RU2815073C1 - Bipolar constant voltage regulator - Google Patents
Bipolar constant voltage regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815073C1 RU2815073C1 RU2023125250A RU2023125250A RU2815073C1 RU 2815073 C1 RU2815073 C1 RU 2815073C1 RU 2023125250 A RU2023125250 A RU 2023125250A RU 2023125250 A RU2023125250 A RU 2023125250A RU 2815073 C1 RU2815073 C1 RU 2815073C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- winding
- pole
- constant voltage
- common bus
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 55
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Abstract
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.The invention relates to electrical engineering, in particular to constant voltage regulators, and can be used in secondary power supply systems to regulate and stabilize constant output voltage.
Известны регуляторы постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками магнитного элемента [1].Constant voltage regulators with magnetically coupled windings of a magnetic element are known [1].
Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками является отсутствие формирования двухполярного выходного напряжения. Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству одноканальный регулятор постоянного напряжения с магнитносвязанными обмотками в магнитном элементе [1].A disadvantage of known constant voltage regulators with magnetically coupled windings is the lack of formation of a bipolar output voltage. The closest in technical essence to the proposed device is a single-channel constant voltage regulator with magnetically coupled windings in a magnetic element [1].
Недостатки этого регулятора постоянного напряжения состоят в том, что в нем отсутствует второй канал выходного напряжения противоположного знака.The disadvantages of this constant voltage regulator are that it does not have a second channel of output voltage of the opposite sign.
Цель изобретения - формирование двухполярного выходного напряжения.The purpose of the invention is the formation of a bipolar output voltage.
Поставленная цель достигается тем, что в магнитный элемент магнитносвязанного регулятора постоянного напряжения введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками, включенными последовательно через конденсатор, каждая из которых противофазна первым двум обмоткам магнитного элемента, первая обмотка которой концом подключена к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а началом к второму конденсатору, к которому катодом подключен второй шунтирующий диод анодом подключенный к общей шине, при этом вторая обмотка вновь введенной цепи, началом подключена к общей точке соединения второго конденсатора с вторым шунтирующим диодом, а конец второй обмотки подключен к образующим положительное выходное напряжение второму выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине.This goal is achieved by the fact that a second circuit with magnetically coupled antiphase windings connected in series through a capacitor is introduced into the magnetic element of the magnetically coupled constant voltage regulator, each of which is antiphase to the first two windings of the magnetic element, the first winding of which is connected to the positive pole of the input DC voltage source, and the beginning to the second capacitor, to which the cathode is connected to the second shunt diode, the anode is connected to the common bus, while the second winding of the newly introduced circuit is connected to the common point of connection of the second capacitor with the second shunt diode, and the end of the second winding is connected to the second winding forming a positive output voltage an output capacitor with a load connected in parallel, the second pole of which is connected to a common bus.
На фиг.1, 2, 3 и 4 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения.Figures 1, 2, 3 and 4 show schematic electrical diagrams of embodiments of the proposed bipolar constant voltage regulator.
На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения.In fig. Figure 1 shows a schematic electrical diagram of the proposed bipolar constant voltage regulator.
В нем (фиг.1) силовой регулирующий ключ 1 подключен к концу первой обмотки 3 магнитносвязанного магнитного элемента, начало которой подключено к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а второй вывод силового регулирующего ключа 1 подключен к отрицательному полюсу входного источника постоянного напряжения, образующего общую шину. К общей точке соединения силового регулирующего ключа 1 и конца обмотки 3 подключен первый конденсатор 2, второй вывод которого подключен к аноду шунтирующего диода 4, катод которого подключен к общей шине. К общей точке соединения конденсатора 2 и анода диода 4 подключена концом вторая обмотка 5 магнитносвязанного магнитного элемента, начало которой подключено к первому выходному конденсатору 6, вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой 7 канал отрицательного выходного напряжения.In it (Fig. 1), the power control switch 1 is connected to the end of the first winding 3 of a magnetically coupled magnetic element, the beginning of which is connected to the positive pole of the input constant voltage source, and the second output of the power control switch 1 is connected to the negative pole of the input constant voltage source, forming a common tire The first capacitor 2 is connected to the common connection point between the power control switch 1 and the end of the winding 3, the second terminal of which is connected to the anode of the shunt diode 4, the cathode of which is connected to the common bus. The end of the second winding 5 of the magnetically coupled magnetic element is connected to the common connection point of the capacitor 2 and the anode of the diode 4, the beginning of which is connected to the first output capacitor 6, the second pole connected to the common bus and forming a negative output voltage channel with a parallel-connected load 7.
В магнитносвязанный магнитный элемент введена вторая цепь с магнитносвязанными противофазными обмотками 9,11, включенными последовательно через конденсатор 8, каждая из которых противофазна первым двум обмоткам 3,5 магнитного элемента, первая обмотка 9 которой концом подключена к положительному полюсу входного источника постоянного напряжения, а началом к второму конденсатору 8, к которому катодом подключен второй шунтирующий диод 10 анодом подключенный к общей шине, при этом вторая обмотка 11 вновь введенной цепи, началом подключена к общей точке соединения второго конденсатора 8 с вторым шунтирующим диодом 10, а конец второй обмотки 11 подключен к второму выходному конденсатору 12, вторым полюсом подключенному к общей шине и образующему с параллельно включенной нагрузкой 13 канал положительного выходного напряжения.A second circuit with magnetically coupled antiphase windings 9.11 connected in series through a capacitor 8 is introduced into the magnetically coupled magnetic element, each of which is antiphase to the first two windings 3.5 of the magnetic element, the first winding 9 of which is connected at the end to the positive pole of the input constant voltage source, and at the beginning to the second capacitor 8, to which the cathode is connected to the second shunt diode 10; the anode is connected to a common bus, while the second winding 11 of the newly introduced circuit is connected with the beginning to the common point of connection of the second capacitor 8 with the second shunt diode 10, and the end of the second winding 11 is connected to the second output capacitor 12, the second pole connected to the common bus and forming a positive output voltage channel with a parallel-connected load 13.
На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения, в которой последовательно с каждой первой обмоткой по каждому каналу включены линейные индуктивности.In fig. Figure 2 shows a schematic electrical diagram of the proposed bipolar constant voltage regulator, in which linear inductances are connected in series with each first winding along each channel.
На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения, в которой последовательно с каждой второй обмоткой по каждому каналу включены линейные индуктивности.In fig. Figure 3 shows a schematic electrical diagram of the proposed bipolar constant voltage regulator, in which linear inductances are connected in series with every second winding on each channel.
На фиг. 4 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения, в которой два шунтирующих диода заменены одним шунтирующим диодом для обоих каналов.In fig. Figure 4 shows a schematic electrical diagram of the proposed bipolar constant voltage regulator, in which two shunt diodes are replaced by one shunt diode for both channels.
Принцип действия предлагаемого двухполярного регулятора постоянного напряжения рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике магнитного элемента.We will consider the principle of operation of the proposed bipolar constant voltage regulator based on the assumption of the ideality of the key elements, steady-state operating mode and continuity of change in the magnetic flux in the core of the magnetic element.
Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключа 1.Let us denote by D the duration of the on state of key 1 relative to period T.
При замкнутом состоянии ключа 1 в течение времени DT одновременно протекают процессы, связанные с накоплением магнитной энергии в сердечнике магнитного элемента и передача энергии в выходную цепь по обоим каналам. При этом передача энергии в отрицательный канал выходного напряжения с нагрузкой 7 осуществляется из конденсатора 2, заряженного до напряжения V IN /(1-D) и реализующего выходное напряжение минус V IN D/(1-D), а по дополнительно введенной цепи осуществляется передача энергии их источника постоянного входного напряжения за счет трансформации напряжения из первичной цепи через последовательно включенный конденсатор 8, заряженный до напряжения V IN (1-2D)/(1-D), вследствие чего формируется положительное выходное напряжение равное V IN - V C8 = V IN D/(1-D).When key 1 is closed for a period of timeD.T. processes associated with the accumulation of magnetic energy in the core of the magnetic element and the transfer of energy to the output circuit through both channels occur simultaneously. In this case, energy is transferred to the negative channel of the output voltage with load 7 from capacitor 2, charged to voltageV IN /(1-D) and implementing the output voltage minusV IN D/(1-D), and through an additionally introduced circuit, the energy of their source of constant input voltage is transferred due to the transformation of voltage from the primary circuit through a series-connected capacitor 8, charged to voltageV IN (1-2D)/(1-D), as a result of which a positive output voltage is formed equal toV IN -V C8 = V IN D/(1-D).
В результате этого процесса конденсатор 2 разряжается, а конденсатор 8 заряжается. После выключения силового регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка напряжений на всех обмотках магнитного элемента, следствием чего является включение шунтирующих диодов 4,10, длительность работы которых протекает в течение времени (1-D)T. На этом интервале времени происходит заряд конденсатора 2, и разряд конденсатора 8 за счет магнитной энергии, накопленной в магнитном элементе на интервале времени DT включенного состояния силового регулирующего ключа 1.As a result of this process, capacitor 2 is discharged and capacitor 8 is charged. After turning off the power control switch 1, the voltages on all windings of the magnetic element are reversed, resulting in the switching on of shunt diodes 4,10, the duration of which lasts for a period of time (1-D)T . During this time interval, capacitor 2 is charged and capacitor 8 is discharged due to the magnetic energy accumulated in the magnetic element during the time interval DT of the on state of the power control switch 1.
Использование магнитносвязанных цепей по каждому каналу, обусловленных обмотками 3,5 по каналу отрицательного выходного напряжения и обмотками 9,11 по каналу положительного выходного напряжения, позволяет существенно увеличить дифференциальную индуктивность обмоток для пульсаций тока. При равенстве числа витков магнитносвязанных цепей, включение линейных индуктивностей 14,15 последовательно с обмотками 3,9 (фиг.2), позволяет обеспечить гладкое потребление тока от входного источника постоянного напряжения, практически без пульсаций тока.The use of magnetically coupled circuits for each channel, caused by windings 3.5 along the negative output voltage channel and windings 9.11 along the positive output voltage channel, allows you to significantly increase the differential inductance of the windings for current ripple. If the number of turns of magnetically coupled circuits is equal, connecting linear inductances 14.15 in series with windings 3.9 (Fig. 2) allows for smooth current consumption from an input constant voltage source, with virtually no current ripple.
Включение линейных индуктивностей 16,17 последовательно с обмотками 5,11 (фиг.3), позволяет исключить пульсации тока по этим обмоткам и, как следствие, исключить пульсации выходных напряжений. Одновременное исключение пульсаций тока по входу и выходу невозможно.The inclusion of linear inductances 16,17 in series with windings 5,11 (Fig. 3) makes it possible to eliminate current ripples through these windings and, as a consequence, to eliminate output voltage ripples. Simultaneous elimination of current ripple at the input and output is impossible.
Для случая симметричной нагрузки R 7 =R 13 по каждому выходному каналу два шунтирующих диода 4,10 могут быть заменены одним шунтирующим диодом 18 (фиг.4), включенным катодом к началу обмотки 11, а анодом к концу обмотки 5.For the case of a symmetrical load R 7 =R 13 for each output channel, two shunt diodes 4,10 can be replaced by one shunt diode 18 (Fig. 4), the cathode connected to the beginning of winding 11, and the anode to the end of winding 5.
Таким образом, предлагаемый двухполярный регулятор постоянного напряжения позволяет по сравнению с известным устройством осуществить реализацию двухполярного выходного напряжения с сохранением всех преимуществ известного устройства.Thus, the proposed bipolar constant voltage regulator allows, in comparison with the known device, to implement a bipolar output voltage while maintaining all the advantages of the known device.
1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр.54 рис.2.8, стр.55 рис.2.9.1. Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Single-cycle converters in REA power supply devices, “Radio and Communications”, 1989, p. 54 Fig. 2.8, p. 55 Fig. 2.9.
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2815073C1 true RU2815073C1 (en) | 2024-03-11 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4257087A (en) * | 1979-04-02 | 1981-03-17 | California Institute Of Technology | DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits |
SU843133A1 (en) * | 1979-04-16 | 1981-06-30 | Ленинградский Институт Авиационногоприборостроения | Dc voltage-to-biopolar dc voltage |
SU909667A1 (en) * | 1980-07-16 | 1982-02-28 | Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения | Pulse stabilizer of dc different polar voltage |
SU1251045A1 (en) * | 1984-06-07 | 1986-08-15 | Предприятие П/Я А-7162 | Pulsed heteropolar d.c.voltage stabilizer |
SU1367112A1 (en) * | 1986-07-25 | 1988-01-15 | Московский энергетический институт | D.c.to d.c. voltage converter |
RU2110132C1 (en) * | 1996-02-06 | 1998-04-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Dc-to-dc voltage changer |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4257087A (en) * | 1979-04-02 | 1981-03-17 | California Institute Of Technology | DC-to-DC switching converter with zero input and output current ripple and integrated magnetics circuits |
SU843133A1 (en) * | 1979-04-16 | 1981-06-30 | Ленинградский Институт Авиационногоприборостроения | Dc voltage-to-biopolar dc voltage |
SU909667A1 (en) * | 1980-07-16 | 1982-02-28 | Ленинградский Институт Авиационного Приборостроения | Pulse stabilizer of dc different polar voltage |
SU1251045A1 (en) * | 1984-06-07 | 1986-08-15 | Предприятие П/Я А-7162 | Pulsed heteropolar d.c.voltage stabilizer |
SU1367112A1 (en) * | 1986-07-25 | 1988-01-15 | Московский энергетический институт | D.c.to d.c. voltage converter |
RU2110132C1 (en) * | 1996-02-06 | 1998-04-27 | Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева | Dc-to-dc voltage changer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230307928A1 (en) | Charging system, charging method, and vehicle | |
RU2815073C1 (en) | Bipolar constant voltage regulator | |
RU2812962C1 (en) | Bipolar dc voltage regulator | |
US11646652B1 (en) | Switching power supply rectifier with voltage clamps to clamp voltage transients on output coil of transformer | |
KR20120081565A (en) | Power supply device, for example for light sources | |
RU2806668C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
RU2809337C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
RU2815075C1 (en) | High-efficiency step-up pulse constant voltage regulator | |
RU2822282C1 (en) | Transformer flyback dc voltage converter with active clamping | |
RU2815911C1 (en) | High-efficiency active-clamping constant voltage converter | |
RU2815910C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
RU2815076C1 (en) | Step-up constant voltage pulse regulator | |
RU2802595C1 (en) | Single-step dc/dc transducer | |
RU2809335C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
RU2822283C1 (en) | Transformer wide-range flyback dc voltage converter with passive clamping | |
RU2818295C1 (en) | Quasi-push-pull single-step dc voltage converter | |
RU2826684C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter with voltage doubling on load | |
RU2812961C1 (en) | Flyback dc converter with active clamping | |
RU2818293C1 (en) | Push-pull dc voltage converter | |
RU2826681C1 (en) | Magnetically coupled single-cycle constant voltage converter | |
RU2815071C1 (en) | Wide-range constant voltage regulator | |
RU2823796C1 (en) | Transformer flyback constant voltage converter with passive clamping | |
RU2809839C1 (en) | Low voltage half-bridge dc-dc converter | |
RU2823794C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pulse | |
RU2826687C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter with direct transfer of energy to load |