RU2815910C1 - Step-up constant voltage regulator - Google Patents

Step-up constant voltage regulator Download PDF

Info

Publication number
RU2815910C1
RU2815910C1 RU2023128318A RU2023128318A RU2815910C1 RU 2815910 C1 RU2815910 C1 RU 2815910C1 RU 2023128318 A RU2023128318 A RU 2023128318A RU 2023128318 A RU2023128318 A RU 2023128318A RU 2815910 C1 RU2815910 C1 RU 2815910C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
linear inductance
linear
pole
common
Prior art date
Application number
RU2023128318A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Григорьевич Поликарпов
Владимир Анатольевич Поликарпов
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн"
Application granted granted Critical
Publication of RU2815910C1 publication Critical patent/RU2815910C1/en

Links

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, in particular to constant voltage regulators, and can be used in secondary power supply systems for control and stabilization of constant output voltage. Device contains power control key (1), two linear inductors (2, 7), connected in series through capacitor (6), first linear inductance (2) comprises two windings (3, 4), primary winding (3) of which is connected to the positive terminal of the input constant voltage source, and by the end through capacitor (6) and control key (1) to the negative terminal of the input constant voltage source, which forms a common bus, and through capacitor (6) to second linear inductance (7), which by the second pole is connected to common point of connection, which forms output voltage of output capacitor (8) with parallel connected load (9), which second pole is connected to common bus. Device includes shunt diode (5), by the anode connected to end of secondary winding (4) of first linear inductance (2), the beginning of which is connected to the common point of connection of the end of primary winding (3) and capacitor (6), and by the cathode to the common point of connection of capacitor (6) with second linear inductance (7).
EFFECT: reduced pulse current through control key, higher efficiency.
4 cl, 4 dwg

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, повышающие выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению [1].Constant voltage regulators are known that increase the output voltage relative to the input constant voltage [1].

Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения, повышающих выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению, является отсутствие возможности уменьшения импульсного тока через регулирующий ключ и повышения к.п.д..The disadvantage of known constant voltage regulators that increase the output voltage relative to the input constant voltage is the inability to reduce the pulse current through the regulating switch and increase efficiency.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству повышающий регулятор постоянного напряжения [1].The closest in technical essence to the proposed device is the step-up constant voltage regulator [1].

Недостатком этого повышающего регулятора постоянного напряжения является невозможность уменьшения импульсного тока через регулирующий ключ и повышения к.п.д..The disadvantage of this constant voltage boost regulator is the inability to reduce the pulse current through the regulating switch and increase efficiency.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена вторая линейная индуктивность, включенная одним полюсом через конденсатор к концу первичной обмотки первой линейной индуктивности, вторым полюсом к образующему выходное напряжение выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине, общая точка соединения конденсатора с началом вторичной и концом первичной обмотки первой линейной индуктивности через конденсатора и регулирующий ключ подключена к общей шине, при этом шунтирующий диод, анодом подключен к концу вторичной обмотки первой линейной индуктивности, а катодом к общей точке соединения конденсатора и регулирующего ключа с второй линейной индуктивностью.This goal is achieved by introducing a second linear inductance into the device, connected with one pole through a capacitor to the end of the primary winding of the first linear inductance, with the second pole to the output capacitor generating the output voltage with a parallel-connected load, the second pole of which is connected to a common bus, a common connection point capacitor with the beginning of the secondary and the end of the primary winding of the first linear inductance through the capacitor and the regulating switch is connected to a common bus, while the shunt diode is connected with the anode to the end of the secondary winding of the first linear inductance, and the cathode is connected to the common point of connection of the capacitor and the regulating key with the second linear inductance .

На фиг.1, 2, 3 и 4 показаны принципиальные электрические схемы вариантов выполнения предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа.Figures 1, 2, 3 and 4 show schematic electrical diagrams of embodiments of the proposed boost-type constant voltage regulator.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа.In fig. Figure 1 shows a circuit diagram of the proposed boost-type constant voltage regulator.

В нем (фиг.1) силовой регулирующий ключ 1, две линейные индуктивности 2, 7, соединенные последовательно через конденсатор 6, первая линейная индуктивность 2 содержит две обмотки 3,4, первичная обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, а концом через конденсатор 6 и регулирующий ключ 1 к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину и через конденсатор 6 к второй линейной индуктивности 7, которая вторым полюсом подключена к общей точке соединения образующего выходное напряжение выходного конденсатора 8 с параллельно включенной нагрузкой 9,второй полюс которого подключен к общей шине.In it (Fig. 1) there is a power control switch 1, two linear inductances 2, 7, connected in series through a capacitor 6, the first linear inductance 2 contains two windings 3,4, the primary winding 3 of which is connected at the beginning to the positive terminal of the input constant voltage source , and the end through the capacitor 6 and the regulating switch 1 to the negative terminal of the input constant voltage source, forming a common bus and through the capacitor 6 to the second linear inductance 7, which is connected with the second pole to the common connection point of the output capacitor 8 that forms the output voltage with a parallel-connected load 9 , the second pole of which is connected to the common bus.

В устройство введен шунтирующий диод 5, анодом подключенный к концу вторичной обмотки 4 первой линейной индуктивности 2, начало которой подключено к общей точке соединения конца первичной обмотки 3, а катодом к общей точке соединения конденсатора 6 с второй линейной индуктивностью 7 и регулирующего ключа 1.A shunt diode 5 is introduced into the device, the anode is connected to the end of the secondary winding 4 of the first linear inductance 2, the beginning of which is connected to the common connection point of the end of the primary winding 3, and the cathode is connected to the common connection point of the capacitor 6 with the second linear inductance 7 and the regulating switch 1.

На фиг. 2 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой две линейные индуктивности включенные последовательно через конденсатор объединены на общем магнитопроводе в виде двух обмоток, включенных встречно, образующих магнитносвязанный магнитный элемент.In fig. Figure 2 shows a schematic electrical diagram of the proposed boost-type constant voltage regulator, in which two linear inductances connected in series through a capacitor are combined on a common magnetic circuit in the form of two windings connected counter-currently, forming a magnetically coupled magnetic element.

На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой последовательно с первичной обмоткой магнитного элемента включена линейная индуктивность 10.In fig. Figure 3 shows a schematic electrical diagram of the proposed boost-type constant voltage regulator, in which linear inductance 10 is connected in series with the primary winding of the magnetic element.

На фиг. 4 показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа, в которой последовательно с второй обмоткой магнитного элемента включена линейная индуктивность 11.In fig. Figure 4 shows a schematic electrical diagram of the proposed boost-type constant voltage regulator, in which linear inductance 11 is connected in series with the second winding of the magnetic element.

Принцип действия предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитных потоков в сердечниках линейных индуктивностей.We will consider the principle of operation of the proposed boost-type constant voltage regulator based on the assumption of the ideality of the key elements, the steady state of operation and the continuity of changes in magnetic fluxes in the cores of linear inductances.

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 два процесса - накопление магнитной энергии в первой линейной индуктивности 2 по первичной обмотке 3 от источника входного постоянного напряжения и конденсатора 6, заряженного до напряжения V IN D/(1-2D), в результате которого при n=1, где n-отношение витков вторичной обмотки 4 линейной индуктивности 2 к первичной обмотке 3, через регулирующий ключ 1 течет ток I L (1-D)/(1-2D), где I L - ток нагрузки и передача энергии из второй линейной индуктивности в нагрузку, образованную конденсатором 8 с параллельно включенной нагрузкой, при этом конденсатор 6 разряжается, а ток второй линейной индуктивности 7 равный току нагрузки I L течет навстречу прямому току через регулирующий ключ 1 в результате чего результирующий ток, который течет через регулирующий ключ 1, составляет I L D/(1-2D), что меньше, чем в стандартном повышающем (Boost) регуляторе постоянного напряжения.When key 1 is closed for a period of timeD.T.two processes occur simultaneously - the accumulation of magnetic energy in the first linear inductance 2 along the primary winding 3 from the input DC voltage source and the capacitor 6 charged to voltageV IN D/(1-2D), as a result of which atn=1, Wheren- the ratio of turns of the secondary winding 4 of linear inductance 2 to the primary winding 3, current flows through the regulating switch 1I L (1-D)/(1-2D), WhereI L - load current and energy transfer from the second linear inductance to the load formed by capacitor 8 with a parallel-connected load, while capacitor 6 is discharged, and the current of the second linear inductance 7 is equal to the load currentI L flows towards the direct current through the regulating switch 1, as a result of which the resulting current that flows through the regulating switch 1 isI L D/(1-2D), which is less than a standard Boost constant voltage regulator.

После выключения регулирующего ключа 1 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитных элементов и включение шунтирующего диода 5, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, через который конденсатор 6, заряжается до напряжения nV IN D/(1-2D), а на первичной обмотке 3 первой линейной индуктивности 2 устанавливается напряжение V C /n вследствие чего на входе Г-образного LC-фильтра образованного второй линейной индуктивностью 7 и конденсатора 8 с параллельно включенной нагрузкой 9 действует напряжение V IN +V C (1+1/n) в течение времени (1-D)T.After turning off the regulating switch 1, the emf is reversed on all windings of the magnetic elements and the shunt diode 5 is turned on, which is in a conducting state for a time (1-D)T , through which the capacitor 6 is charged to a voltage nV IN D/(1-2D) , and on the primary winding 3 of the first linear inductance 2, the voltage V C /n is established, as a result of which the voltage V IN +V C (1 + 1 /n) during time (1-D)T .

Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения повышающего типа осуществляется передача энергии в нагрузку в течение времени (1-D)T.Thus, in the proposed boost-type constant voltage regulator, energy is transferred to the load during the time (1-D)T .

Использование магнитного элемента (фиг.2), заменяющего две линейные индуктивности в виде одной магнитосвязанной цепи, состоящей из двух встречно включенных обмоток, разделенных конденсатором, позволяет упростить магнитные элементы в регуляторе постоянного напряжения повышающего типа и обеспечить условие для увеличения дифференциальной индуктивности обмоток магнитного элемента.The use of a magnetic element (Fig. 2), replacing two linear inductances in the form of one magnetically coupled circuit, consisting of two back-to-back windings separated by a capacitor, makes it possible to simplify the magnetic elements in a boost-type DC voltage regulator and provide a condition for increasing the differential inductance of the windings of the magnetic element.

При равенстве числа витков обмоток магнитносвязанного магнитного элемента включение линейной индуктивности 10 последовательно с первой обмоткой, подключенной к источнику входного постоянного напряжения (фиг.3), позволяет исключить пульсации тока в этой обмотке и, как следствие этого, исключить пульсации тока, потребляемого от источника входного постоянного напряжения.If the number of turns of the windings of a magnetically coupled magnetic element is equal, switching on the linear inductance 10 in series with the first winding connected to the input constant voltage source (Fig. 3) allows eliminating current ripples in this winding and, as a consequence, eliminating current ripples consumed from the input source constant voltage.

Включение линейной индуктивности 11 магнитносвязанного магнитного элемента последовательно с второй обмоткой, подключенной к выходному конденсатору с параллельно включенной нагрузкой (фиг.4), позволяет исключить пульсации тока в этой обмотке и, как следствие этого, исключить пульсации напряжения на нагрузке.Connecting the linear inductance 11 of the magnetically coupled magnetic element in series with the second winding connected to the output capacitor with a parallel-connected load (Fig. 4) makes it possible to eliminate current pulsations in this winding and, as a consequence, to eliminate voltage ripples across the load.

Таким образом, предлагаемый регулятор постоянного напряжения повышающего типа по сравнению с известным устройством позволяет осуществить высокоэффективное преобразование потребляемой энергии от источника входного постоянного напряжения с сохранением всех преимуществ известного устройства.Thus, the proposed boost-type DC voltage regulator, in comparison with the known device, allows for highly efficient conversion of consumed energy from the input DC voltage source 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.61 рис.1.2., стр.38 рис.1.26.1. Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Single-cycle converters in power supply devices REA, “Radio and Communications”, 1989, p. 61 Fig. 1.2., p. 38 Fig. 1.26.

Claims (4)

1. 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 регуляторе постоянного напряжения повышающего типа первая линейная индуктивность выполнена в виде двухобмоточной линейной индуктивности, первичная обмотка которой началом подключена к положительному выводу входного постоянного напряжения, концом к общей точке соединения начала вторичной обмотки первой линейной индуктивности с конденсатором, второй полюс которого через регулирующий ключ подключен к общей шине и введенной второй линейной индуктивности, вторым полюсом подключенной к общей точке соединения образующего выходное напряжение выходного конденсатора с параллельно включенной нагрузкой, второй полюс которого подключен к общей шине, а шунтирующий диод, анодом подключенный к концу вторичной обмотки первой линейной индуктивности, начало которой соединено с концом первичной обмотки этой линейной индуктивности, катодом подключен к общей точке соединения конденсатора с второй линейной индуктивностью и регулирующего ключа.1. A boost-type DC voltage regulator containing a linear inductance, the first pole connected to the positive terminal of the input DC voltage source, the other pole through the regulating switch to the negative terminal of the input DC voltage source, forming a common bus, a shunt diode connected by the anode to the common connection point of the linear inductance with a regulating switch, and the cathode to an output capacitor generating the output voltage with a parallel-connected load, the second pole of which is connected to a common bus, characterized in that in a boost-type DC voltage regulator the first linear inductance is made in the form of a two-winding linear inductance, the primary winding of which connected to the positive terminal of the input DC voltage, the end to the common point of connection of the beginning of the secondary winding of the first linear inductance with a capacitor, the second pole of which is connected through a regulating key to the common bus and the introduced second linear inductance, the second pole connected to the common point of connection of the output capacitor forming the output voltage with a parallel-connected load, the second pole of which is connected to the common bus, and a shunt diode, the anode connected to the end of the secondary winding of the first linear inductance, the beginning of which is connected to the end of the primary winding of this linear inductance, the cathode is connected to the common point of connection of the capacitor with the second linear inductance and regulating key. 2. Регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что две линейные индуктивности, включенные последовательно через конденсатор, объединены на общем магнитопроводе в виде двух обмоток, включенных встречно, образующих магнитносвязанный магнитный элемент.2. A boost-type DC voltage regulator according to claim 1, characterized in that two linear inductances connected in series through a capacitor are combined on a common magnetic circuit in the form of two windings connected counter-currently, forming a magnetically coupled magnetic element. 3. Регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что последовательно с первой обмоткой магнитносвязанного магнитного элемента включена линейная индуктивность.3. A boost-type DC voltage regulator according to claim 1, characterized in that a linear inductance is connected in series with the first winding of the magnetically coupled magnetic element. 4. Регулятор постоянного напряжения повышающего типа по п.1, отличающийся тем, что последовательно с второй обмоткой магнитносвязанного магнитного элемента включена линейная индуктивность.4. A boost-type DC voltage regulator according to claim 1, characterized in that a linear inductance is connected in series with the second winding of the magnetically coupled magnetic element.
RU2023128318A 2023-11-01 Step-up constant voltage regulator RU2815910C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2815910C1 true RU2815910C1 (en) 2024-03-25

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267705A1 (en) * Ф. И. Александров, Ю. А. Тропина , Н. Н. Смирнов CONSTANT VOLTAGE CONVERTER WITH PULSE REGULATION
US6175219B1 (en) * 1998-08-27 2001-01-16 Sony Corporation Booster type converter with low power loss
RU2204192C2 (en) * 2000-11-04 2003-05-10 Исхаков Владимир Альбертович Step-up dc voltage converter
RU2214671C2 (en) * 2001-06-28 2003-10-20 Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие - Ирбис" Step-up dc-to-dc voltage changer
RU2734101C1 (en) * 2020-05-26 2020-10-13 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Adjustable step-up dc voltage converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU267705A1 (en) * Ф. И. Александров, Ю. А. Тропина , Н. Н. Смирнов CONSTANT VOLTAGE CONVERTER WITH PULSE REGULATION
US6175219B1 (en) * 1998-08-27 2001-01-16 Sony Corporation Booster type converter with low power loss
RU2204192C2 (en) * 2000-11-04 2003-05-10 Исхаков Владимир Альбертович Step-up dc voltage converter
RU2214671C2 (en) * 2001-06-28 2003-10-20 Закрытое акционерное общество "Малое многопрофильное предприятие - Ирбис" Step-up dc-to-dc voltage changer
RU2734101C1 (en) * 2020-05-26 2020-10-13 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» Adjustable step-up dc voltage converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7746670B2 (en) Dual-transformer type of DC-to-DC converter
US11394307B2 (en) Resonant power converters and control methods for wide input and output voltage ranges
US20090303762A1 (en) Power factor correction rectifier that operates efficiently over a range of input voltage conditions
US11469674B2 (en) Resonant DC-DC converter
CN107546959B (en) Switching power supply, electronic equipment and switching power supply control method
Taneri et al. Analyzing and comparing of variable and constant switching frequency flyback DC-DC Converter
Li et al. Coupled inductor based ZVS high step-up DC/DC converter in photovoltaic applications
CN109713905B (en) CCM/DCM multiplexing single-coupling inductance multi-output buck converter
RU2815910C1 (en) Step-up constant voltage regulator
CN114744876B (en) Zero-current ripple Buck-Boost converter for photovoltaic power generation
RU2815076C1 (en) Step-up constant voltage pulse regulator
US20050135123A1 (en) Low loss boost converter
CN115664223A (en) quasi-Z-source full-bridge converter and control method
RU2815075C1 (en) High-efficiency step-up pulse constant voltage regulator
RU2806668C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2809337C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2815911C1 (en) High-efficiency active-clamping constant voltage converter
CN114499194A (en) Power supply control device
RU2812962C1 (en) Bipolar dc voltage regulator
RU2809335C1 (en) Dc-dc converter with active clamping
RU2815073C1 (en) Bipolar constant voltage regulator
RU2818295C1 (en) Quasi-push-pull single-step dc voltage converter
RU2818293C1 (en) Push-pull dc voltage converter
RU2812961C1 (en) Flyback dc converter with active clamping
RU2815071C1 (en) Wide-range constant voltage regulator