technical result consists in improving the weight and size parameters of a multi-channel step-up switching DC voltage regulator.

Это достигается тем, что известный многоканальный повышающий импульсный регулятор напряжения постоянного тока, содержащий М каналов, каждый из которых выполнен в виде первой цепочки из последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности и полностью управляемого ключевого элемента (КЭ) с односторонней проводимостью, причем эта цепочка подключена к силовым входным выводам, предназначенным для подсоединения их к источнику напряжения постоянного тока, и второй цепочки из последовательно включенных диода и фильтрующего конденсатора, которая подключена между точкой соединения обмотки дросселя индуктивности с КЭ первой цепочки и одним из силовых входных выводов, причем фильтрующий конденсатор является общим для всех М каналов, а его обкладки образуют выходные выводы многоканального повышающего импульсного регулятора напряжения постоянного тока, а также блок управления, включающий в себя задающий генератор (ЗГ), распределитель импульсов (РИ) на М число выходов с сигналами Р₁, Р₂, P_j, …, P_M, которые последовательно сдвинуты между собой на угол 2π/М, а также модуляторы ширины импульсов (МШИ), в виде генератора пилообразного напряжения (ГПН) и компаратора, при этом число каналов М является четным, причем в каждой паре каналов, образующих N=М12 число двухканальных модулей (ДКМ), две обмотки его дросселей индуктивности выполнены магнитно связанными и разноименными по полярности концами подключены к одному силовому входному выводу, а управляющие входы двух его КЭ подключены к тем выходам РИ, выходные импульсы у которых сдвинуты между собой на угол π.This is achieved by the fact that the well-known multi-channel step-up switching DC voltage regulator, containing M channels, each of which is made in the form of the first chain of series-connected inductor windings and a fully controlled key element (CE) with one-sided conduction, and this chain is connected to power input terminals designed to connect them to a DC voltage source, and the second chain of series-connected diode and filter capacitor, which is connected between the connection point of the inductor winding with the CE of the first chain and one of the power input terminals, and the filter capacitor is common to all M channels, and its plates form the output terminals of a multi-channel step-up pulse DC voltage regulator, as well as a control unit that includes a master oscillator (MG), a pulse distributor (RI) for the M number of outputs with signals P ₁ , P ₂ , P _j , …, P _M , which are sequentially shifted to each other by an angle of 2π/M, as well as pulse width modulators (PSM), in the form of a sawtooth voltage generator (SVG) and a comparator, while the number of channels M is even, and in each pair of channels , forming N=M12 the number of two-channel modules (DKM), two windings of its inductors are made with magnetically connected and opposite polarity ends connected to one power input terminal, and the control inputs of its two CEs are connected to those outputs of the RI, the output pulses of which are shifted between itself through the angle π.

При этом, в качестве М ключевых элементов (КЭ) в каналах могут быть установлены двухоперационные тиристоры или последовательно включенные транзистор и диод.At the same time, as M key elements (KE) in the channels, two-operation thyristors or a transistor and a diode connected in series can be installed.

Блок управления снабжен М числом двухвходовых логических элементов «2И», модулятор ширины импульсов (МШИ) с выходным сигналом s выполнен общим для всех М каналов, его тактовый вход подключен к выходу задающего генератора, первый вход всех М двухвходовых логических элементов «2И» подключен к выходу МШИ, а их второй вход - к соответствующим выходам РИ.The control unit is equipped with an M number of two-input logic elements "2I", the pulse width modulator (WMS) with an output signal s is made common for all M channels, its clock input is connected to the output of the master oscillator, the first input of all M two-input logic elements "2I" is connected to output of the MSH, and their second input - to the corresponding outputs of the RI.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема многоканального повышающего импульсного регулятора напряжения постоянного тока; на фиг.2 показана функциональная схема блока управления (БУ); на фиг.3 изображены временные диаграммы рабочих процессов в схеме по фиг.1 и в БУ по фиг.2.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a circuit diagram of a multi-channel step-up switching DC voltage regulator; figure 2 shows a functional diagram of the control unit (BU); figure 3 shows the timing diagrams of workflows in the scheme of figure 1 and BU in figure 2.

Многоканальный повышающий импульсный регулятор напряжения постоянного тока содержит первый канал, выполненный в виде цепочки последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности 1 и ключевого элемента 2 с односторонней проводимостью, которая подключена к силовым входным выводам 3, 4 источника напряжения постоянного тока, и другой цепочки в виде последовательно включенных диода 5 и фильтрующего конденсатора 6, подключенной между силовым входным выводом 4 и точкой соединения обмотки дросселя индуктивности 1 с КЭ 2.The multichannel step-up switching DC voltage regulator contains the first channel, made in the form of a chain of series-connected windings of the inductor 1 and a key element 2 with one-sided conduction, which is connected to the power input terminals 3, 4 of the DC voltage source, and another chain in the form of series-connected diode 5 and filter capacitor 6, connected between the power input terminal 4 and the connection point of the inductor winding 1 with CE 2.

Второй канал выполнен аналогично - в виде цепочки последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности 7 и ключевого элемента 8 с односторонней проводимостью, которая подключена к силовым входным выводам 3, 4 источника напряжения постоянного тока, и другой цепочки в виде последовательно включенных диода 9 и фильтрующего конденсатора 6, подключенной между силовым входным выводом 4 и точкой соединения обмотки дросселя индуктивности 7 с КЭ 8.The second channel is made similarly - in the form of a chain of series-connected windings of the inductor 7 and a key element 8 with one-sided conduction, which is connected to the power input terminals 3, 4 of a DC voltage source, and another chain in the form of a series-connected diode 9 and a filter capacitor 6, connected between the power input terminal 4 and the connection point of the inductor winding 7 with KE 8.

Обмотки дросселя индуктивности 1 и 7 между собой выполнены магнитно связанными с помощью общего магнитопровода 10 и к силовому входному выводу 3 подключены с разной полярностью. Первый и второй каналы образуют первый двухканальный модуль (ДКМ) 11, выходные выводы 12, 13 которого выполнены с возможностью подключения к ним нагрузки 14 и выходных выводов второго ДКМ 15.The windings of the inductor 1 and 7 are made magnetically connected to each other using a common magnetic circuit 10 and are connected to the power input terminal 3 with different polarity. The first and second channels form the first two-channel module (DCM) 11, the output terminals 12, 13 of which are configured to connect the load 14 to them and the output terminals of the second DCM 15.

Второй ДКМ 15 выполнен аналогично первому ДКМ 11 и содержит 3-й и 4-й каналы, причем 3-й канал выполнен в виде цепочки последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности 16 и ключевого элемента 17 с односторонней проводимостью, которая подключена к силовым входным выводам 3, 4 источника напряжения постоянного тока, и другой цепочки в виде последовательно включенных диода 18 и фильтрующего конденсатора 6, подключенной между силовым входным выводом 4 и точкой соединения обмотки дросселя индуктивности 16 с КЭ 17.The second DKM 15 is made similar to the first DKM 11 and contains the 3rd and 4th channels, and the 3rd channel is made in the form of a chain of series-connected inductor windings 16 and a key element 17 with one-sided conduction, which is connected to the power input terminals 3, 4 DC voltage sources, and another circuit in the form of a diode 18 connected in series and a filter capacitor 6 connected between the power input terminal 4 and the connection point of the inductor winding 16 with the CE 17.

Четвертый канал выполнен в виде цепочки последовательно включенных обмотки дросселя индуктивности 19 и ключевого элемента 20 с односторонней проводимостью, которая подключена к силовым входным выводам 3, 4 источника напряжения постоянного тока, и другой цепочки в виде последовательно включенных диода 21 и фильтрующего конденсатора 6, подключенной между силовым входным выводом 4 и точкой соединения обмотки дросселя индуктивности 19 с КЭ 20.The fourth channel is made in the form of a chain of series-connected windings of the inductor 19 and a key element 20 with one-sided conduction, which is connected to the power input terminals 3, 4 of a DC voltage source, and another chain in the form of a series-connected diode 21 and a filter capacitor 6 connected between power input terminal 4 and the connection point of the inductor winding 19 with KE 20.

Обмотки дросселя индуктивности 16 и 19 между собой выполнены магнитно связанными с помощью общего магнитопровода 22 и к силовому входному выводу 3 подключены с разной полярностью.The windings of the inductor 16 and 19 are made magnetically connected to each other using a common magnetic circuit 22 and are connected to the power input terminal 3 with different polarity.

В примере импульсного регулятора напряжения постоянного тока на фиг.1 число каналов М=4, блок управления (БУ) выполнен четырехканальным и содержит последовательно соединенные задающий генератор (ЗГ) 23, распределитель импульсов (РИ) 24, модулятор ширины импульсов (МШИ) 25, включающий в себя генератор пилообразного напряжения (ГПН) 26 и компаратор (К) 27, а также логический узел (ЛУ) 28, выполненный в виде 4-х двухвходовых логических элементов (ЛЭ) «2И» 29÷32. При этом выходы ЛУ 29 и 30 (с сигналами Ψ₁ и Ψ₃ соответственно) подключены к управляющим входам КЭ 2 и 8, а выходы ЛУ 31 и 32 (с сигналами Ψ₂ и Ψ₄ соответственно) подключены к управляющим входам КЭ 17 и 20, Функциональная характеристика БУ заключается в том, что он выполнен с возможностью выработки 4-х последовательностей импульсов (при М=4), последовательно сдвинутых между собой на угол δ=2π/М=π/2 с регулируемой скважностью s=2π/θ_кэ (где θ_кэ - длительность открытого состояния КЭ). В данном примере минимально допустимое значение скважности s_min=4. При этом ее значении выходное напряжение максимально. При увеличении скважности выходное напряжение уменьшаетсяIn the example of a switching DC voltage regulator in figure 1, the number of channels is M=4, the control unit (CU) is made four-channel and contains a master oscillator (CG) 23, a pulse distributor (RI) 24, a pulse width modulator (MSHI) 25, connected in series, including a sawtooth voltage generator (GPN) 26 and a comparator (K) 27, as well as a logic node (LU) 28, made in the form of 4 two-input logic elements (LE) "2I" 29÷32. In this case, the outputs of LU 29 and 30 (with signals Ψ ₁ and Ψ _3, respectively) are connected to the control inputs of the KE 2 and 8, and the outputs of LU 31 and 32 (with the signals Ψ ₂ and Ψ ₄ , respectively) are connected to the control inputs of the KE 17 and 20 , The functional characteristic of the CU is that it is designed to generate 4 sequences of pulses (at M=4), sequentially shifted to each other by an angle δ=2π/M=π/2 with an adjustable duty cycle s=2π/θ _ke (where θ _ke is the duration of the open state of the CE). In this example, the minimum allowable duty cycle is s _min =4. At the same time, its value is the maximum output voltage. As the duty cycle increases, the output voltage decreases.

Многоканальный повышающий импульсный регулятор напряжения постоянного тока работает следующим образом.Multi-channel boost switching DC voltage regulator operates as follows.

Логика работы блока управления (БУ) поясняется временными диаграммами на фиг.2а, а рабочие процессы в силовой части - диаграммами на фиг.2б. Принятые обозначения по БУ: и_зг - импульсы напряжения на выходе ЗГ 23, р₁ ÷ р₄ - импульсы на выходе РИ 27, и_гпн - пилообразное напряжение на выходе ГПН 26, s - импульсная последовательность на выходе компаратора (К) 27, ψ₁=sp₁, ψ₂=sp₂, ψ₃=sp₃, ψ₄=sp₄ - сигналы на выходе логического узла (ЛУ) 28. Эти сигналы последовательно сдвинуты между собой по фазе на угол δ=2π/М=π/2. Сигналы ψ₁=sp₁ и ψ₃=sp₃ сдвинуты между собой по фазе на угол ж и подаются на управляющие входы КЭ 2 и 8 первого ДКМ 11. Сигналы ψ₂=sp₂ и ψ₄=sp₄ также сдвинуты между собой по фазе на угол ж и подаются на управляющие входы КЭ 17 и 20 второго ДКМ 15.The logic of the control unit (CU) is illustrated by the timing diagrams in Fig.2a, and the work processes in the power section - diagrams in Fig.2b. The accepted designations according to BU: and _zg - voltage pulses at the output of ZG 23, p ₁ ÷ p ₄ - pulses at the output of RI 27, and _hpn - sawtooth voltage at the output of GPN 26, s - pulse sequence at the output of the comparator (K) 27, ψ ₁ \u003d sp ₁ , ψ ₂ \u003d sp ₂ , ψ ₃ \u003d sp ₃ , ψ ₄ \u003d sp ₄ - signals at the output of the logical node (LU) 28. These signals are successively shifted between themselves in phase by an angle δ=2π/M=π /2. The signals ψ ₁ =sp ₁ and ψ ₃ =sp ₃ are shifted in phase with each other by an angle w and are fed to the control inputs of the KE 2 and 8 of the first DKM 11. The signals ψ ₂ =sp ₂ and ψ ₄ =sp ₄ are also shifted along phase at an angle w and are fed to the control inputs of the KE 17 and 20 of the second DKM 15.

Принятые обозначения по силовой части: i_w1, i_w7 - токи через обмотки 1, 7; i_w16, i_w19 - токи через обмотки 16, 19.The accepted notation for the power part: i _w1 , i _w7 - currents through windings 1, 7; i _w16 , i _w19 - currents through windings 16, 19.

i_c - ток через фильтрующий конденсатор 6; и_с - напряжение на фильтрующем конденсаторе 6.i _c - current through the filter capacitor 6; and _c - voltage on the filter capacitor 6.

Согласно фиг.2 в момент времени θ=0 на управляющий вход КЭ 2 подается сигнал ψ₁ и он включается. Ток в обмотке 1 нарастает (по линейному закону) до момента θ=0₁, когда КЭ 2 выключается. На интервале Δθ=0₁÷0₂ накопленная в этой обмотке энергия через диод 5 разряжается на фильтрующий конденсатор 6, напряжение и_с на котором возрастает. В следующий момент времени 0₃ на управляющий вход КЭ 8 подается сигнал ψ₃, он открывается, и через обмотку 7 начинает протекать ток, нарастающий до следующего момента 0₄, когда КЭ 8 выключается. После чего накопленная в этой обмотке энергия передается фильтрующему конденсатору 6. Далее процессы в первом ДКМ 11 повторяются. Второй ДКМ 15 работает аналогично первому ДКМ 11, но по отношению к нему с фазовым сдвигом на угол δ=π/2. В результате выходное напряжение (на фильтрующем конденсаторе 6 - и_с и на нагрузке 14) имеет вид, показанный на фиг.2. Уровень пульсаций напряжения и_с определяется значением емкости фильтрующего конденсатора 6, а частота пульсаций в 4 раза больше тактовой частоты регулятора.According to figure 2 at the time θ=0 to the control input of the KE 2 signal ψ ₁ and it turns on. The current in the winding 1 increases (according to a linear law) until the moment θ=0 ₁ when the KE 2 is turned off. In the interval Δθ=0 ₁ ÷0 ₂ the energy accumulated in this winding through the diode 5 is discharged to the filter capacitor 6, the voltage and _from which increases. At the next time 0 ₃ the signal ψ ₃ is applied to the control input of the EC 8, it opens, and a current begins to flow through the winding 7, increasing until the next moment 0 ₄ when the EC 8 turns off. After that, the energy accumulated in this winding is transferred to the filter capacitor 6. Further, the processes in the first DKM 11 are repeated. The second DKM 15 works similarly to the first DKM 11, but with respect to it with a phase shift by an angle δ=π/2. As a result, the output voltage (on the filter capacitor 6 - and _with and on the load 14) has the form shown in Fig.2. The level of voltage ripples and _c is determined by the value of the capacitance of the filter capacitor 6, and the ripple frequency is 4 times greater than the clock frequency of the regulator.

Предложенные топология регулятора и используемый алгоритм переключения КЭ в нем обеспечивают двухполярное перемагничивание магнитопроводов 10, 22 дросселей индуктивности (теперь уже переменного, а не постоянного тока). За счет изменения таким образом режима работы его дросселей результирующая масса двухобмоточного дросселя переменного тока оказывается меньшей (примерно от 2-х до 4-х раз, в зависимости от величины не магнитного зазора в его магнитопроводе и его материала) по сравнению с дросселем в прототипе, который работает в режиме однополярного намагничивания. При этом достигается также технологическое преимущество: несмотря на увеличение числа обмоток в дросселе (с 1-й до 2-х) общее их число витков остается примерно тем же (или даже меньшим, см. ниже), а общее число дросселей в регуляторе уменьшается в 2 раза. Кроме того, магнитная проницаемость магнитопровода (при том же зазоре, что и у прототипа) при двухполярном его перемагничивании оказывается большей, что в итоге приводит к дополнительному улучшению массогабаритных показателей дросселя.The proposed topology of the controller and the algorithm used for switching the CE in it provide bipolar remagnetization of the magnetic circuits 10, 22 of the inductors (now AC, not DC). By changing the operating mode of its chokes in this way, the resulting mass of a two-winding AC choke is less (from about 2 to 4 times, depending on the size of the non-magnetic gap in its magnetic circuit and its material) compared to the choke in the prototype, which operates in unipolar magnetization mode. At the same time, a technological advantage is also achieved: despite the increase in the number of windings in the choke (from 1 to 2), their total number of turns remains approximately the same (or even less, see below), and the total number of chokes in the regulator decreases in 2 times. In addition, the magnetic permeability of the magnetic circuit (with the same gap as that of the prototype) with its bipolar remagnetization turns out to be greater, which ultimately leads to an additional improvement in the weight and size parameters of the inductor.

К достоинствам предлагаемого многоканального повышающего импульсного регулятора напряжения постоянного тока следует отнести также возможность получения повышенных значений преобразуемой мощности при использовании в нем реально располагаемых КЭ значительной меньшей единичной мощности.The advantages of the proposed multi-channel step-up switching DC voltage regulator should also include the possibility of obtaining increased values of the converted power when using actually available CEs of a significantly lower unit power in it.

Использование изобретения позволяет улучшить массогабаритные показателей многоканального повышающего импульсного регулятора напряжения постоянного тока за счет снижения массы накопительного дросселя (не менее, чем в 2 раза).The use of the invention makes it possible to improve the weight and size characteristics of a multi-channel step-up switching DC voltage regulator by reducing the mass of the storage inductor (at least 2 times).

Claims

1. A multi-channel step-up switching DC voltage regulator containing M channels, each of which is made in the form of the first chain of series-connected inductor windings and a fully controlled key element (CE) with one-way conduction, and this chain is connected to power input terminals intended for to connect them to a DC voltage source, and the second chain of series-connected diode and filter capacitor, which is connected between the connection point of the inductor winding with the CE of the first chain and one of the power input terminals, and the filter capacitor is common to all M channels, and its plates form the output terminals of a multichannel step-up pulsed DC voltage regulator, as well as a control unit that includes a master oscillator (MG), a pulse distributor (DP) per M number of outputs with signals P ₁ , P ₂ , P _j , ..., P _M o are shifted to each other by an angle of 2π / M, as well as pulse width modulators (MSI), in the form of a sawtooth voltage generator (SPN) and a comparator, characterized in that the number of channels M is even, and in each pair of channels forming N = M /2 the number of two-channel modules (DKM), two windings of its inductors are made with magnetically-coupled and polarity-opposite ends connected to one power input terminal, and the control inputs of its two CEs are connected to those outputs of the RI, the output pulses of which are shifted to each other by angle p.

2. The regulator according to claim 1, characterized in that two-operation thyristors are installed as M key elements (CE).

3. The regulator according to claim 1, characterized in that a transistor and a diode connected in series are installed in the channels as M CE.

4. The regulator according to claim 1, characterized in that the control unit is equipped with M number of two-input logic elements "2I", the pulse width modulator (MSI) with the output signal s is made common for all M channels, its clock input is connected to the output of the master oscillator, the first input of all M two-input logic elements "2I" is connected to the output of the LSI, and their second input is connected to the corresponding outputs of the RI.