Устройство для зарядки емкостного накопителя Советский патент 1991 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных устройствах для зарядки накопительных конденсаторов от источников питания ограниченной мощности

Целью изобретения является повышение надежности функционирования устройства при одновременном расширении диапазона изменения выходного напря жения за счет исключения коммутационных перегрузок и упрощения алгоритма его работы.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - диаграммы его работы.

Устройство содержит задающий генератор 1, делитель 2 частоты, входом подключенный к выходу задающего генератора, блок (счетчик) 3 управления транзисторными преобразователями. 2п выходов которого подключены к первым входам трехвходовых элементов И 4 1 4,2п, вторые входы которых подключены через формирователь 5 коротких импуль сов к выходу делителя 2 частоты кудр

vj О

ю сл го

CJ

подключен также и вход счетчика 3, узлы

6.1 б.п формирования скважности по

числу транзисторных преобразователей напряжения (модулей). Первый и второй входы модулей соединены с выходами соответртвующей пары элементов И, третий вход каждого из модулей подключен к выходу задающего генератора 1, а выходы модулей подключены к управляющим входам соответствующих транзисторных преобразователей 7.1 7.п напряжения.

Однополярные силовые входы транзисторных преобразователей напряжения через датчик 8 потребляемого тока подключены к выходам источника 9 питания, выходы транзисторных преобразователей напряжения соединены последовательно- согласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя 10, параллельно которому подключен датчик 11 напряжения. Устройство содержит также счетчик 12 кода длительности, вход установки в О которого и

инверсные входы элементов И 4.1 4.2п

подключены к выходу второго компаратора 13, первым своим входом подключенного к выходу датчика 11 напряжения. На втором входе компаратора 13 присутствует сигнал второго источника опорного напряжения. Счетный вход счетчика 12 соединен с выходом первого компаратора 14, на первом входе которого присутствует сигнал первого источника опорного напряжения. Второй вход компаратора 14 подключен к выходу датчика 8 потребляемого тока. Выходы счетчика 12 подключены к входам элемента 15 совпадения, выход которого соединен с входом разрешения счетчика 12.

Каждый из узлов 6.1б.п формирования скважности содержит счетчик 16 формирования скважности вход разрешения записи которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ 17. Входы последнего подключены к первому и второму входам узла формирования скважности, куда подключены также входы установки в 1 RS- триггеров 18 и 19, входы установки в О которых подключены к выходу переноса счетчика 16, а выходы - соответственно к первому и второму выходам узла формирования скважности, куда подсоединены также входы второго элемента ИЛИ 20, своим выходом подключенного к входу разрешения счета счетчика 16, счетный вход которого подключен к третьему входу узла формирования скважности, а информационный вход этого счетчика является четвертым входом узлов 6.1 б.п Все

четвертые входы узлов подключены к выходу счетчика 12 кода длительности.

Устройство работает следующим образом.

Перед запуском устройства на выходах компараторов 13 и 14 присутствуют низкие

логические уровни, счетчик 12 кода длительности обнулен по входу R. После запуска устройства импульсы с выхода задающего генератора 1 поступают на счетный вход счетчика 16 формирования скважности и че0 рез делитель 2 частоты на вход счетчика 3 управления транзисторными преобразователями. Кроме того, с выхода делителя 2 частоты через формирователь 5 коротких импульсов импульсы попадают на вторые

5 входы элементов И 4.14.2п. При совпадении импульсов, поступающих на элементы И с выходов счетчика 3 и формирователя 5 (принимая во внимание по обстоятельство, что на третьих инверсных входах элемен0 тов И присутствует нулевой уровень с выхода компаратора 13), импульс с выхода элемента 4.1 проходит через элемент ИЛИ 17 на вход разрешения записи счетчика 16 и вход установки в 1 триггера 18. Послед5 ний устанавливается в 1. Сигналом с первого выхода узла 6.1 открывается транзистор первого модуля 7.1, а через элемент ИЛИ 20 на вход разрешения счета счетчика 16 прикладывается разрешающий

0 сигнал.

Через датчик тока начинает протекать ток, в начальный момент его величина достаточно велика, компаратор 14 не срабатывает и счетный импульс на счетчик 12 не

5 поступает, поэтому его выходы находятся в нулевом состоянии. По спаду первого импульса задающего генератора 1 на выходе счетчика 16 появляется сигнал, триггер 18 опрокидывается и запирает верхний тран0 зистор модуля 7.1, ток в силовой цепи прекращается.

Через к тактов задающего генератора 1 (где k - коэффициент деления делителя 2 частоты), на втором выходе счетчика 3 появ5 ляется сигнал, который через элемент И 4.3 поступает на первый вход узла 6.2 формирования скважности, который аналогичным образом, на своем первом выходе формирует сигнал и отпирает верхний транзистор

0 модуля 7.2. Если протекающий в силовой цепи ток при этом выше минимально допустимого, то состояние счетчика 16 не изменяется и по очереди включаются третий, четвертый n-й модули. Если ток в заря5 женном конденсаторе снизился ниже установленного уровня (фиг. 2,а), срабатывает компаратор 14 (фиг. 2,6). и состояние счетчика 12 по сигналу с выхода компаратора 14 увеличивается на единицу. При срабатывании элементов И 4.1. . .. 4.2п в счетчики

16.1-16.n no информационному входу поочередно записывается код с выхода счетчика 12. При этом сигнал на выходе счетчика 16 появляется уже через 2 такта задающего генератора 1. а длительность сигналов управления на выходах узлов формирования скважности 6.1б.п составляет

tk-(1+lk)e.(1)

где U - состояние счетчика 12 в k-ом цикле работы устройства (под циклом работы подразумевается функционирование устройства при неизменной длительности сигналов управления);

Е - дискретность изменения длительности управляющих сигналов

Т(2)

+ 1

где Т - период рабочей частоты модулей;

m - разрядность счетчиков формирова ния скважности.

При этом частота задающего генерато ра 1

m + 1

1 2m

2

-1

fBUX. (3)

Так как узлы запускаются счетчиком 3 поочередно со сдвигом который составляет величину Т/2п, то частота переключений счетчика 3 fn связана с частотой задающего генератора fr и выходной частотой Твых соотношением

fn- 2птВЫх fr/k ,(4)

откуда величина коэффициента деления делителя 2 частоты

k fr/2nfBWx 2m/n .(5)

Следовательно, в первых циклах работы устройства преобразовательные модули работают поочередно (фиг. 2. ж. участки 1 и 2). Начиная с 2m/n цикла работы счетчика 12 возникают интервалы совместной работы двух соседних модулей в течение одного такта задающего генератора 1 и выходные напряжения модулей начинают суммироваться, т.е. удваиваться (фиг. 2.ж. участок 3). При дальнейшем увеличении состояния счетчика 12 длительность совместного функционирования модулей увеличивается (фиг. 2,ж, участок 4) и. начиняя с 2mM/n цикла, возникают интервалы времени, в течение которых работают одновременно уже три модуля (фиг. 2.ж. участок 5). ... и т.д. Таким образом, напряжение на выходе начинает плавно нарастать и через 2п -1)/п циклов достигает значения выходного напряжения одного модуля, через (2- 2гп-1)/п циклов выходное напряжение удваивается и через (п 2т- 1)/п циклов coci аиля-м суммарное напряжение всех модулей

По достижении выходным ндгфяжеми ем заданного значения на емкости ом на к о пителе сигналом с датчика 11 напряжения на выходе компаратора 13 формируется 5 высокий логический уровень, который ус танавливает счетчик 12 в нулевое состоя ние и блокирует с помощью элементов И 4.14.2п импульсы, поступающие с выходов счетчика 3. и устройство отключает0 ся. После разряда накопителя 10 процесс работы устройства повторяется Формула изобретения Устройство для зарядки емкостного накопителя, содержащее источник питания, п

5 транзисторных преобразователей напряже ния, первые входы которых соединены с первым выходом источника питания, к второму выходу которого через датчик потребляемого тока подключены вторые входы

0 транзисторных преобразователей напряжения, выходы которых через свои мостовые выпрямители соединены последовательно- согласно и подключены к обкладкам емкостного накопителя, параллельно которому

5 подключен датчик напряжения, задающий генератор, блок управления транзисторными преобразователями напряжения, два компаратора с источниками опорных напряжений, вход первого компаратора соединен

0 с выходом датчика потребляемого тока, о т- личающееся тем. что с целью повышения надежности функционирования устройства при одновременном расширении диапазона изменения выходного напряже5 ния за счет исключения коммутационных перегрузок и упрощения алгоритма его работы в него введены делитель частоты, фор- мирователь коротких импульсов, 2п элементов И. узлы формирования скважно0 сти по числу модулей и счетчик кода длительности с элементом совпадения, причем блок управления транзисторными преобразователями напряжения выполнен на счетчике, вход делителя частоты соединен с

5 выходом задающего генератора, а его выход соединен со счетным входом счетчика управления транзисторными преобразователями напряжения, 2п выходов которого соединены с первыми входами 2п элемен

0 тов И. причем первые п выходов этого счетчика соединены соответственно с первыми входами нечетных элементов И а вторые п выходов с первыми входами четных элементов И, вторые входы элементов И через

5 формирователь коротких импульсов под ключены к выходу делителя частоты инвер сные входы элементов И к выходу второго компаратора, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения выходы каждой из п пяр шементои И г ядинриь

первым и вторым входами соответствующих узлов формирования скважности, третьи входы которых подключены к выходу задающего генератора, четвертые входы узлов формирования скважности подключены к выходу счетчика кода длительности, а выходы узлов соединены с управляющими входа- ми соответствующих транзисторных преобразователей напряжения, вход установки в О и счетный вход счетчика кода длительности подключаются соответственно к выходам второго и первого компараторов, выход счетчика кода длительности соединен с входом элемента совпадения, выход которого соединен с входом разре- шения счета этого счетчика, при этом каждый из узлов формирования скважности содержит два элемента ИЛИ, два RS-тригге- ра и счетчик формирования скважности,

вход разрешения записи которого подключен к выходу первого элемента ИЛИ, входы которого подключены к первому и второму входам узла формирования скважности, куда подключены также входы установки в 1 двух RS-триггеров, входы установки в О которых подключены к выходу переноса счетчика формирования скважности, а выходы триггеров подключены соответственно к первому и второму выходам узла формирования скважности, куда подсоединены также входы второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу разрешения счета счетчика формирования скважности, счетный вход которого подключен к третьему входу узла формирования скважности, а информационный вход этого счетчика является четвертым входом узла формирования скважности.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных устройствах для зарядки накопительных конденсаторов от источников питания ограниченной мощности Устройство содержит задающий генератор делитель частоты, блок управления транзисторными преобразователями. 2п элементов И, формирователь коротких импульсов, п .узлов формирования скважности, п транзисторных преобразовательных модулей, датчик потребляемого тока, источник питания, емкостный накопитель, датчик напряжения, два компаратора, счетчик кода длительности с элементом совпадения. Новым является включение в состав устройства делителя частоты, 2п элементов И, формирователя коротких импульсов, узлов формирования скважности по числу преобразовательных модулей и счетчика кода длительности с элементом совпадения, причем блок управления транзисторными преобразователями также выполнен из счетчиков. Это позволяет повысить надежность функцонирования устройства при одновременном расширении диапазона изменения выходного напряжения благодаря упрощению алгоритма его работы и исключению коммутационных перегрузок. 2 ил. сл С

UonZ

Фиг /

с

с

I Ю

«NJ

СО