Устройство для зарядки накопительного конденсатора Советский патент 1991 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике, а именно к преобразователям постоянного тока в постоянный с промежуточным преобразованием в переменный ток, и может быть использовано в устройствах питания импульсных радиотехнических установок большой мощности.

Цель изобретения - повышение быстродействия и КПД устройства при уменьшении массогабаритных показателей.

На чертеже представлена схема устройства для зарядки накопительного конденсатора.

Устройство содержит инвертор 1, подключенный к источнику 2 постоянного напряжения, блок 3 управления, соединенный с управляющими входами инвертора, последовательный резонансный контур 4, подключенный к выходу инвертора выпрямитель 5, накопительный конденсатор 6 и согласующий реактивный элемент 7, соединенные последовательно и подключенные параллельно элементу последовательного контура 4. Параллельно согласующему реактивному элементу подключены последовательно соединенные диод 8 и резистор 9. Последовательно соединенный резонансный контур содержит конденсатор 10 и дроссель 11, инвертор 1 содержит транзисторы 12 и 13 зашунтированные обратными диодами 14 и 15. Блок 3 управления содержит датчик 16 тскз, включенный в цепь последовательного резонансного контура 4. Выход датчика 16 то.;а соединен с первым входом коьденсэтора 17 и через фаэосдвиО

со

CJ

гающую цепь 18 с первым входом компаратора 19. Формирователь 20 сигнала Стоп содержит компаратор 21, первым входом соединенный с источником 22 опорного напряжения, а вторым входом с делителем 23 напряжения, входом подключенным к накопительному конденсатору 6. Элемент И 24 выходом подключен к входу ждущего мультивибратора 25, выход которого соединен с вторыми входами компараторов 17 и 19, а также с S-входом RS-триггера 26, прямой выход которого подключен к первому входу элемента И 27, второй вход которого соединен с выходом двухвходового элемента ИЛИ-НЕ28, первый вход которого соединен с выходом компаратора 17, также с входом элемента 29 инверсии и с первым входом элемента И 30,второй вход которого соединен с первым входом элемента И 31, и с выходом элемента И 27. Выход элемента 29 инверсии соединен с вторым входом элемента И 31. Выходы элементов И 30 и 31 соединены соответственно с базами транзисторов 13 и 12 инвертора 1 через развязывающие устройства 32 и 33, которые могут быть выполнены в виде импульсных трансформаторов или оптоэлектронных ключей. Реактивный элемент 7 по своему номиналу примерно равен соответствующему элементу контура.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент оба транзистора 12 и 13 находятся в непроводящем состоянии и процесс заряда накопительного конденсатора 6 не происходит. При поступлении на вход элемента И 24 сигнала Пуск на его выходе появляется логическая Г, которая запускает ждущий мультивибратор 25. Выходной импульс мультивибратора 25 устанавливает триггер 26 в состояние 1, с инверсного его выхода логический О предотвращает дальнейшее прохождение пускового импульса с выхода элемента И 24, а логическая Г с выхода ждущего мультивибратора 25 поступает на инверсные входы компараторов 17 и 19. Поскольку на прямых входах компараторов 17 и 19 напряжения пока отсутствует (ток в резонансном контуре равен 0), то на выходах компараторов 17 и 19 поддерживаются сигналы логических О, которые поступают на входы элемента ИЛИ-НЕ 29. При этом на входы элементов И 27 и 31 поступают сигналы логических 1, а на выходе элемента И 31 появляется логическая Г, открывающая через развязывающее устройство 33 транзистор 12. Транзистор 13 остается закрытым, так как на выходе элемента И 30 поддерживается сигнал логического О.

При открытом транзисторе 12 начинается заряд конденсатора 10 по цепи: источник 2 постоянного напряжения, транзистор 12, датчик 16, конденсатор 10, элемент 11 индуктивности (дроссель),источник 2. При протекании тока через датчик 16 на его выходе появляется напряжение отрицательной полярности, поступающее на прямые входы компараторов 17 и 19. В этот же момент

0 ждущий мультивибратор 25 устанавливает- ся в нулевое положение. Логическое состояние компараторов 17 и 19 при этом не изменяется. При уменьшении зарядного тока (по мере заряда конденсатора 10 до на5 пряжения источника 2 питания) в конце полупериода на выходе фазосдвигающей цепочки появляется положительное напряжение, а следовательно, на выходе компара- тора 19 появляется логическая 1. В

0 данном логическом состоянии компараторов 17 и 19 на выходе элемента И 31 появляется логический О, закрывающий через развязывающее устройство 33 транзистор

12,а закрытое состояние транзистора 13 не 5 изменяется, т.е. на промежуток временидх

оба транзистора закрыты. Конденсатор 10 продолжает заряжаться от энергии, накопленной в дросселе 11. Когда ток заряда уменьшается до нуля, начинается обратный

0 процесс (ток меняет направление), т.е. начинается разряд конденсатора 10. В этот же момент времени на выходе датчика 16 тока появляется положительное напряжение, а следовательно, на выходах компараторов

5 17 и 19 имеют место сигналы логической 1. При таком логическом состоянии компараторов 17 и 19 на выходе элемента И 30 появляется логическая 1, открывающая транзистор 13. Конденсатор 10 разряжается

0 через открытый транзистор 13, а потом заряжается обратной полярностью от энергии, накопленной в элементе 11 индуктивности, В конце этого полупериода ток в контуре 4 уменьшается, и фазосдвига5 ющая цепь 18 выдает отрицательное напряжение, следовательно, на выходе компаратора 19 появляется логический 0й, способствующий закрыванию транзистора

13,а транзистор 12 остается закрытым на 0 промежуток времени At до момента, когда

в контуре 4 ток уменьшится до нуля.Далее процесс повторяется. Таким образом, в системе инвертор 1 - контур 4 с датчиком 16 тока - блок 3 управления, ввиду наличия 5 обратной связи начинается генерация переменного тока с частотой, определяемой параметрами резонансного контура 4. Датчик 16 тока и блок 3 способствуют переключению транзисторов 12 и 13 из одного состояния в другое при минимальном токе через

эти транзисторы, причем транзистор переводится из проводящего в непроводящее состояние раньше, чем другой транзистор из непроводящего в проводящее. Такая временная задержка At определена парамет- рами фазосдвигающей цепи 18, исходя из конкретных параметров транзисторов, т.е. времени рассасывания носителей тока базы, например 2-3 мкс.

Так как частота переключения транзи- сторов 11 и 13 соответствует резонансной частоте (с учетом потерь) контура 4, на реактивных элементах этого контура амплитудное значение переменного напряжения после нескольких периодов переключения транзисторов 12 и 13 начинает превышать напряжение источника 2 питания. При амплитудном значении переменного напряжения, превышающем порог отпирания выпрямителя 5, через этот выпрямитель и цепочку из элементов 7, 8 и 9 начинает течь зарядный ток, который заряжает конденсатор 6. Скорость нарастания тока через выпрямитель 5 определяется параметрами элементов 7, 8 и 9. С каждым циклом пере- заряда конденсатора 10 через выпрямитель

5протекает импульс зарядного тока конденсатора 6, и напряжение на конденсаторе

6повышается до максимального значения, определяемого по формуле

Uebix - у Q Епит ,

где 1)вых - напряжение накопительного кон- денсатора 6;

Q - добротность контура 4;

Епит - напряжение источника 2.

Требуемое выходное напряжение на накопительном конденсаторе 6 задается исто- чником 22 опорного напряжения. При

достижении на конденсаторе б заданного значения напряжения на выходе компаратора 21 появляется сигнал логической 1, который опрокидывает триггер 26, и логический О с прямого его выхода через элементы И 27, 30 и 31 закрывает транзисторы 12 и 13. Процесс заряда накопительного конденсатора 6 прекращается. Накопленная конденсатором 6 энергия передается при помощи внешних средств в нагрузку. Диоды 14 и 15 обеспечивают перезаряд конденсатора 10 колебательного контура 4 в переходных режимах.

Формула изобретения

1.Устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее инвертор, подключенный к источнику постоянного напряжения, блок управления, первый,второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами инвертора, последовательный резонансный контур, подключенный к выходу инвертора, выпрямитель и накопительный конденсаторы, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и КПД устройства,ри уменьшении массогабарит- ных показателей, введен согласующий реак- тивный элемент, при этом выпрямитель,согласующий реактивный элемент и накопительный конденсатор соединены последовательно и подключены параллельно одному из реактивных элементов последовательного резонансного конутра, однотипного согласующему реактивному элементу.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что параллельно согласующему реактивному элементу подключена цепочка из последовательно соединенных диода, включенного согласно выпрямителю, и резистора.

Изобретение относится к преобразовательной и импульсной технике, в частности к преобразователям постоянного тока в постоянный с промежуточным преобраэоса- нием в переменный ток, и может Оить использовано ь устройствах питания импульсных установок большой мощности. Целью изобретения является повышение .быстродействия и КПД устройства при уменьшении массогабзритных показателей. Устройство для зарядки накопительного конденсатора содержит инвертор 1, источник 2 постоянного напряжения, блок 3 управления, последовательный резонансный контур 4, выпрямитель 5. накопительный конденсатор 6, согласующий реактивный элемент. Введение согласующего реактивного элемента в цепь заряда накопительного конденсатора позволяет дости ь цели изобретения. 1 з п ф-лы, 1 ил