RU2835572C1 - Step-up constant voltage regulator - Google Patents
Step-up constant voltage regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2835572C1 RU2835572C1 RU2024123165A RU2024123165A RU2835572C1 RU 2835572 C1 RU2835572 C1 RU 2835572C1 RU 2024123165 A RU2024123165 A RU 2024123165A RU 2024123165 A RU2024123165 A RU 2024123165A RU 2835572 C1 RU2835572 C1 RU 2835572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- voltage
- control key
- terminal
- winding
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 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
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect 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 for regulating and stabilizing constant output voltage.
Известны регуляторы постоянного напряжения, повышающие выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению [1].There are known DC voltage regulators that increase the output voltage in relation to the input DC voltage [1].
Недостатком известных регуляторов постоянного напряжения, повышающих выходное напряжение по отношению к входному постоянному напряжению, является отсутствие возможности получения выходного напряжения меньшего по величине, чем напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного тока через регулирующий ключ, уменьшения числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышения к.п.д.The disadvantage of known DC voltage regulators that increase the output voltage in relation to the input DC voltage is the lack of the ability to obtain an output voltage smaller in magnitude than the voltage on the control key, a rectangular current through the control key, a reduction in the number of turns of the magnetic element and output voltage pulsations, and an increase in efficiency.
Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому устройству повышающий регулятор постоянного напряжения [1].The closest in technical essence to the proposed device is a step-up DC voltage regulator [1].
Цель изобретения - формирование выходного напряжения - меньше напряжения на регулирующем ключе, прямоугольного импульса тока через вновь введенный регулирующий ключ, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д.The purpose of the invention is to generate an output voltage that is less than the voltage on the control key, a rectangular current pulse through the newly introduced control key, a reduction in the number of turns of the magnetic element and output voltage pulsations, and an increase in efficiency.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введена вторая обмотка в магнитный элемент, включенная концом к первому выводу дополнительного ключа, второй вывод которого подключен к дополнительно введенному конденсатору, второй полюс которого подключен к началу вторичной обмотки, общая точка соединения которых подключена к второму конденсатору, включенному последовательно с дополнительным конденсатором, параллельно которым включена нагрузка, а общая точка соединения конца первичной обмотки магнитного элемента с регулирующим ключом подключена к аноду выпрямительного диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсаторов.The stated objective is achieved by the fact that a second winding is introduced into the device in the magnetic element, connected by its end to the first terminal of the additional key, the second terminal of which is connected to an additionally introduced capacitor, the second pole of which is connected to the beginning of the secondary winding, the common connection point of which is connected to the second capacitor, connected in series with the additional capacitor, in parallel to which the load is connected, and the common connection point of the end of the primary winding of the magnetic element with the regulating key is connected to the anode of the rectifier diode, the cathode of which is connected to the common connection point of the capacitors.
На фигуре показана принципиальная электрическая схема предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа.The figure shows the basic electrical circuit diagram of the proposed step-up DC voltage regulator.
В нем (фигура) первый регулирующий ключ 1, линейная индуктивность 2 содержащая две обмотки 3, 4, первичная обмотка 3 из которых началом подключена к положительному выводу входного источника постоянного напряжения, концом к положительному полюсу первого регулирующего ключа 1, отрицательный полюс которого подключен к отрицательному выводу входного источника постоянного напряжения, образующему общую шину, а вторичная обмотка 4 концом подключена к первому выводу вновь введенного второго регулирующего ключа 5, второй вывод которого подключен к первому выводу конденсатора 6, второй вывод которого соединен с началом обмотки 4, общая точка соединения которых соединена с конденсатором 7, второй вывод которого подключен к общей шине, параллельно конденсаторам 6, 7 включена нагрузка 8, а общая точка соединения конца первичной обмотки 3 магнитного элемента 2 с регулирующим ключом 1 подключена к аноду диода 9, катод которого подключён к общей точке соединения конденсаторов 6, 7.In it (the figure) the first regulating key 1, the linear inductance 2 containing two windings 3, 4, the primary winding 3 of which is connected with its beginning to the positive terminal of the input source of direct voltage, with its end to the positive pole of the first regulating key 1, the negative pole of which is connected to the negative terminal of the input source of direct voltage, forming a common bus, and the secondary winding 4 is connected with its end to the first terminal of the newly introduced second regulating key 5, the second terminal of which is connected to the first terminal of the capacitor 6, the second terminal of which is connected to the beginning of the winding 4, the common connection point of which is connected to the capacitor 7, the second terminal of which is connected to the common bus, a load 8 is connected in parallel to the capacitors 6, 7, and the common connection point of the end of the primary winding 3 of the magnetic element 2 with the regulating key 1 is connected to the anode of the diode 9, the cathode of which is connected to the common connection point of the capacitors 6, 7.
Принцип действия предлагаемого регулятора постоянного напряжения повышающего типа рассмотрим исходя из предположения идеальности ключевых элементов, установившегося режима работы и непрерывности изменения магнитного потока в сердечнике линейной индуктивности.The operating principle of the proposed step-up DC voltage regulator will be considered based on the assumption of ideal key elements, steady-state operating mode, and continuous change of magnetic flux in the core of the linear inductance.
Обозначим через D относительную к периоду T длительность включенного состояния ключей 1,5, работающих одновременно.Let us denote by D the duration of the on state of switches 1.5, operating simultaneously, relative to the period T.
При замкнутом состоянии ключей 1,5 в течение времени DT одновременно протекают два процесса - накопление магнитной энергии в линейной индуктивности 2 по первичной обмотке 3 от источника входного постоянного напряжения и заряд конденсатора 6 через второй ключ 5 от вторичной обмотки 4 магнитного элемента 2 до напряжения nV IN , где n-отношение витков вторичной обмотки 4 линейной индуктивности 2 к первичной обмотке 3, при этом конденсатор 6 заряжается током I L /D второго ключа 5, где I L - ток нагрузки в то время как конденсатор 7 разряжается током нагрузки I L .When the switches 1.5 are closed, two processes occur simultaneously during the time DT : accumulation of magnetic energy in the linear inductance 2 along the primary winding 3 from the source of the input DC voltage and charging of the capacitor 6 through the second switch 5 from the secondary winding 4 of the magnetic element 2 to a voltage of nV IN , where n is the ratio of the turns of the secondary winding 4 of the linear inductance 2 to the primary winding 3, while the capacitor 6 is charged by the current I L /D of the second switch 5, where I L - load current while capacitor 7 is discharged by load current I L .
На этом интервале времени работы равного DT идет процесс одновременного намагничивания магнитного элемента 2 по первичной обмотке 3 от источника входного напряжения V IN и по обмотке 4 от постоянного напряжения на конденсаторе 6, ток намагничивания которой течет навстречу прямому току через второй ключ 5 компенсируя ток намагничивания по первичной обмотке 3, что приводит к прямоугольной форме тока через второй ключ. Компенсация тока намагничивания позволяет существенно уменьшить число витков магнитного элемента.In this interval of working time equal to DT, the process of simultaneous magnetization of magnetic element 2 is in progress along primary winding 3 from the input voltage source V IN and along winding 4 from the constant voltage on capacitor 6, the magnetization current of which flows towards the direct current through the second key 5, compensating for the magnetization current along primary winding 3, which leads to a rectangular current shape through the second key. Compensation of magnetization current allows to significantly reduce the number of turns of the magnetic element.
После выключения ключей 1,5 происходит переполюсовка эдс на всех обмотках магнитного элемента и включение выпрямительного диода 9, находящегося в проводящем состоянии в течение времени (1-D)T, через который конденсатор 7, заряжается до напряжения nV IN /(1-D) током I L /(1-D) выпрямительного диода 9, при этом конденсатор 6 разряжается током нагрузки I L . В течение всего периода T конденсаторы 6, 7 заряжаются и разряжаются противофазно, что позволяет существенно уменьшить пульсации выходного напряжения.After switching off the keys 1,5, the polarity of the emf on all windings of the magnetic element is reversed and the rectifier diode 9 is switched on, which is in the conducting state for the time (1-D)T , through which the capacitor 7 is charged to the voltage nV IN /(1-D) by the current I L /(1-D) of the rectifier diode 9, while the capacitor 6 is discharged by the load current I L . During the entire period T, the capacitors 6, 7 are charged and discharged in antiphase, which allows to significantly reduce the output voltage pulsations.
В результате описанного процесса на нагрузке устанавливается напряжение, определяемое разностью напряжений на конденсаторах 6, 7 равное V IN [1-n(1-D]/(1-D), что значительно ниже напряжения на регулирующем ключе равного V IN /(1-D).As a result of the described process, a voltage is established on the load, determined by the difference in voltages on capacitors 6, 7 equal to V IN [1-n(1-D]/(1-D) , which is significantly lower than the voltage on the control key equal to V IN /(1-D) .
При одновременном включении двух ключей, включение второго ключа происходит с некоторой задержкой из-за отрицательного напряжения на втором выводе ключа, подключенного к дополнительно введенному конденсатору, что приводит к разнесению фронтов тока и напряжения на ключе и уменьшению динамических потерь при включении. Ток, протекающий через второй ключ, втекает в начало вторичной обмотки, что приводит к снижению тока через первый регулирующий ключ до отрицательной величины и снижению потерь через него как динамических, так и статических.When two keys are turned on simultaneously, the second key is turned on with some delay due to the negative voltage on the second terminal of the key connected to an additionally introduced capacitor, which leads to the separation of the current and voltage fronts on the key and a decrease in dynamic losses when turning on. The current flowing through the second key flows into the beginning of the secondary winding, which leads to a decrease in the current through the first regulating key to a negative value and a decrease in losses through it, both dynamic and static.
Таким образом, в предлагаемом регуляторе постоянного напряжения повышающего типа осуществляется формирование высокого выходного напряжения - меньше напряжения на регулирующем ключе, формирование прямоугольного импульса тока через второй регулирующий ключ и уменьшение тока через первый регулирующий ключ до отрицательной величины, уменьшение числа витков магнитного элемента и пульсаций выходного напряжения, повышение к.п.д.Thus, in the proposed step-up DC voltage regulator, a high output voltage is generated - less than the voltage on the control key, a rectangular current pulse is generated through the second control key and the current through the first control key is reduced to a negative value, the number of turns of the magnetic element and output voltage pulsations are reduced, and the efficiency is increased.
1. Поликарпов А.Г., Сергиенко Е.Ф. Однотактные преобразователи в устройствах электропитания РЭА, “Радио и связь”, 1989, стр. 6 рис. 1.2.1. Polikarpov A.G., Sergienko E.F. Single-stroke converters in power supply devices of electronic equipment, “Radio and Communications”, 1989, p. 6, Fig. 1.2.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2835572C1 true RU2835572C1 (en) | 2025-02-28 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2852757C1 (en) * | 2025-06-13 | 2025-12-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Boost direct voltage regulator with increased efficiency |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU441632A1 (en) * | 1970-11-16 | 1974-08-30 | Предприятие П/Я М-5374 | Constant voltage converter |
| SU1081629A1 (en) * | 1983-01-03 | 1984-03-23 | Предприятие П/Я Г-4190 | Stabilized power source |
| US6175219B1 (en) * | 1998-08-27 | 2001-01-16 | Sony Corporation | Booster type converter with low power loss |
| RU21318U1 (en) * | 2001-06-28 | 2002-01-10 | Акционерное общество закрытого типа "Малое многопрофильное предприятие - ИРБИС" | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT WITH SWITCHING AT ZERO VOLTAGE |
| RU2215354C1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я.Березняка" | Secondary power supply |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU441632A1 (en) * | 1970-11-16 | 1974-08-30 | Предприятие П/Я М-5374 | Constant voltage converter |
| SU1081629A1 (en) * | 1983-01-03 | 1984-03-23 | Предприятие П/Я Г-4190 | Stabilized power source |
| US6175219B1 (en) * | 1998-08-27 | 2001-01-16 | Sony Corporation | Booster type converter with low power loss |
| RU21318U1 (en) * | 2001-06-28 | 2002-01-10 | Акционерное общество закрытого типа "Малое многопрофильное предприятие - ИРБИС" | CONSTANT VOLTAGE CONVERTER TO CONSTANT WITH SWITCHING AT ZERO VOLTAGE |
| RU2215354C1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" им. А.Я.Березняка" | Secondary power supply |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2852757C1 (en) * | 2025-06-13 | 2025-12-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Boost direct voltage regulator with increased efficiency |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2835572C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
| RU2835157C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
| RU2835160C1 (en) | Step-down constant voltage regulator | |
| RU2835159C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
| RU2834005C1 (en) | Magnetically coupled constant voltage regulator of step-up type | |
| RU2836853C1 (en) | Magnetically coupled constant voltage regulator of step-up type | |
| RU2849998C1 (en) | High-efficiency and high-power step-down dc voltage regulator | |
| RU2842692C1 (en) | Constant voltage step-down regulator | |
| RU2852757C1 (en) | Boost direct voltage regulator with increased efficiency | |
| RU2836034C1 (en) | Single-cycle constant voltage converter | |
| RU2835573C1 (en) | Magnetically coupled step-down constant voltage regulator | |
| RU2815910C1 (en) | Step-up constant voltage regulator | |
| RU2815075C1 (en) | High-efficiency step-up pulse constant voltage regulator | |
| RU2835158C1 (en) | Magnetically coupled step-down constant voltage regulator | |
| RU2815076C1 (en) | Step-up constant voltage pulse regulator | |
| RU2837260C1 (en) | Forward single-stroke constant voltage converter with adjustable input voltage | |
| RU2815911C1 (en) | High-efficiency active-clamping constant voltage converter | |
| RU2812962C1 (en) | Bipolar dc voltage regulator | |
| RU2823794C1 (en) | Forward converter of constant voltage with energy transfer in pulse | |
| RU2806668C1 (en) | Dc-dc converter with active clamping | |
| RU2850522C1 (en) | Wide-range magnetically coupled two-stroke dc converter | |
| RU2833063C1 (en) | Constant voltage converter with active clamping | |
| RU2835574C1 (en) | Magnetically coupled step-down constant voltage regulator | |
| RU2836037C1 (en) | Forward single-stroke constant voltage converter with adjustable input voltage | |
| RU2833626C1 (en) | Constant voltage converter with active clamping |