ЦЕПЬ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТОКА Российский патент 2019 года по МПК G05F1/565 G01R31/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к цепи генерирования пульсирующего тока, а конкретнее к цепи генерирования пульсирующего тока для использования в испытании на старение в течение срока службы электролитического конденсатора.

Предпосылки изобретения

В настоящее время часто используются импульсные источники электропитания. Для приборов с входной мощностью ниже 75 Вт, не имеющих требований к коэффициенту мощности (PF), обратноходовые импульсные источники электропитания могут иметь интереснейшие преимущества, которые рассматривались в патентных заявках Китая № 201510753470.X и №. 201510753530.8, обе под названием «ЦЕПЬ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ТОКА». Более того, в двух заявках также рассматривается, что в настоящее время отсутствует эффективный способ испытания и прибор для регулирования номинального пульсирующего тока электролитического конденсатора и действующих технических решений для предоставления цепи генерирования пульсирующего тока, которая может обеспечить высокочастотный пульсирующий ток для испытания электролитического конденсатора при низкой себестоимости и малом потреблении энергии. Для удобства «электролитический конденсатор» далее по тексту называется «конденсатор».

Две вышеприведенные патентные заявки далее по тексту называются «действующий патент A (201510753470.X)» и «действующий патент B (201510753530.8)», соответственно, в порядке, в котором они представлены в настоящем документе. Пути решения двух вышеупомянутых патентных заявок все еще вызывают трудности: когда испытуемый конденсатор находится в состоянии, близком к выходу из строя, и его эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) существенно увеличивается, производительность конденсатора уже находится в состоянии, близком к непригодности. Если не прекратить работу конденсатора в этот момент, это ускорит выход конденсатора из строя. Как только конденсатор выйдет из строя, корпус конденсатора может взорваться и электролит, содержащийся в конденсаторе, разлетится повсюду, при этом он трудно поддается чистке. Кроме того, это может спровоцировать связанные с этим поломки, что повлечет за собой убытки. Например, полевой транзистор Q может взорваться, что может стать причиной образования сердечной тени у операторов испытательного оборудования и, таким образом, остановить их работу над оборудованием.

В действующем патенте A для подачи питания используются источник питания постоянного тока и катушка индуктивности. Трансформатор, диод, полевой транзистор и схема управления с широтно-импульсной модуляцией представляют собой основную часть цепи согласно способу, описанному в формуле изобретения, и функция цепи заключается в генерировании пульсирующего тока и возвращении электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору посредством второй обмотки почти без потерь. Для удобства эта часть цепи генерирования пульсирующего тока и возвращения энергии без потерь называется цепью генератора пульсирующего тока без потерь, сокращенно генератор пульсирующего тока без потерь.

В действующем патенте B для подачи питания используются источник питания постоянного тока и первая катушка индуктивности. Вторая катушка индуктивности, первый диод, второй диод, два полевых транзистора и схема управления с широтно-импульсной модуляцией представляют собой основную часть цепи согласно способу, описанному в формуле изобретения, и функция цепи заключается в генерировании пульсирующего тока и возвращении электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору посредством второй катушки индуктивности, первого диода и второго диода почти без потерь. Для удобства эта часть цепи генерирования пульсирующего тока и возвращения энергии без потерь также называется цепью генератора пульсирующего тока без потерь, также сокращенно генератор пульсирующего тока без потерь.

Технические термины «генератор пульсирующего тока без потерь», рассматриваемые ниже, а также в формуле изобретения имеют то же значение, что и соответствующие цепи в вышеупомянутых действующих патентах A и B, то есть, цепь генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору почти без потерь.

Также эта проблема решается в патентных заявках № 201610040377.9 и 201610040376.4. Технические решения данной проблемы подытожены следующим образом: сигнальная цепь расположена между источником U питания постоянного тока и цепью испытуемого конденсатора. Сигнальная цепь состоит из катушки L индуктивности и светодиода (LED), соединенных параллельно. Направление тока подаваемой энергии наружу посредством источника U питания постоянного тока противоположно проводящему направлению включения LED. Когда испытуемый конденсатор функционирует в обычном режиме, ток возбуждения переключающего транзистора Q в основном не появляется в катушке L индуктивности, и LED не излучает свет. Когда ESR испытуемого конденсатора существенно увеличивается, ток возбуждения Q появляется в L, и когда Q отключен, ток возбуждения, протекающий через L, не может измениться мгновенно. Остаточный ток генерируется посредством светоизлучающего LED, и при этом LED вынужден испускать свет, таким образом, давая сигнал пользователю.

Две последние вышеприведенные патентные заявки называются «действующий патент C (201610040377.9)» и «действующий патент D (201610040376.4)», соответственно, в порядке, в котором они представлены в настоящем документе. В действующем патенте C и действующем патенте D также есть проблемы.

Катушка L индуктивности используется для изолирования источника питания от испытуемого конденсатора, так что источник питания постоянного тока обеспечивает только постоянный ток, а испытуемый конденсатор обеспечивает высокочастотный пульсирующий ток. Необходимо, чтобы катушка L индуктивности обладала высокой индуктивностью. Однако также необходимо, чтобы катушка L индуктивности использовалась для создания сигнальной цепи и, таким образом, необходимо, чтобы она обладала соответствующей индуктивностью, поскольку высокая индуктивность может стать причиной возникновения проблемы в сигнальной цепи. Иначе говоря, сигнальная цепь может начать сигнализировать, когда ESR испытуемого конденсатора слегка увеличивается, что неудобно для использования.

Следовательно, необходимо предоставить цепь генерирования пульсирующего тока, содержащую катушку L индуктивности, которая используется только для изолирования источника питания, так что источник питания постоянного тока обеспечивает только постоянный ток. Катушка L индуктивности может не обеспечивать сигнальный импульс. Сигнальный импульс отказа конденсатора подается другой цепью для мгновенной остановки оборудованием или оператором.

Сущность изобретения

Учитывая вышеописанные проблемы, целью настоящего изобретения является исправление недостатков существующих способов и цепей генерирования пульсирующего тока, а также предоставление цепи генерирования пульсирующего тока, содержащей катушку L индуктивности, которая используется только для изолирования источника питания, при этом сигнальный импульс отказа испытуемого конденсатора подается посредством другой сигнальной цепи. Также она характеризуется низкой себестоимостью, простой сигнальной цепью и простотой в использовании.

Настоящее изобретение предоставляет цепь генерирования пульсирующего тока, которая, в качестве первого пути решения, содержит источник питания постоянного тока, первую катушку индуктивности, генератор пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму и отрицательную клемму, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора. Выходная клемма источника питания постоянного тока содержит положительную клемму и отрицательную клемму. Генератор пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь управления с широтно-импульсной модуляцией.

Выходные клеммы соединены параллельно с источником питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой индуктивности.

Генератор пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь.

Максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5.

Дополнительно между положительной клеммой и отрицательной клеммой параллельно присоединена сигнальная цепь. Сигнальная цепь характеризуется тем, что содержит первый резистор, первый конденсатор, первый диод и первый светодиод, при этом первый резистор, первый диод и первый светодиод соединены параллельно. Первый светодиод и первый диод соединены встречно-параллельно с образованием двухполюсной схемы, которая далее по тексту называется схемой с параллельным соединением элементов, клеммы которой различаются анодом первого диода и катодом первого диода; и затем эта схема с параллельным соединением элементов последовательно соединена с первым конденсатором с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы и второй клеммы сигнальной цепи, соответственно.

Настоящее изобретение предоставляет цепь генерирования пульсирующего тока, которая, в качестве второго пути решения, содержит источник питания постоянного тока, первую катушку индуктивности, генератор пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму и отрицательную клемму, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора. Выходная клемма источника питания постоянного тока содержит положительную клемму и отрицательную клемму. Генератор пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь управления с широтно-импульсной модуляцией.

Выходные клеммы соединены параллельно с источником питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой индуктивности.

Генератор пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь.

Максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5.

Дополнительно между положительной клеммой и отрицательной клеммой параллельно присоединена сигнальная цепь. Сигнальная цепь характеризуется тем, что содержит первый резистор, второй резистор, первый конденсатор, второй конденсатор, первый диод и второй диод, а также первый светодиод, которые соединены следующим образом: второй резистор последовательно соединен с первым светодиодом с образованием первой схемы с двумя клеммами, при этом первая схема соединена параллельно как со вторым конденсатором, так и с первым резистором с образованием второй схемы с двумя клеммами, при этом вторая схема затем последовательно соединена со вторым диодом с образованием третьей схемы с двумя клеммами, которая характеризуется тем, что второй диод и первый светодиод расположены в одном направлении, при этом третья схема соединена встречно-параллельно с первым диодом с образованием четвертой схемы с двумя клеммами, и при этом четвертая схема затем последовательно соединена с первым конденсатором с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы и второй клеммы соответственно.

Предпочтительно вышеописанное первое решение и второе решение характеризуются тем, что первый светодиод представляет собой излучатель света в оптопаре, т. е. светодиод в оптопаре.

Принцип работы будет описан подробно в сочетании с вариантами осуществления.

Преимущества настоящего изобретения:

Высокочастотный пульсирующий ток может быть предоставлен с низкой себестоимостью и малым потреблением энергии. Его индикатор используется исключительно для изолирования источника питания, а не для обеспечения сигнального импульса. Также можно реализовать следующее: перед тем, как электролитический конденсатор выйдет из строя, светодиод в излучателе света излучает свет, или через светодиод в оптопаре протекает ток, и оптопара выводит отдельный сигнал для оповещения пользователя или цепи. В дополнение, заданное ESR регулируется до того, как электролитический конденсатор выйдет из строя.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 показано схематическое изображение первого варианта осуществления технического решения настоящего изобретения.

На фиг. 2-1 показано схематическое изображение первого варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей первому решению настоящего изобретения.

На фиг. 2-2 показано схематическое изображение эквивалентной первой реализации первого варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей первому решению настоящего изобретения.

На фиг. 2-3 показано схематическое изображение эквивалентной второй реализации первого варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей первому решению настоящего изобретения.

На фиг. 2-4 показано схематическое изображение эквивалентной третьей реализации первого варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей первому решению настоящего изобретения.

На фиг. 3 показано схематическое изображение пути зарядного тока, генерируемого посредством источника U питания постоянного тока, изображенного на фиг. 1.

На фиг. 4 показаны осциллограммы управляющего напряжения Ugs на затворе и источнике переключающего транзистора Q, ток возбуждения i₁ основного уровня мощности и рабочий ток i_out испытуемого конденсатора, изображенного на фиг. 1.

На фиг. 5 показано схематическое изображение падения напряжения, генерируемого рабочим током i_out испытуемого конденсатора, на ESR испытуемого конденсатора, изображенного на фиг. 1.

На фиг. 6 показано схематическое изображение второго варианта осуществления технического решения настоящего изобретения.

На фиг. 7-1 показано схематическое изображение второго варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей второму решению настоящего изобретения.

На фиг. 7-2 показано схематическое изображение эквивалентной первой реализации второго варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей второму решению настоящего изобретения.

На фиг. 7-3 показано схематическое изображение эквивалентной второй реализации второго варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей второму решению настоящего изобретения.

На фиг. 7-4 показано схематическое изображение эквивалентной третьей реализации второго варианта осуществления сигнальной цепи, соответствующей второму решению настоящего изобретения.

Подробное описание настоящего изобретения

Первый вариант осуществления

Как показано на фиг. 1, цепь генерирования пульсирующего тока, соответствующая первому решению, содержит источник U питания постоянного тока, первую катушку L индуктивности, генератор 100 пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму J+ и отрицательную клемму J-, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора. Источник U питания постоянного тока содержит положительную клемму и отрицательную клемму. Генератор 100 пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь Р управления с широтно-импульсной модуляцией.

Выходные клеммы соединены параллельно с источником U питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой L индуктивности.

Генератор 100 пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику U питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь.

Максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5.

Дополнительно между положительной клеммой J+ и отрицательной клеммой J- параллельно присоединена сигнальная цепь 200. Схематическое изображение раздельной сигнальной цепи 200 является таким, как показано на фиг. 2-1. Сигнальная цепь 200 характеризуется тем, что содержит первый резистор R1, первый конденсатор C1, первый диод D1 и первый светодиод LED. Первый резистор R1, первый диод D1 и первый LED соединены параллельно, при этом первый LED и первый диод D1 соединены встречно-параллельно с образованием двухполюсной схемы, которая далее по тексту называется схемой 24 с параллельным соединением элементов, клеммы которой различаются анодом первого диода D1 и катодом первого диода D1. Схема 24 с параллельным соединением элементов затем последовательно соединена с первым конденсатором С1 с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы 1 и второй клеммы 2 сигнальной цепи, соответственно.

Очевидно, что первая клемма 1 соединена с положительной клеммой J+, а вторая клемма 2 соединена с отрицательной клеммой J-. Однако цепь может также работать, если первая клемма 1 соединена с отрицательной клеммой J-, а вторая клемма 2 соединена с положительной клеммой J+.

Встречно-параллельное соединение означает, что анод первого диода D1 соединен с катодом первого LED, тогда как катод первого диода D1 соединен с анодом первого LED.

Первый конденсатор C1 далее по тексту называется C1, первый резистор R1 далее по тексту называется R1, и первый LED далее по тексту называется LED, и то же самое касается других устройств.

C1 последовательно соединен со схемой 24 с параллельным соединением элементов с образованием сигнальной цепи 200. Что касается последовательной цепи, то функция не меняется после смены положений. Следовательно, первое решение может включать совокупность способов последовательного соединения, однако функция остается такой же, что и описанная ниже.

(a) Катод, принадлежащий D1, направлен вниз, а C1 расположен на верхней стороне, как показано на фиг. 2-1. Анод, принадлежащий D1, соединен с одним концом C1, а другой конец C1 выполняет функцию первой клеммы 1 сигнальной цепи, тогда как катод, принадлежащий D1, выполняет функцию второй клеммы 2 сигнальной цепи.

(b) Катод, принадлежащий D1, направлен вниз, а C1 расположен на нижней стороне, как показано на фиг. 2-2. Катод, принадлежащий D1, соединен с одним концом C1, а анод, принадлежащий D1, выполняет функцию первой клеммы 1 сигнальной цепи, тогда как другой конец C1 выполняет функцию второй клеммы 2 сигнальной цепи.

(c) Катод, принадлежащий D1, направлен вверх, а C1 расположен на верхней стороне, как показано на фиг. 2-3. Катод, принадлежащий D1, соединен с одним концом C1, а другой конец C1 выполняет функцию первой клеммы 1 сигнальной цепи. Анод, принадлежащий D1, выполняет функцию второй клеммы 2 сигнальной цепи. Фактически это то же самое, что и в вышеописанном способе (b), показанном на фиг. 2-2. Клемма 1 в способе (b) эквивалентна клемме 2 в способе (c), а клемма 2 в способе (b) эквивалентна клемме 1 в способе (c). Другими словами, после смены положений клемм 1 и 2 на фиг. 2-3, получим то же самое, что и в способе (b), изображенном на фиг. 2-2.

(d) Катод, принадлежащий D1, направлен вверх, а C1 расположен на нижней стороне, как показано на фиг. 2-4. Анод, принадлежащий D1, соединен с одним концом C1, а другой конец C1 выполняет функцию второй клеммы 2 сигнальной цепи. Катод, принадлежащий D1, выполняет функцию второй клеммы 1 сигнальной цепи. Фактически это то же самое, что и в способе (a), показанном на фиг. 2-1. Клемма 1 в способе (a) эквивалентна клемме 2 в способе (d), а клемма 2 в способе (a) эквивалентна клемме 1 в способе (d). Другими словами, после смены положений клемм 1 и 2 в способе (d), получим то же самое, что и в способе (a), изображенном на фиг. 2-1.

Иначе говоря, только способ (a), изображенный на фиг. 2-1 и способ (b), изображенный на фиг. 2-2, как описано выше, являются действительно эффективными способами соединения. Учитывая, что конденсатор C1 и схема 24 последовательно соединены с образованием последовательной цепи, функция не меняется после смены положений устройств, что является известным уровнем техники. Способ (b), изображенный на фиг. 2-2 такой же, как и способ (a), изображенный на фиг. 2-1, при этом C1 и схема 24 поменяны местами. Другими словами, способ (a), изображенный на фиг. 2-1, и способ (b), изображенный на фиг. 2-2, являются по сути равнозначными. Иначе говоря, сигнальная цепь 200 в первом техническом решении предусматривает четыре вышеописанных способа соединения.

Красный сверхъяркий светодиод (LED) Φ3 мм, модель 3AR2UD, который далее по тексту для удобства называется светоизлучающим транзистором. Конденсатор C1 представляет собой 333/500 В бескорпусный конденсатор с номинальной емкостью 0,033 мкФ. Моделью D1 является 1N4148. R1 представляет собой бескорпусный резистор 22 K. Все компоненты собраны в сигнальную цепь для импульсного источника электропитания согласно фиг. 2-1 и размещены на фиг. 1. Техническое решение согласно первому варианту осуществления в действующем патенте A внедряется в качестве генератора 100 пульсирующего тока без потерь. Катушка L индуктивности представляет собой катушку индуктивности с индуктивностью 1 мГн и намотана с помощью проволоки с диаметром 0,6 мм.

Испытуемый конденсатор представляет собой электролитический конденсатор, обозначенный 450BXC47MEFC18×25, номинальное выдерживаемое напряжение которого составляет 450 В, и пульсирующий ток составляет 1,2 А. Источник U питания постоянного тока приспособлен для 311 В постоянного тока. После создания цепи согласно первому варианту осуществления, размер воздушного промежутка магнитного сердечника регулируется таким образом, чтобы пульсирующий ток испытуемого конденсатора составлял 1,2 А. В этот момент LED не излучает свет.

Поскольку трудно найти неисправный электролитический конденсатор, регулируемый резистор последовательно соединен с вышеописанным испытуемым конденсатором для имитации электролитического конденсатора со снижающейся производительностью. Регулируемый диапазон регулируемого резистора в контексте настоящего документа составляет 0–39 Ом. Когда сопротивление регулируемого резистора отрегулировано до 5 Ом, это эквивалентно тому, что ESR электролитического конденсатора 47 мкФ/400 В увеличивается от приблизительно 0,5 Ом до 5,5 Ом при хорошей производительности, а затем производительность электролитического конденсатора приближается к состоянию выхода из строя.

В этот момент светоизлучающий транзистор (LED), изображенный на фиг. 1, излучает свет, и измеренная средняя величина рабочего тока составляет 1,6 мА. Чувствительность показаний можно отрегулировать заранее посредством выбора конденсаторов С1 с разными емкостями. Чувствительность низкая, когда емкость конденсатора C1 низкая, и чувствительность высокая, когда емкость конденсатора C1 высокая. Поскольку наблюдается падение положительного напряжения с 1,6 В до 2,2 В, когда светоизлучающий транзистор излучает свет, чувствительность можно отрегулировать посредством параллельного соединения резистора R1 с двумя концами светоизлучающего транзистора (LED). Например, в этом варианте осуществления, при условии, что R1 представляет собой резистор 1.6 K, напряжение, генерируемое пиковым значением тока, составляющим менее, чем 1 мА на двух концах R1, составляет менее 1,6 В. Светоизлучающий транзистор (LED) не излучает свет в этот момент.

Следует отметить: падение напряжение белого светоизлучающего транзистора составляет приблизительно 3,0 В, красный светоизлучающий транзистор и зеленый светоизлучающий транзистор также имеют разные падения напряжения. Падение напряжения излучателя света в оптопаре составляет приблизительно 1,1 В. Излучателем света в оптопаре также является светоизлучающий транзистор.

Принцип работы: согласно фиг. 3, когда электролитический конденсатор функционирует в обычном режиме, его ESR составляет 0,5 Ом, и на двух концах испытуемого конденсатора присутствует только одно пульсирующее напряжение. При условии работы генератора 100 пульсирующего тока без потерь при полной нагрузке с коэффициентом заполнения, близким, например, к 0,5, описание будет приведено ниже.

Зарядный ток, генерируемый с помощью источника U питания постоянного тока, протекает по траектории, как показано на фиг. 3, и представляет собой строго постоянный ток, предназначенный для восполнения потери генератора пульсирующего тока без потерь. Во время этого процесса зарядный ток представляет собой постоянный ток, и LED не излучает свет из-за изменения полярности со смещением в этот момент.

Когда испытуемый конденсатор функционирует в обычном режиме, например, вышеописанный электролитический конденсатор 47 мкФ/400 В, его ESR при 65 кГц составляет 0,5 Ом. Иначе говоря, когда переключающий транзистор Q функционирует в обычном режиме, ток i₁ возбуждения основного уровня мощности является таким, как показано на фиг. 4, при этом Ugs представляет напряжение на затворе и истоке переключающего транзистора Q, а размагничивающий ток D3 представляет собой i₂. Рабочий ток испытуемого конденсатора представляет собой i_out, а падение напряжения, вызванное этим током через ESR испытуемого конденсатора, является таким, как показано на фиг. 5. Переменная высокочастотная пульсация присутствует между клеммами 1 и 2, а ее форма сигнала такая же, как и форма сигнала i_out, изображенная на фиг. 4. Когда ESR испытуемого конденсатора низкое, пиковое значение высокочастотной пульсации небольшое, и подбор подходящего R1 является недостаточным для включения LED для излучения света.

Когда ESR испытуемого конденсатора увеличивается от приблизительно 0,5 Ом до 5,5 Ом при хорошей производительности, испытуемый конденсатор находится в состоянии, близком к выходу из строя. Падение напряжения, вызванное i_out через ESR, возрастает, и переменное высокочастотное пульсирующее напряжение с высокой амплитудой присутствует между клеммами 1 и 2, что достаточно для включения LED для излучения света.

C1 является малоемким с емкостью 0,033 мкФ, однако может иметь емкостное реактивное сопротивление, составляющее 73,8 Ом при частоте 65 кГц и, таким образом, может обеспечивать достаточный рабочий ток для LED для излучения света. Технология приписывания значения для C1 следующая: его емкостное реактивное сопротивление должно быть в 5 раз больше ожидаемого неблагоприятного ESR испытуемого конденсатора при рабочей частоте генератора 100 пульсирующего тока без потерь. Причина состоит в том, что если емкостное реактивное сопротивление C1 будет близко к ESR, C1 использует большое количество пульсирующего тока, что в результате приведет к недостаточному количеству пульсирующего тока, полученного испытуемым конденсатором. Если емкостное реактивное сопротивление C1 в 10 раз больше ожидаемого неблагоприятного ESR испытуемого конденсатора, количество пульсирующего тока, полученного испытуемым конденсатором, ближе к предполагаемому значению.

Принцип работы настоящего изобретения не сложный. C1 является малоемким и способен блокировать низкую частоту, при этом обеспечивая прохождение высокой частоты. С увеличением ESR испытуемого конденсатора, падение напряжения, генерируемого генератором 100 пульсирующего тока без потерь на ESR, синхронно увеличивается, и полученное высокочастотное пульсирующее напряжение увеличивается по мере старения электролитического конденсатора. C1 способен обеспечивать прохождение высокой частоты, и LED будет включен для излучения света, когда высокочастотное пульсирующее напряжение на ESR достигнет конкретной пороговой величины, которую можно регулировать посредством регулирования сопротивления R1. Иначе говоря, когда высокочастотное пульсирующее напряжение ниже, чем напряжение LED из-за падения напряжения, вызванного током конденсатора C1 на двух концах R1, LED не включен. В дополнение, LED не может использовать ток вместе с R1 и, таким образом, не излучает свет.

Таким образом, цель настоящего изобретения достигается посредством управления светоизлучающим транзистором (LED) для излучения света для оповещения пользователя об уже увеличивающемся ESR испытуемого конденсатора до предельного значения, чтобы пользователь мог определиться с ходом следующего этапа. В этом варианте осуществления LED все еще излучает свет после того как рабочий ток генератора 100 пульсирующего тока без потерь уменьшился до 30%. Когда рабочий ток уменьшается до 0,36 мА, он все еще очень яркий из-за использования сверхъяркого светоизлучающего транзистора.

В этот момент электролитический конденсатор все еще может работать. Однако, поскольку ток возбуждения основного уровня мощности через ESR создает больше тепла, что составляет 0,22 Вт в этом варианте осуществления, электролитический конденсатор уже находится в состоянии ускоренного старения под воздействием интенсивного образования тепла. В целом, его ESR быстро увеличится в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен часов, что спровоцирует дальнейшее интенсивное образование тепла до тех пор, пока конденсатор не выйдет из строя и его емкость не будет потеряна. Соответственно, это приведет к ряду сбоев, таких как поломка переключающего транзистора и тому подобное.

Вся цепь также может работать в обычном режиме после замены сигнальной цепи 200, изображенной на фиг. 3, цепью, изображенной на фиг. 2-2, цепью, изображенной на фиг. 2-3, или цепью, изображенной на фиг. 2-4. Таким образом, видно, что все четыре цепи первого варианта осуществления могут обеспечить достижение цели настоящего изобретения.

Фактически в содержании первого варианта осуществления сигнальная цепь 200 предусматривает четыре реализации. Соответственно, цепь генерирования пульсирующего тока настоящего изобретения может быть реализована четырьмя способами. В действующем патенте A уже предоставлены различные изменения исходной закономерности соединения, которые не будут чрезмерно описаны в настоящем документе. Цель настоящего изобретения может быть достигнута посредством добавления сигнальной цепи 200 настоящего изобретения к любому из таких разных способов соединения. Для краткости изложения, выбран только один обобщенный «первый вариант осуществления» для подведения итога в настоящей заявке. В первом варианте осуществления ток, протекающий через светоизлучающий транзистор (LED), является не постоянным током, а высокочастотным током на одинаковой частоте с генератором пульсирующего тока. Когда у LED длинный вывод, его электромагнитное излучение не может остаться без внимания. Когда светоизлучающий транзистор (LED) заменяют излучателем света в оптопаре, выходной ток оптопары также периодически возникает и не является стабильным сигналом, что может стать причиной неисправности последовательной цепи. Второй вариант осуществления предлагает решение.

Второй вариант осуществления

Как показано на фиг. 6, цепь генерирования пульсирующего тока, соответствующая второму решению, содержит источник U питания постоянного тока, первую катушку L индуктивности, генератор 100 пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму J+ и отрицательную клемму J-, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора. Источник U питания постоянного тока содержит положительную клемму и отрицательную клемму. Генератор 100 пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь Р управления с широтно-импульсной модуляцией.

Выходные клеммы соединены параллельно с источником U питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой L индуктивности.

Генератор 100 пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику U питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь.

Максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5.

Дополнительно между положительной клеммой J+ и отрицательной клеммой J- параллельно присоединена сигнальная цепь 200. Схематическое изображение раздельной сигнальной цепи 200 является таким, как показано на фиг. 7-1. Сигнальная цепь 200 характеризуется тем, что содержит первый резистор R1, второй резистор R2, первый конденсатор C1, второй конденсатор C2, первый диод D1 и второй диод D2, а также первый светодиод (LED). Второй резистор R2 последовательно соединен с первым светодиодом (LED) с образованием первой схемы 21 с двумя клеммами. Первая схема 21 параллельно соединена как со вторым конденсатором C2, так и с первым резистором R1 с образованием второй схемы 22 с двумя клеммами. Вторая схема 22 затем последовательно соединена со вторым диодом D2 с образованием третьей схемы 23 с двумя клеммами, которая характеризуется тем, что второй диод D2 и первый светодиод (LED) расположены в одном направлении. Третья схема 23 соединена встречно-параллельно с первым диодом D1 с образованием четвертой схемы 24 с двумя клеммами. Четвертая схема 24 затем последовательно соединена с первым конденсатором С1 с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы 1 и второй клеммы 2, соответственно. Схема с последовательным соединением элементов также является основной частью сигнальной цепи 200.

Очевидно, что первая клемма 1 соединена с положительной клеммой J+, а вторая клемма 2 соединена с отрицательной клеммой J-. Однако цепь может также работать, если первая клемма 1 соединена с отрицательной клеммой J-, а вторая клемма 2 соединена с положительной клеммой J+.

Второй диод D2 и первый светодиод (LED) расположены в одном направлении. Иначе говоря, в третьей схеме 23, при условии, что R1 разомкнут, конденсатор C1 аналогично разомкнут для постоянного тока. Затем ток затекает из нижнего конца третьей схемы 23, проходит через LED, затем через D2 и вытекает из верхнего конца третьей схемы 23. Как D2, так и LED находятся в положении перенаправления. Такой способ последовательного соединения называется «одно направление». Когда как D2, так и LED находятся в положении перенаправления, оба они эквивалентны диоду, понижающему большее напряжение. Катод диода, понижающего большее напряжение, представляет собой катод третьей схемы 23, через который постоянный ток может протекать наружу, а его анод представляет собой анод третьей схемы 23, через который постоянный ток может затекать.

Встречно-параллельное соединение третьей схемы 23 и первого диода D1 означает, что катод третьей схемы 23 соединен с анодом, принадлежащим D1, а анод третьей схемы 23 соединен с катодом, принадлежащим D1.

Вышеописанное второе техническое решение может включать совокупность закономерностей соединения, как описано ниже.

R2 может быть последовательно соединен с LED двумя способами.

(a) Катод, принадлежащий LED, соединен с одним концом R2, как показано на схеме 21, изображенной на фиг. 7-1.

(b) Анод, принадлежащий LED, соединен с одним концом R2, как показано на схеме 21, изображенной на фиг. 7-2.

Оба способа равнозначны. Схема 21 соединена параллельно как с C1, так и с R1 с образованием схемы 22 с двумя клеммами. Схема 22 затем последовательно соединена с диодом D2. В схеме 22, при условии, что R1 разомкнут, конденсатор C2 аналогично разомкнут для постоянного тока. Кроме того, схема 22 соответствует диоду, характерной особенностью которого является односторонняя проводимость. Стороной катода, принадлежащего LED, является катод второй схемы 22, через который постоянный ток может протекать наружу, а стороной анода, принадлежащего LED, является анод третьей схемы 23, через который постоянный ток может затекать. Поскольку определено последовательное соединение в одном направлении, также представлены два следующих способа.

(a) Катод схемы 22 соединен с анодом, принадлежащим D2, как показано на фиг. 7-1.

(b) Анод схемы 22 соединен с катодом, принадлежащим D2, как показано на фиг. 7-3.

Четвертая схема 24 затем последовательно соединена с первым конденсатором C1 двумя способами следующим образом.

(a) Анод, принадлежащий D1, схемы 24 соединен с одним концом C1, как показано на фиг. 7-1.

(b) Катод, принадлежащий D1, схемы 24 соединен с одним концом C1, как показано на фиг. 7-2.

Подобно первому варианту осуществления, во втором варианте осуществления представлены три самостоятельные последовательные соединения, каждый в двух способах, всего 8 способов соединений. Фактически они также равнозначны.

Техническое решение согласно первому варианту осуществления в действующем патенте B внедряется в качестве генератора 100 пульсирующего тока без потерь. Катушка L индуктивности представляет собой катушку индуктивности с индуктивностью 1 мГн и намотана с помощью проволоки с диаметром 0,6 мм. Катушка L2 индуктивности представляет собой силовую катушку индуктивности с индуктивностью приблизительно 1,3 мГн, которая содержит регулируемый воздушный промежуток.

Испытуемый конденсатор представляет собой электролитический конденсатор, обозначенный 450BXC47MEFC18×25, номинальное выдерживаемое напряжение которого составляет 450 В, и пульсирующий ток составляет 1,2 А. Источник U питания постоянного тока приспособлен для 420 В постоянного тока. Характеристики элементов сигнальной цепи 200 следующие: C1 представляет собой 473/500 В бескорпусный конденсатор с номинальной емкостью 0,047 мкФ, C2 представляет собой 104/16 В бескорпусный конденсатор, D1 и D2 представляют собой 1N4148, R2 представляет собой 1 K, R1 представляет собой 10 K, и LED представляет собой 3AR2UD.

После создания цепи согласно второму варианту осуществления, размер воздушного промежутка магнитного сердечника регулируется таким образом, чтобы пульсирующий ток испытуемого конденсатора составлял 1,2 А. В этот момент LED не излучает свет.

Поскольку трудно найти неисправный электролитический конденсатор, регулируемый резистор последовательно соединен с вышеописанным испытуемым конденсатором для имитации электролитического конденсатора со снижающейся производительностью. Регулируемый диапазон регулируемого резистора в контексте настоящего документа составляет 0–39 Ом. Когда сопротивление регулируемого резистора отрегулировано до 4,5 Ом, это эквивалентно тому, что ESR электролитического конденсатора 47 мкФ/400 В увеличивается от приблизительно 0,5 Ом до 5 Ом при хорошей производительности, а затем производительность электролитического конденсатора приближается к состоянию выхода из строя.

В этот момент светоизлучающий транзистор (LED), изображенный на фиг. 6, излучает свет, и измеренная средняя величина рабочего тока составляет 1,9 мА.

Принцип работы: согласно фиг. 6, когда электролитический конденсатор функционирует в обычном режиме, его ESR составляет 0,5 Ом, и на двух концах испытуемого конденсатора присутствует только одно пульсирующее напряжение. Зарядный ток, генерируемый с помощью источника U питания постоянного тока, протекает по траектории, как показано на фиг. 3, и представляет собой строго постоянный ток, предназначенный для восполнения потери генератора пульсирующего тока без потерь.

Когда испытуемый конденсатор функционирует в обычном режиме, например, вышеописанный электролитический конденсатор 47 мкФ/400 В, его ESR при 65 кГц составляет 0,5 Ом. Иначе говоря, когда переключающие транзисторы Q1 и Q2 работают в обычном режиме, ток возбуждения i₁ основного уровня мощности такой, как показано на фиг. 4, при этом Ugs представляет напряжение на затворах и истоках переключающих транзисторов Q1 и Q2, а размагничивающий ток D3 и D4 представляет собой i₂. Рабочий ток испытуемого конденсатора представляет собой i_out, а падение напряжения, вызванное этим током через ESR испытуемого конденсатора, является таким, как показано на фиг. 5. Переменная высокочастотная пульсация присутствует между клеммами 1 и 2, а ее форма сигнала такая же, как и форма сигнала i_out, изображенная на фиг. 4. Когда ESR испытуемого конденсатора низкое, пиковое значение высокочастотной пульсации небольшое, и подбор подходящего R1 является недостаточным для включения LED для излучения света.

Когда ESR испытуемого конденсатора увеличивается от приблизительно 0,5 Ом до 5,0 Ом при хорошей производительности, испытуемый конденсатор находится в состоянии, близком к выходу из строя. Падение напряжения, вызванное i_out через ESR, возрастает, и переменное высокочастотное пульсирующее напряжение с высокой амплитудой присутствует между клеммами 1 и 2, что достаточно для включения LED для излучения света.

C1 является малоемким с емкостью 0,047 мкФ, однако может иметь емкостное реактивное сопротивление, составляющее 52,1 Ом при частоте 65 кГц и, таким образом, может обеспечивать достаточный рабочий ток для LED для излучения света. Технология приписывания значения для C1 следующая: его емкостное реактивное сопротивление должно быть в 5 раз больше ожидаемого неблагоприятного ESR испытуемого конденсатора при рабочей частоте генератора 100 пульсирующего тока без потерь. Причина состоит в том, что если емкостное реактивное сопротивление C1 будет близко к ESR, C1 использует большое количество пульсирующего тока, что в результате приведет к недостаточному количеству пульсирующего тока, полученного испытуемым конденсатором. Если емкостное реактивное сопротивление C1 в 10 раз больше ожидаемого неблагоприятного ESR испытуемого конденсатора, количество пульсирующего тока, полученного испытуемым конденсатором, ближе к предполагаемому значению.

Вся цепь также может работать в обычном режиме после замены сигнальной цепи 200, изображенной на фиг. 6, цепью, изображенной на фиг. 7-2, цепью, изображенной на фиг. 7-3, или цепью, изображенной на фиг. 7-4. Таким образом, видно, что все четыре цепи второго варианта осуществления могут обеспечить достижение цели настоящего изобретения. Фактически в содержании второго варианта осуществления сигнальная цепь 200 предусматривает восемь реализаций. Соответственно, цепь генерирования пульсирующего тока настоящего изобретения может быть реализована восемью способами. В действующем патенте B уже предоставлены различные изменения исходной закономерности соединения цепи генерирования пульсирующего тока, которые не будут чрезмерно описаны в настоящем документе. Цель настоящего изобретения может быть достигнута посредством добавления сигнальной цепи 200 настоящего изобретения к любому из таких разных способов соединения. Для краткости изложения, выбран только один обобщенный «второй вариант осуществления» для подведения итога в настоящей заявке.

Выше описаны исключительно предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что вышеописанные предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения не должны рассматриваться как ограничения настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что также могут быть выполнены различные усовершенствования и модификации без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Например, резистор также последовательно соединен с первым диодом, а вместо этого резистор R1, изображенный на фиг. 7-1, фиг. 7-2, фиг. 7-3 и фиг. 7-4 непосредственно соединен параллельно с диодом D1. В качестве другого примера, амперметр непосредственно последовательно соединен с источником питания постоянного тока. Однако механический амперметр не может обеспечивать электрические сигналы на выходе и, таким образом, не подходит, а цифровой амперметр является более сложным, чем настоящее изобретение, и может быть дорогостоящим, что не соответствует оптимальному принципу решения ТРИЗ. Все такие улучшения и модификации должны рассматриваться попадающими в объем правовой охраны, которые не будут чрезмерно описаны в настоящем документе с вариантами осуществления. Объем правовой охраны настоящего изобретение определяется формулой изобретения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к цепи пульсирования генерирования пульсирующего тока. Технический результат заключается в обеспечении оповещения пользователя о неисправности импульсного источника питания с помощью сигнальной цепи. Достигается тем, что цепь генерирования пульсирующего тока содержит сигнальную цепь, которая содержит резистор, конденсатор, диод и светодиод. С увеличением ESR испытуемого конденсатора, соответственно может увеличиваться высокочастотное пульсирующее напряжение, генерируемое высокочастотным током возбуждения через ESR. Поскольку конденсатор способен обеспечивать прохождение высокой частоты, LED будет излучать свет, когда высокочастотное пульсирующее напряжение достигает конкретной пороговой величины, которую можно регулировать посредством регулирования сопротивления резистора. Таким образом, пользователь может быть оповещен об увеличенном ESR испытуемого конденсатора и опасности появления неисправности импульсного источника питания, так что потерь возможно избежать. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Цепь генерирования пульсирующего тока, содержащая источник питания постоянного тока, первую катушку индуктивности, генератор пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму и отрицательную клемму, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора, причем выходная клемма источника питания постоянного тока имеет положительную клемму и отрицательную клемму; генератор пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь управления с широтно-импульсной модуляцией;

выходные клеммы соединены параллельно с источником питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой индуктивности;

генератор пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь;

максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5,

отличающаяся тем, что дополнительно между положительной клеммой и отрицательной клеммой параллельно присоединена сигнальная цепь; сигнальная цепь характеризуется тем, что содержит первый резистор, первый конденсатор, первый диод и первый светодиод, при этом первый резистор, первый диод и первый светодиод соединены параллельно, при этом первый светодиод и первый диод соединены встречно-параллельно с образованием двухполюсной схемы, которая далее по тексту называется схемой с параллельным соединением элементов, клеммы которой различаются анодом первого диода и катодом первого диода; и затем эта схема с параллельным соединением элементов последовательно соединена с первым конденсатором с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы и второй клеммы сигнальной цепи, соответственно.

2. Цепь генерирования пульсирующего тока, содержащая источник питания постоянного тока, первую катушку индуктивности, генератор пульсирующего тока без потерь и выходные клеммы, включающие положительную клемму и отрицательную клемму, которые выполнены с возможностью соединения с двумя штырьковыми выводами испытуемого конденсатора, причем выходная клемма источника питания постоянного тока имеет положительную клемму и отрицательную клемму; генератор пульсирующего тока без потерь содержит по меньшей мере цепь управления с широтно-импульсной модуляцией;

выходные клеммы соединены параллельно с источником питания постоянного тока после последовательного соединения с катушкой индуктивности;

генератор пульсирующего тока без потерь соединен параллельно с выходными клеммами и выполнен с возможностью генерирования пульсирующего тока и возвращения электрической энергии, потребляемой при генерировании пульсирующего тока, к источнику питания постоянного тока или испытуемому конденсатору без потерь;

максимальный коэффициент заполнения цепи управления с широтно-импульсной модуляцией составляет менее 0,5,

отличающаяся тем, что дополнительно между положительной клеммой и отрицательной клеммой параллельно присоединена сигнальная цепь; сигнальная цепь характеризуется тем, что содержит первый резистор, второй резистор, первый конденсатор, второй конденсатор, первый диод и второй диод, а также первый светодиод, которые соединены следующим образом: второй резистор последовательно соединен с первым светодиодом с образованием первой схемы с двумя клеммами, при этом первая схема соединена параллельно как со вторым конденсатором, так и с первым резистором с образованием второй схемы с двумя клеммами, при этом вторая схема затем последовательно соединена со вторым диодом с образованием третьей схемы с двумя клеммами, которая характеризуется тем, что второй диод и первый светодиод расположены в одном направлении, при этом третья схема соединена встречно-параллельно с первым диодом с образованием четвертой схемы с двумя клеммами, и при этом четвертая схема затем последовательно соединена с первым конденсатором с образованием двухполюсной схемы с последовательным соединением элементов, которая далее по тексту называется схемой с последовательным соединением элементов, две клеммы которой выполняют функцию первой клеммы и второй клеммы соответственно.

3. Цепь генерирования пульсирующего тока по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве альтернативы первый резистор соединен параллельно с первым диодом.

4. Цепь генерирования пульсирующего тока по любому из пп. 1–3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит другой резистор, который последовательно соединен с первым диодом.

5. Цепь генерирования пульсирующего тока по любому из пп. 1–3, отличающаяся тем, что первый светодиод представляет собой излучатель света в оптопаре, т. е. светодиод в оптопаре.