RU2734101C1 - Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения - Google Patents
Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734101C1 RU2734101C1 RU2020117224A RU2020117224A RU2734101C1 RU 2734101 C1 RU2734101 C1 RU 2734101C1 RU 2020117224 A RU2020117224 A RU 2020117224A RU 2020117224 A RU2020117224 A RU 2020117224A RU 2734101 C1 RU2734101 C1 RU 2734101C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- output
- converter
- charging
- diode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/16—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by dynamic converters
- H02M3/18—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by dynamic converters using capacitors or batteries which are alternately charged and discharged, e.g. charged in parallel and discharged in series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании малогабаритных и энергоэффективных многоуровневых повышающих регуляторов постоянного напряжения. Техническим результатом заявленного изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, т.к. наряду с дискретным регулированием преобразователь способен осуществить и линейную энергоэффективную плавную регулировку выходного напряжения. Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения содержит входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения, выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа. Преобразователь содержит также n-1 разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом. В преобразователь введены двухуровневый широтно-импульсный регулятор постоянного напряжения (19), между выходным выводом которого и общим выводом включена нагрузка (20), дополнительный выходной конденсатор 16, соединяющий дополнительный выходной и общий выводы преобразователя, дополнительный разрядный диод (14), включенный между точкой соединения зарядного диода и конденсатора второй цепочки и дополнительным выходным выводом, причем выходные выводы преобразователя подключены к входным выводам двухуровневого широтно-импульсного регулятора. 1 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано при создании малогабаритных и энергоэффективных многоуровневых повышающих регуляторов постоянного напряжения.
Известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электротехника, №10, 2007, с. 34-40, рис. 1 - блок А1.1), содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и нагрузки, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения конденсатора и зарядного ключа последней цепочки.
Дискретная регулировка выходного напряжения в данном преобразователе осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку, путем управления коммутацией разрядных ключей его силовой цепи.
К недостаткам данного регулируемого повышающего преобразователя следует отнести отсутствие плавной регулировки выходного напряжения, а также низкий КПД и плохие массогабаритные показатели из-за увеличения динамических потерь мощности и низкой частоты переключения полупроводниковых элементов силовой цепи ввиду их жесткой коммутации.
Кроме того, известен регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения (Электропитание №4, 2018 г„ с. 152-159, рис. 2), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами преобразователя, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом преобразователя.
Дискретная регулировка выходного напряжения в прототипе также осуществляется изменением числа последовательно соединенных конденсаторов, разряжающихся на нагрузку, путем управления коммутацией разрядных ключей его силовой цепи. При этом КПД и массогабаритные показатели прототипа значительно улучшены благодаря мягкой коммутации его полупроводниковых элементов в моменты времени, когда их токи равны нулю.
Увеличение КПД прототипа происходит за счет снижения динамических потерь мощности при переключении его полупроводниковых элементов, а улучшение его массогабаритных показателей достигается благодаря увеличению частоты их переключения.
Следует отметить, что мягкая коммутация реализуется благодаря наличию в цепочках прототипа последовательных колебательных контуров, обеспечивающих кусочно синусоидальную форму тока через его полупроводниковые элементы.
Главный недостаток прототипа - отсутствие энергоэффективной плавной регулировки его выходного напряжения.
Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является обеспечения линейной, плавной регулировки выходного напряжения регулятора при сохранении высокого КПД и улучшенных массогабаритных показателях.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, (n-1) разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом введены двухуровневый широтно-импульсный регулятор постоянного напряжения, между выходным выводом которого и общим выводом включена нагрузка, дополнительный выходной конденсатор, соединяющий дополнительный выходной и общий выводы преобразователя, дополнительный разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода и конденсатора второй цепочки и дополнительным выходным выводом, причем выходные выводы преобразователя подключены к входным выводам двухуровневого широтно-импульсного регулятора.
На чертеже приведена принципиальная схема силовой цепи предлагаемого регулируемого повышающего преобразователя постоянного напряжения.
Предлагаемое устройство содержит n цепочек, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода 1, конденсатора 2, реактора 3 и зарядного ключа 4. Цепочки соединены параллельно и включены между входным 5 и общим 6 выводами преобразователя. Точки соединения реактора 3 и зарядного ключа 4 предыдущей цепочки через разрядные ключи (7-9) соединены с положительным выводом конденсатора 2 последующей цепочки. Разрядный ключ 10 соединяет входной вывод 5 с точкой соединения реактора 3 и зарядного ключа 4 последней цепочки. Разрядный диод 11 включен между точкой соединения зарядного диода 1 с конденсатором 2 первой цепочки и выходным выводом 12. К выходному выводу 12 и общему выводу 6 подключен выходной конденсатор 13. Дополнительный разрядный диод 14 включен между точкой соединения зарядного диода 1 с конденсатором 2 второй цепочки и дополнительным выходным выводом 15. К дополнительному выходному выводу 15 и общему выводу 6 подключен дополнительный выходной конденсатор 16. Выходные выводы 12 и 15 преобразователя подключены к входным выводам 17 и 18 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19, к выходу которого подключена нагрузка 20.
Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.
В исходном состоянии при периодическом высокочастотном открывании зарядных ключей 4 в n цепочках током кусочно синусоидальной формы происходит параллельный заряд конденсаторов 2 через реакторы 3 от входного источника постоянного напряжения Е через зарядные диоды 1. После закрывания зарядных ключей 4 открываются разрядные ключи (7-10) и током также кусочно синусоидальной формы происходит периодический последовательный разряд конденсаторов 2 через реакторы 3 разрядный диод 11 на выходной конденсатор 13. Последовательные колебательные контуры, образованные в цепочках конденсаторами 2 и реакторами 3, обеспечивают снижение динамических потерь мощности в полупроводниковых элементах силовой цепи преобразователя благодаря мягкой коммутации в моменты времени, когда их токи кусочно синусоидальной формы равны нулю.
Поскольку разряд n соединенных последовательно конденсаторов происходит через последовательно соединенный с ними источник Е, то выходное напряжение преобразователя, прикладываемое к выходному конденсатору 13, оказывается равным (n+1) ⋅ Е.
Напряжения с выходных конденсаторов 13 и 16, определяющие диапазон регулировки выходного напряжения предлагаемого преобразователя, подаются на входные выводы 17 и 18 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19. Они формируются при числе цепочек (n-1) и n соответственно. Поэтому диапазон регулировки для любых n равен напряжению входного источника Е, а его пределы определяются выражениями U17 = n ⋅ Е и U18 = (n + 1) ⋅ Е.
Дискретное регулирование диапазонов выходного напряжения осуществляется изменением числа цепочек в пределах n=1, …, N поочередным переводом разрядных ключей (8-10) из отсечки в режим периодической коммутации. При этом благодаря мягкой коммутации полупроводниковых элементов преобразователя, участвующих в преобразовании, его КПД оказывается высоким.
Плавная линейная регулировка напряжения на нагрузке 20 внутри диапазонов [U17,U18] для различных n осуществляется изменением относительной длительности импульсов управления транзисторного ключа 21 в двухуровневом широтно-импульсном регуляторе 19 в пределах .
При этом благодаря малым, равным напряжению входного источника Е, скачкам напряжения на регулирующем транзисторном ключе 21 и диоде 22 двухуровневого широтно-импульсного регулятора 19, динамические потери мощности в них при плавной регулировке оказываются незначительными.
В результате энергоэффективный диапазон линейного плавного регулирования напряжения на нагрузке 20 при изменении числа цепочек в пределах n=1,…,N, составляет величину от Е до (N + 1) ⋅ E.
Таким образом, предлагаемый регулируемый повышающий преобразователь обладает более широкими функциональными возможностями, т.к. наряду с дискретным регулированием способен осуществить и линейную энергоэффективную плавную регулировку выходного напряжения.
Claims (1)
- Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения, содержащий входной, выходной и общий выводы для подключения соответственно источника постоянного напряжения и выходного конденсатора, n соединенных параллельно цепочек, включенных между входным и общим выводами, состоящих каждая из последовательно соединенных зарядного диода, конденсатора, реактора и зарядного ключа, n-1 разрядных ключей, каждый из которых включен между точкой соединения реактора и зарядного ключа предыдущей цепочки и точкой соединения зарядного диода и конденсатора последующей цепочки, разрядный ключ, включенный между входным выводом и точкой соединения реактора и зарядного ключа последней цепочки, разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода с конденсатором первой цепочки и выходным выводом, отличающийся тем, что в него введены двухуровневый широтно-импульсный регулятор постоянного напряжения, между выходным выводом которого и общим выводом включена нагрузка, дополнительный выходной конденсатор, соединяющий дополнительный выходной и общий выводы преобразователя, дополнительный разрядный диод, включенный между точкой соединения зарядного диода и конденсатора второй цепочки и дополнительным выходным выводом, причем выходные выводы преобразователя подключены к входным выводам двухуровневого широтно-импульсного регулятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734101C1 true RU2734101C1 (ru) | 2020-10-13 |
Family
ID=72940211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020117224A RU2734101C1 (ru) | 2020-05-26 | 2020-05-26 | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734101C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815910C1 (ru) * | 2023-11-01 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1642562A1 (ru) * | 1989-04-06 | 1991-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Преобразователь посто нного напр жени в посто нное |
US6125047A (en) * | 1993-12-14 | 2000-09-26 | Seagate Technology, Inc. | Regulated inverting power supply |
US20080084720A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Dc-dc boost converter with a charge pump |
RU2323515C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-27 | Новосибирский государственный технический университет | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2394345C1 (ru) * | 2009-04-13 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2415506C1 (ru) * | 2010-03-24 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2505914C2 (ru) * | 2010-06-25 | 2014-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Преобразователь постоянного напряжения |
-
2020
- 2020-05-26 RU RU2020117224A patent/RU2734101C1/ru active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1642562A1 (ru) * | 1989-04-06 | 1991-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Преобразователь посто нного напр жени в посто нное |
US6125047A (en) * | 1993-12-14 | 2000-09-26 | Seagate Technology, Inc. | Regulated inverting power supply |
US20080084720A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Dc-dc boost converter with a charge pump |
RU2323515C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-27 | Новосибирский государственный технический университет | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2394345C1 (ru) * | 2009-04-13 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2415506C1 (ru) * | 2010-03-24 | 2011-03-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Регулируемый понижающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2505914C2 (ru) * | 2010-06-25 | 2014-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Преобразователь постоянного напряжения |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815910C1 (ru) * | 2023-11-01 | 2024-03-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инпут Трансформейшн Аутпут Корпорейшн" | Регулятор постоянного напряжения повышающего типа |
RU2820214C1 (ru) * | 2023-11-27 | 2024-05-30 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Суммирующий мощность повышающий преобразователь постоянного напряжения |
RU2822564C1 (ru) * | 2024-01-23 | 2024-07-09 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" | Повышающий регулятор постоянного тока |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9564806B2 (en) | Boost converter with reduced switching loss and methods of operating the same | |
US8259476B2 (en) | Self-adjusting switched-capacitor converter with multiple target voltages and target voltage ratios | |
US20210175805A1 (en) | Regulation Loop Circuit | |
US8674669B2 (en) | Switching regulator with a single inductor in a multiple output power supply configuration | |
KR101723094B1 (ko) | Mmc 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 | |
US11469672B2 (en) | Interleaved multi-level buck-boost switching power converter with pulse-width modulation | |
US20220255429A1 (en) | Voltage converter | |
US20120098514A1 (en) | Current mode switching regulator and control circuit and control method thereof | |
CN114337273A (zh) | 具有斜坡补偿的控制电路及方法 | |
CN108306484B (zh) | 一种功率变换装置及功率变换装置的控制方法 | |
JP5814759B2 (ja) | 電力変換装置 | |
KR101412352B1 (ko) | 직류- 직류 컨버터 | |
RU2734101C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
CN112953202A (zh) | 电压转换电路及供电*** | |
RU2746272C1 (ru) | Способ регулирования выходного напряжения повышающего преобразователя постоянного напряжения | |
RU2806898C1 (ru) | Регулируемый повышающий преобразователь постоянного напряжения | |
Anand et al. | Experimental Validation of a Quadruple Boost Multilevel Inverter for Medium Voltage High Power Renewable Energy Integration | |
Zhao et al. | A three-level buck converter and digital controller for improving load transient response | |
TWI411210B (zh) | 具電荷泵控制之單電感多重輸出直流轉換器 | |
AU2012331406B2 (en) | Voltage converter having a first parallel circuit | |
Lin et al. | A novel single-input multi-output DC/DC converter with constant current mode operation | |
RU2453030C1 (ru) | Бестрансформаторный источник питания | |
RU2368937C1 (ru) | Регулятор переменного напряжения | |
RU2408968C1 (ru) | Повышающе-понижающий непосредственный преобразователь частоты | |
CN102428650A (zh) | 用于控制缓冲电路的操作的方法和设备 |