Устройство для зарядки емкостного накопителя Советский патент 1987 года по МПК H02M9/04 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах накачки импульсных оптических квантовых генераторов.

Целью изобретения является снижение массо-габаритных характеристик устройства за счет исключения токоограничивающего дросселя при одновременном повышении надежности работы устройства.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для зарядки емкостного накопителя содержит нестабилизированный источник 1 питания, преобразователь 2 напряжения, выход которого через выпрямитель 3 и датчик 4 тока соединен с емкостным накопителем 5, блок 6 управления, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, датчик 7 напряжения, управляемый импульсный стабилизатор 8 напряжения, силовой вход которого соединен с выходом нестабилизированного источника 1 питания, выход - со входом преобразователя 2 напряжения, управляющий вход - с выходом блока 6 управления, датчик 7 напряжения подключен входом к емкостному накопителю 5, выходом - к второму входу блока 6 управления.

Блок 6 управления содержит элемент ИЛИ 9, элемент 10 сравнения, тактовый генератор И, реверсивный счетчик 12, циф- роаналоговый преобразователь 13, выход которого соединен с выходом блока 6 управления, разрядные входы - с информационными выходами реверсивного счетчика 12, счетный вход которого соединен с выходом тактового генератора 11, вход «Запрет счета - с выходом элемента ИЛИ 9, первый вход которого соединен со вторым входом блока 6 управления, второй вход - с первым выходом элемента 10 сравнения, второй выход которого соединен со входом «Сложение - вычитание реверсивного счетчика 12, а выход - с первым входом блока 6 управления.

Элемент 10 сравнения содержит первый компаратор 14 и второй компаратор 15, первые входы которых объединены и являются первым входом блока 6 управления. Вторые входы компараторов соединены соответственно с выходами источников 16 и 17 опорного напряжения. Выход первого компаратора 14 соединен с первыми входами элементов И 18 и 19, а выход второго компаратора 15 соединен со вторым входом первого элемента И 18 и через инвертор 20 со вторым входом элемента И 19. Выход элемента И 18 является вторым выходом элемента сравнения, а выход элемента И 19 является его первым выходом.

Датчик 4 тока состоит из параллельно включенных шунтирующего резистора 21 и излучателя 22, который через световод 23 оптически связан с фотоприемником 24, выход которого подключен к входу усили5

0

5

теля 25, выход которого является выходом датчика 4 тока.

Датчик 7 напряжения состоит из регулировочного резистора 26, выход которого сое- динен с первым входом компаратора 27, второй вход которого подключен к источнику 28 опорного напряжения. Выход компаратора является выходом датчика 7 напряжения.

В качестве управляемого стабилизатора 8 наиболее целесообразно использование им- 0 пульсных стабилизаторов напряжения.

В качестве преобразователя напряжения 2 могут быть использованы двухтактные высокочастотные преобразователи напряжения.

Устройство работает следующим образом.

В первый момент времени после включения первичного источника 1 питания напряжение на выходе регулируемого стабилизатора 8 равно нулю, так как реверсивный счетчик 12 сигналом сброса приведен в нулевое состояние и напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 13 блока 6 управления также равно нулю.

Следовательно, равно нулю напряжение на выходе преобразователя 2 напряжения, выпрямителя 3 и на выходе устройства.

Зарядный ток емкостного накопителя отсутствует, напряжение на выходе датчика 4 тока и датчика 7 напряжения равно нулю. Это напряжение поступает на первые входы компараторов 14 и 15 элемента 10 сравнения, и, так как оно меньше напряжения источников 16 и 17 опорных напряжений, то компараторы 14 и 15 не срабатывают (на их выходах присутствует низкий уровень напряжения) .

На выходах элементов И 18 и 19 и на выходах «Сложение-вычитание и «Запрет счета реверсивного счетчика 12 также будет низкий уровень напряжения, что устанавливает его в режим «Сложение. При этом импульсы тактового генератора 11 изменяют состояние реверсивного счетчика 12, вызывая изменение напряжения на выходе цифро- аналогового преобразователя 13 и управляющем входе управляемого стабилизатора 8 с дискретностью, равной 1/2, где п -- число разрядов реверсивного счетчика 12, т. е. при широко распространенном в настояпа,ее время числе разрядов интегральных ЦАП, рав- яом двенадцати, дискретность равна 1/4096 и изменение напряжения на управляющем входе стабилизатора 8 может считаться линейным с большой степенью точности.

При возрастании напряжения на выходе управляемого стабилизатора 8 начинает работать преобразователь напряжения, увеличивается напряжение на выходе и происходит увеличение зарядного тока емкостного накопителя, протекающего через шунтирующий резистор датчика тока. При этом увеличивается падение напряжения на источнике излучения и увеличивается интенсивность оптического излучения, передаваемого через световод на фотоприе.мник, что приводит к

0

5

0

5

0

5

увеличению напряжения на выходе усилителя 25 и датчика 4 тока. Это напряжение постунает на входы компараторов 14 и 15 элемента 10 сравнения, где сравнивается с уровнями опорных напряжений, задаваемых источниками опорных напряжений.

Если напряжение на выходе датчика 4 тока больше опорных напряжений, то срабатывают оба компаратора, выдавая высокий уровень напряжения на своих выходах, что заставляет срабатывать элемент И 18, на его выходе возникает высокий уровень напряжения, устанавливающий реверсивный счетчик 12 в режим «Вычитание, что приводит к уменьшению выходного напряжения цифро- аналогового преобразователя 13, а также на выходах управляюш.его стабилизатора 8, преобразователя 2, выпрямителя 3. Это приводит к уменьшению зарядного тока. Если уменьшение зарядного тока произошло до такого уровня, при котором выходное напряжение зарядного тока уменьшилось до такой величины, что компаратор 14 срабатывает, а компаратор 15 не срабатывает, то срабатывает элемент И 19, так как на его обоих входах оказываются высокие уровни напряжения.

Высокий уровень напряжения с выхода элемента И 19 поступает через элемент ИЛИ 9 на вход «Запрет счета реверсивного счетчика 12 и счетчик останавливается (его состояние не изменяется независимо от импульсов, поступающих с тактового ге- нератора 11). Это приводит к стабилизации напряжения на выходе цифроаналогово- го преобразователя 13 и дальнейшему уменьшению зарядного тока до тех пор, пока напряжеиие на выходе датчика 4 тока не уменьшится до уровня, при котором оба компаратора срабатывают, что вызывает появление низких уровней напряжения на входах «Сложение-вычитание и «Запрет счета реверсивного счетчика и переводит его в режим сложение.

Эти процессы, непрерывно чередуясь, ста- билизируют зарядный ток в цепи емкостного накопителя, уровень которого можно изменять в широких пределах изменением опорных напряжений на входах компараторов и стабилизировать с точностью не хуже двух единиц младшего двоичного разряда реверсивного счетчика, т. е. 2/4096 0,05% (при 12-разрядном счетчике). При достижении выходного напряжения заданного уровня схема устройства переходит в режим стабилизации выходного напряжения накопителя, при этом срабатывает датчик 7 напряжения, высокий уровень напряжения на выходе которого через элемент ИЛИ 9 останавливает реверсивный счетчик 12 до того момента, пока уровень высокого напряжения не уменьшается по каким-либо причинам, что вызывает новый подзаряд емкостного накопителя.

Уровень выходного напряжения устройства изменяется в широких пределах путем

5

5

0

n

0 5

5

5

0

изменения порога срабатывания компаратора 27 или регулировки резистора датчика напряжения.

Пределы изменения зарядного тока изменяются путем регулирования источников 16 и 17 опорных напряжений, при этом изменением напряжения источника 16 опорного напряжения осуществляется изменение максимальной величины зарядного тока, а изменением напряжения источника 17 опорного напряжения осуществляется изменение нижнего допустимого значения зарядного тока. Для получения макси.мальной стабильности зарядного тока опорные напряжения должны быть близким по величине.

После заряда емкостного накопителя до заданного уровня производится его разряд, при котором генерируется мощный электромагнитный импульс. Благодаря наличию световода 23 в датчике зарядного тока обеспечивается хорощая гальваническая развязка чувствительных к перенапряжениям элементам устройства от выходной цепи и, тем самым, их защита от пробоев и выхода из строя.

Существенно улучшены массо-габаритные характеристики устройства за счет отсутствия зарядного дросселя, габариты и масса которого составляют значительную часть от общей массы известных устройств.

Значительно (в 5-10 раз) повышена точность стабилизации зарядного тока и выходного напряжения за счет использования управляемого стабилизатора напряжения, включенного между первичным источником питания и преобразователем напряжения и блока управления, выполненного на основе цифроаналогового преобразователя, реверсивного счетчика и тактового генератора. Достигнут оптимальный режим зарядки накопителя независимо от его параметров (емкость, рабочее напряжение), так как значения зарядного тока и выходного напряжения могут регулироваться в широких пределах.

Другим преимуществом устройства является высокая надежность за счет отсутствия силовых индуктивно-емкостных элементов и за счет введения регулируемого стабилизатора напряжения, что исключает изменение зарядного тока при бросках питающего напряжения и предохраняет силовые элементы устройства (преобразователь, выпрямитель) от перегрузок и выхода из строя. Кроме того, плавная регулировка напряжения в устройстве и отсутствие в силовых цепях переключающих элементов устраняет импульсные помехи, создаваемые устройством, что обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость с другой радиоэлектронной аппаратурой.

Формула изобретения

1. Устройство для зарядки емкостного накопителя, содержащее нестабилизированный источник питания, преобразователь напряжения, выход которого через выпрямитель и датчик тока соединен с емкостным накопителем, блок управления, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, отличающееся тем, что, с целью снижения массо-габаритных характеристик устройства при одновременном повышении надежности работы устройства, в него введены датчик напряжения, управляемый импульсный стабилизатор напряжения, силовой вход которого соединен с выходом нестабилизированного источника питания, выход - с входом преобразователя напряжения, управляющий вход - с выходом блока управления, датчик напряжения подключен входом к емкостному накопителю, выходом - к второму входу блока управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления содержит элемент ИЛИ, элемент сравнения, тактовый генератор, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с выходом блока управления, разрядные входы - с информационными выходами реверсивного счетчика, счетный вход которого соединен с выходом тактового генератора, вход «Запрет счета - с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с вторым входом блока управления, второй вход - с первым выходом элемента сравнения, второй выход которого соединен с входом «Сложение- вычитание реверсивного счетчика, а вход - с первым входом блока управления.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано, например, в генераторах накачки импульсных оптических квантовых генераторов. Цель изобретения - снижение массогабаритных характеристик устройства - достигается за счет исключения токоограничивающего дросселя при одновременном повышении надежности работы устройства. Устройство содержит нестабилизированный источник 1 питания, преобразователь 2 напряжения, выпрямитель 3, датчик 4 тока, емкостный накопитель 5, блок 6 управления, датчик 7 напряжения, стабилизатор 8 напряжения. Блок 6 управления содержит элемент ИЛИ 9, элемент 10 сравнения, тактовый генератор 11, реверсивный счетчик 12, цифроаналоговый преобразователь 13. Элемент 10 сравнения содержит компараторы 14 и 15, источники 16 и 17 опорного напряжения, инвертор 20. Датчик 4 тока состоит из резистора 21, излучателя 22, световода 23 оптической связи с фотоприемником 24, усилителя 25. Датчик 7 напряжения содержит регулировочный резистор 26, компаратор 27 и источник 28 опорного напряжения. Отсутствие в устройстве силовых индуктивно-емкостных элементов и введение регулируемого стабилизатора 8 напряжения существенно повышает надежность устройства и обеспечивает хорошую электромагнитную совместимость с другой радиоэлектронной аппаратурой. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. К накопи15 (Л оо со О5 00