Устройство для зарядки накопительного конденсатора Советский патент 1992 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания импульсных газоразрядных ламп и других потребителей импульсной мощности.

Известно устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источник постоянного напряжения, токоог- раничивающий элемент, между выводом которого и отрицательным выводом источника напряжения включена последовательная цепь из дросселя с выведенной средней точкой, тиристора и конденсатора, параллельно которому включена нагрузка, содержащая коммутатор, дополнительный конденсатор, положительная обкладка которого подсоединена к выводу средней точки дросселя, а отрицательная - через дополнительный диод, включенный в обратном направлении и зашунтированный дополнительным тиристором, подключена к отрицательному выводу источника напряжения.

Недостатком этого устройства является зависимость частоты следования разрядных импульсов от параметров элементов зарядного контура.

Известен также источник питания электроразрядных импульсных лазеров, содержащий источник постоянного напряжения, подключенный к нему параллельно буферный конденсатор, дроссель-трансформатор с двумя встречно-включенными обмотками, причем начало первичной и конец вторичной обмоток соединены в общую точку с положительной клеммой источника напряжения, зарядный диод, анод которого соединен с концом первичной обмотки дроссель-трансформатора, а катод - с обкладкой накопительного конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, первый тиристор, соединенный катодом с началом вторичной обмотки дроссель-трансформатора, а анодом - с общей шиной источника напряжения, параллельно накопительному конденсатору включены последовательно соединенные второй тиристор и первичная обмотка выходного импульсного трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с нагрузкой.

Однако известное устройство не обеспечивает стабилизацию выходного напряСП

С

4 О СП 00 00

жения источника питания в диапазоне 0 иВых иСети из-за резонансного заряда накопительного конденсатора.

Этого недостатка в известной мере лишено устройство для зарядки накопительного конденсатора, выбранное в качестве прототипа, содержащее источник постоянного напряжения, первый диод, анод которого через первый дроссель соединен с положительной клеммой источника напряжения, а катод соединен с анодом первого тиристора и одной из обкладок дозирующего конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, накопительный конденсатор, одна из обкладок которого через второй дроссель соединена с катодом первого тиристора и катодом второго диода, анод которого и другая обкладка накопительного конденсатора соединены с общей шиной источника напряжения.

Недостатком известного устройства является невысокая точность стабилизации выходного напряжения накопительного конденсатора.

Действительно, выходное напряжение Увых в известном устройстве изменяется дискретно при передаче энергии дозирующего конденсатора в накопительный.

Уравнение энергетического балланса при полной передаче энергии дозирующего конденсатора в накопительный конденсатор (ивых - 3°. где идоз - напряжение

зарядки дозирующего конденсатора), запишется следующим образом:

Сдоз Цдоз Сн (U +AU)2 .. СН1Г

222

где Сдоз - величина емкости дозирующего конденсатора;

Сн - величина емкости накопительного конденсатора;

U - напряжение накопительного конденсатора в начале интервала зарядки;

Аи - приращение напряжения накопительного конденсатора на интервале зарядки.

Преобразуя (1) и пренебрегая величиной Ди2 ввиду малости большего порядка, получим относительную величину приращения напряжения накопительного конденсатора на интервале зарядки

2)

AU-AU

Из полученного выражения (2) видно, что относительное приращение напряжения накопительного конденсатора, а следовательно и точность зарядки зависит от уровня выходного напряжения.

Целью изобретения является повышение точности стабилизации выходного напряжения накопительного конденсатора. Цель достигается тем, что в устройство

10 для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источник постоянного напряжения, первый диод, анод которого через первый дроссель соединен с положительной клеммой источника напряжения, а ка15 тод соединен с анодом первого тиристора и одной из обкладок дозирующего конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, накопительный конденсатор, одна из обкла20 док которого через второй дроссель соединена с катодом первого тиристора и катодом второго диода, анод которого и другая обкладка накопительного конденсатора соединены с общей шиной источни25 ка напряжения, введены третий диод, включенный согласно между вторым дросселем и накопительным конденсатором, второй тиристор, анод которого соединен с анодом третьего диода, буферный конден30 сатор, включенный параллельно источнику напряжения, повышающий согласующий трансформатор, первичная обмотка которого одним выводом соединена с общей шиной источника напряжения и анодом

35 четвертого диода, а другим выводом через третий дроссель соединена с катодом четвертого диода и катодом третьего тиристора, анод которого соединен с катодом второго тиристора и одной из обкладок до40 полнительного конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, вторичная обмотка согласующего трансформатора через пятый диод подключена параллельно буферному

45 конденсатору.

Технические решения, имеющие признаки, эквивалентные отличительным признакам предлагаемого технического решения, не выявлены. Следовательно, по50 следнее соответствует критерию существенные отличия.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. На фиг,2 приведена принципиальная

55 электрическая схема генератора управляющих импульсов. На фиг.З приведены вре- менные диаграммы работы предлагаемого

устройства.

Устройство содержит источник 1 посто- ян но го напряжения, генератор 2 управляю

щих импульсов, буферный конденсатор 3, включенный параллельно источнику 1 напряжения, первый диод 4, анод которого через первый дроссель 5 соединен с положительной клеммой источника напряжения 1, а катод соединен с анодом первого тиристора 6 и одной из обкладок дозирующего конденсатора 7, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения 1, накопительный конденсатор 8, од- на из обкладок которого соединена с общей шиной источника напряжения 1, другая обкладка накопительного конденсатора 8 соединена с катодом третьего диода 9, анод которого соединен с анодом второго тири- стора 10, а также через второй дроссель 11 с катодом первого тиристора 6 и катодом второго диода 12, анод которого соединен с общей шиной источника напряжения 1, повышающий согласующий трансформатор

13,первичная обмотка которого одним выводом соединена с общей шиной источника напряжения 1 и анодом четвертого диода

14,а другим выводом через третий дроссель

15 соединена с катодом четвертого диода 14 и катодом третьего тиристора 16, анод которого соединен с катодом второго тиристора 10 и одной из обкладок дополнительного конденсатора 17, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напря- жения 1, вторичная обмотка согласующего трансформатора 13 через пятый диод 18 подключена параллельно буферному конденсатору 3.

Генератор управляющих импульсов 2 может содержать, например, релаксационный RC-генератор на однопереходном транзисторе 19, выход которого присоединен к счетному входу IK-триггера 20 интегральной схемы типа К155ТВ1, инверсный выход ко- торого поступает на вход одновибратора 21, построенного на элементах типа К155 ЛАЗ. Выход одновибратора 21 соединен с одним из входов элемента И-НЕ 22, выход которого через резистор 23 присоединен к импуль- сному усилителю, собранному на транзисторе 24, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка разделительного импульсного трансформатора 25, вторичная обмотка которого через резистор 26 подключена к управляющему переходу тиристора 6. Кроме того, генератор управляющих импульсов содержит компаратор 27 типа К553 САЗ, на прямой вход которого подается опорное напряжение Don, пропор- циональное заданному напряжению стабилизации Узад, а на инверсный вход поступает аналоговый сигнал обратной связи по напряжению Uoc, пропорциональный выходному напряжению Квых накопительного конденсатора. Выход компаратора 27 соединен со свободным входом элемента И-НЕ 22 и одним из входов элемента И-НЕ 28, выход которого соединен с входом каждого одновибратора 29, 30, выполненных аналогично оДнобибратору 21. Выход одно- вибратора 29 через последовательно соединенные элемент И-НЕ 31 и резистор 32 подключен к импульсному усилителю, собранному на транзисторе 33, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка согласующего трансформатора 34, вторичная обмотка которого через резистор 35 подключена к управляющему переходу тиристора 10. Выход одновибратора 30 подключен ко входу одновибратора 36, выполненного аналогично одновибратору 21. Выход одновибратора 36 через последовательно соединенные элемент И-НЕ 37 и резистор 38 соединен с импульсным усилителем, выполненном на транзисторе 39, в коллекторную цепь которого включена первичная обмотка согласующего трансформатора 40, вторичная обмотка которого через резистор 41 подключена к управляющему переходу тиристора 16.

Устройство работает следующим образом.

При напряжении накопительного конденсатора 8 Овых и3ад, генератор управляющих импульсов 2 генерирует импульсы управления тиристору 6. Тиристор 6 отпирается и энергия конденсатора 7 коротким импульсом тока is передается в конденсатор 8 через тиристор 6, дроссель 11, диод 9. Когда тиристор 6 выключается, энергия, накопленная в дросселе 11, передается в конденсатор 8 по цепи: диод 12, дроссель 11, диод 9, конденсатор 8. При передаче n-й дозы энер- ги в накопительный конденсатор 8 в момент времени ti напряжение накопительного конденсатора 8 становится 11вых Узад. Выходной сигнал компаратора 27 переходит из 1 в О, что прекращает подачу импульсов управления тиристору 6. В этот же момент времени одновибратор 29 формирует управляющий импульс тиристору 10, тиристор 10 отпирается и ток зарядки накопительного конденсатора 8 переводится в конденсатор 17. Таким образом энергия дозирующего конденсатора 7 и дросселя 11 выводится в дополнительный конденсатор. В момент времени хз, определяемый задержкой времени, обеспечиваемой одновибра- тором 30, одновибратор 36 формирует управляющий импульс тиристору 16. Тиристор 16 отпирается и вся энергия дополнительного конденсатора 17 выводится в буферный конденсатор 3. При снижении напряжения накопительного конденсатора 8

на величину, определяемую гистерезисом компаратора 27, генератор управляющих импульсов 2 формирует управляющий импульс тиристору 6, тиристор 6 отпирается, энергия конденсатора 7 передается в конденсатор 8. Далее процессы повторяются аналогично описанным выше. Т.о. происходит стабилизация выходного напряжения накопительного конденсатора.

Точность стабилизации выходного напряжения накопительного конденсатора в предлагаемом устройстве зависит только от величины гистерезиса компаратора, что и определяет повышение точности стабилизации выходного напряжения в сравнении с прототипом.

Для обеспечения описанных выше режимов работы необходимо, чтобы при включении тиристора 10 энергия конденсатора 7 и дросселя 11 полностю выводилась в конденсатор 17, Уравнение энергетического баланса в соответствии с (4) будет

где Сдоп - величина емкости дополнительного конденсатора.

Из выражения (3) определяется соотношение емкостей дозирующего и дополнительного конденсаторов

Для вывода энергии из дополнительного конденсатора в буферный конденсатор необходимо, чтобы напряжение дополнительного конденсатора, приведенное ко вторичной обмотке трансформатора 13, было больше напряжения буферного конденсатора 3.

Для уменьшения пульсаций напряжения ДКбуф величина емкости буферного конденсатора выбирается в 10...20 раз больше емкости дополнительного конденсатора,

приведенной к вторичной обмотке трансформатора.

Формула изобретения

5 Устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источник постоянного напряжения, первый диод, анод которого через первый дроссель соединен с положительной клеммой источника посто10 янного напряжения, а катод - с анодом первого тиристора и одной из обкладок дозирующего конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, накопительный

15 конденсатор, первый вывод второго дросселя соединен с катодом первого тиристора и катодом второго диода, анод которого и первая обкладка накопительного конденсатора соединены с общей шиной источника напря20 жения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного напряжения накопительного конденсатора, в устройство введены третий, четвертый и пятый диоды, второй и третий

25 тиристоры, буферный и дополнительный конденсаторы, повышающий согласующий трансформатор, третий дроссель, причем третий диод включен согласно между вторым дросселем и второй обкладкой накопи30 тельного конденсатора, анод второго тиристора соединен с анодом третьего диода, буферный конденсатор включен параллельно источнику напряжения, первичная обмотка повышающего согласующего

35 трансформатора одним выводом соединена с общей шиной источника напряжения и анодом четвертого диода и катодом третьего тиристора, а другим выводом через третий дроссель соединена с катодом

40 четвертого диода, анод которого соединен с катодом второго тиристора и одной из обкладок дополнительного конденсатора, другая обкладка которого соединена с общей шиной источника напряжения, вторичная

45 обмотка согласующего трансформатора через пятый диод подключена параллельно буферному конденсатору.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение точности стабилизации выходного напряжения накопительного конденсатора. Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, диоды 4, 9, 12, 14, 18, накопительный конденсатор 8, дроссели 5, 11, 15, тиристоры 6, 10, 16, дозирующий конденсатор 7, буферный конденсатор 3, повышающий согласующий трансформатор 13. 3 ил.

(

s

Л.

vv:

Л

j.v1 -1 k u,Фиг.З

tf

t3V

f