Устройство для заряда накопительного конденсатора Советский патент 1979 года по МПК H03K3/53 

Устройство относится к импульсным источникам питания и предназначено для заряда накопительного конденсатора генераторов мош.иых импульсов.

Известны зарядные устройства накопительного конденсатора, содержащие источник переменного тока, двухполупериодный выпрямитель и индуктивно-емкостные резонансные контуры, ограничивающие ток заряда. В этих устройствах двухполупериодный выпрямитель выполнен по схеме щестиплечевого моста с тремя параллельными ветвями. Между источником переменного тока и двухполунериодным выпрямителем включен Z-образный преобразователь, состоящий из двух линейных дросселей и конденсаторов, предназначенный для стабилизации мощности заряда накопительного конденсатора 1.

Однако такие устройства имеют недостаточно высокое выходное напряжение.

Известно также зарядное устройство, которое содержит источник переменного тока, два токоограничивающих конденсатора, дроссель и двухполунериодный выпрямитель, состоящий из двух параллельных ветвей, по три последовательно включенных диода в каждой ветви. Накопительный конденсатор подключен параллельно диодным ветвям. Источник переменного тока подключен к катодам анодной группы вентилей выпрямительного моста через линейный дроссель. Конденсаторы, ограничивающие величину тока заряда накопителя и умножающие зарядное напряжение, одной своей обкладкой подключены к анодам вентилей катодной группы первой и второй ветвей соответствеино, а вторыми обкладками - к катодам анодной группы вентилей. Конденсатор, связанный с первой ветвью вентилей, второй обкладкой подключается к катоду вентиля второй ветви, а конденсатор, связанный с второй диодной ветвью, - к катоду вентиля первой ветви

2.

Однако Э1Ч) устройство имеет плохие удельные Э 1ергетпческие иоказатели и невысокое выходное напряжение. Цель изобретения - улучиюние удельных

энергетических показателей и увеличение выходного напряжения.

Это достигается тем, что в устройстве для заряда накопительного конденсатора, содержащем однофазный источник иеременного тока с двумя выходными клеммами, двухполупериодный вентильно-конденсаторный выпрямитель - умножитель напряжения с вентилями, три диода, два умножающих конденсатора и токоограничивающий дроссель, вторая клемма источника

подключена к аноду вентиля катодной группы второй ветви выпрямителя, вторая обкладка умножающего конденсатора связанного с вентилями первой ветви выпрямителя, соединена с положительной выходной шиной выпрямителя, а вторая обкладка умножающего конденсатора, связанного с вентилями второй ветви, соединена с отрицательной выходной щиной, при этом отрицательная выходная шина выпрямителя через один дополнительный умножающий конденсатор соединена с анодом вентиля катодной группы первой ветви, а положительная выходная щина через второй дополнительный умножающий конденсатор - с катодом вентиля анодной группы второй ветви.

Электрическая схема предложенного устройства изображена на чертеже.

Схема содержит накопительный конденсатор 1, однофазный источник переменного тока с двумя выходными клеммами 2i и 22, двухполунериодный вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, вентили которого образуют две включенные параллельно накопительному конденсатору ветви, состоящие из трех последовательно включенных диодов 3-5 и 6- 8. Диоды в каждой из ветвей выпрямителя соединены последовательно - согласно, а токоограничивающий дроссель 9 включен между клеммой 22 источника и одной входной клеммой выпрямителя. Схема содержит также два умножающих конденсатора 10 и 11, каждый из которых одной из своих обкладок подключен к входным клеммам двухполупериодного выпрямителя. Одна из обкладок конденсатора 11 подсоединена к катоду вентиля (диода) 8 анодной группы первой ветви вентилей выпрямителя непосредственно и через токоограничивающий дроссель 9 к клемме 22 источника. Вторая клемма 2i источника и одна из обкладок конденсатора 10 подключены к аноду вентиля 5 катодной группы второй ветви выпрямителя, вторая обкладка умножающего конденсатора 11, связанного с вентилями первой ветви выпрямителя соединена с положительной выходной шиной выпрямителя. Вторая обкладка умножающего конденсатора 10, связанного с вентилями второй ветви, соединена с отрицательной выходной шиной. Эта шина выпрямителя через дополнительный умножающий конденсатор 12 соединена с анодом вентиля 6 катодной группы первой ветви, а положительная выходная шина через второй дополнительный умножающий конденсатор 13 - с катодом вентиля 3 анодной группы второй ветви.

При рассмотрении работы устройства условно будем полагать, что оно работает в режиме холостого хода, т. е. накопительный конденсатор отключен от его шин. Тогда в течение первой четверти периода, когда под положительным потенциалом находится клемма 2i, будет происходить заряд умножающего конденсатора 10 через диод 8 и умножающего конденсатора 11 через 5 диод 5 до амплитуды напряжения источника питания. Этот заряд продолл ается до тех пор, пока нанряжение на клеммах 2i, 22 увеличивается по абсолютной величине. По окончании заряда диоды 5 и 8 запираются 10 и предотврап1.ают разряд умножаюнщх конденсаторов на источник. В течение второй четверти периода напряжение на клеммах 2i, 22 убывает до нуля, а на конденсаторах остается неизменным. В течение

15 третьей четверти периода, когда под положительным потенциалом находится клемма 2,, будет происходить заряд умножающих конденсаторов 12, 13. Умножающий конденсатор 12 через диод 7 заряжается

0 суммарным напряжением источника и умножающего конденсатора 10, а умножающий конденсатор 13 через диод 4 - суммарным напряжением источника и конденсатора 11. В четвертой четверти периода

5 напряжение источника убывает, а на конденсаторах остается неизменным. В последующие моменты времени, когда клемма 2i находится под положительным потенциалом, а диоды 5 и 8 заперты заряженными

0 конденсаторами 12 и 13, заряд конденсаторов 10 и 11 будет происходить по другим цепям. Так, заряд конденсаторов 10 и И осуществляется через диод 3 суммарным напряжением источника и конденсатора 13.

5 За несколько периодов изменения напряжения источника питания напряжение на умножающих конденсаторах 12 и 13 достигает значения 3t/,n, а на умножающих конденсаторах 10, 11-ЧИт, где f/m -ампли0 тудное значение напряжения источника питания. Суммарное напряжение источника и умножающих конденсаторов 10 и 11, включенных последовательно, прикладывается к накопительному конденсатору, повышая его

5 напряжение. Максимальное значение напряжения на накопительном конденсаторе достигает величины 5f/m. При очередном изменении полярности нанряжения источника питания напряжения на выходе устройства будет иметь максимальное значение равное 3t/m- При наличии накопительного конденсатора 1 умножающие конденсаторы 10-13, заряжаясь от источника в соответствующие полупериоды, в другие

5 полупериоды отдают накопленную энергию в конденсатор 1, повышая его напряжение. Линейный дроссель 9, ограничивая ток заряда накопительного конденсатора 1, удлиняет импульсы тока заряда умножающих

g конденсаторов и уменьшает потери энергии в устройстве.

Таким образом, паиряжение на накопительном конденсаторе - будет иметь постоянную и переменную составляющие.

Величина постоянной составляющей в четыре раза превышает напряжение источника, а переменная, имеет амплитуду напряжения источника. Поэтому напряжение на шинах выпрямителя, т. е. на обкладках накопительного конденсатора, в максимуме превышает в пять раз амплитуду напряжения источника. Если по каким-либо причинам наличие переменной составляющей нежелательно, она может быть устранена путем включения вентиля в цепь заряда накопительного конденсатора. Этот вентиль будет предотвраш,ать возврат энергии из накопительного конденсатора в зарядное устройство и напряжение на накопительном конденсаторе будет достигать 5Um.

Формула изобретения

Устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее однофазный источник переменного тока с двумя вы.ходными клеммами, двухиолупериодный вентильно-конденсаторный выпрямитель-умножитель напряжения, вентили которого образуют две включенные параллельно накопительному конденсатору ветви из трех последовательно включенных диодов каждая, и два умножающих конденсатора, каждый из которых одной из своих обкладок подключен к входным клеммам двухполупеРИОДНОГО выпрямителя, одна из которых

подсоединена к катоду вентиля анодной группы первой ветви вентилей выирямителя непосредственно и через токоограничивающий дроссель к одной клемме источника, отличающееся тем, что, с целью улучшения удельных энергетических показателей и увеличения его выходного напряжения, вторая клемма источника подключена к аноду вентиля катодной группы второй ветви выпрямителя, вторая обкладка умножающего конденсатора, связанного с вентилями иервой ветви выпрямителя, соединена с положительной выходной шиной выпрямителя, а вторая обкладка умножающего конденсатора, связанного с вентилями второй ветви, соединена с отрицательной выходной шиной, при этом отрицательная выходная шина выпpямитev я через один дополнительный умножающий конденсатор соединена е анодом вентиля катодной группы первой ветвп, а положительная выходная шина через второй дополнительный умножающий конденсатор - с катодом вентиля анодной груип1 1 второй ветви.

Источники информации, принятые во вннмание нри экспертизе 1. Милях А. Н., Волков И. В., Системы неизменного тока на основе нндуктивно-емкостных преобразователей, Киев, изд. «Науковая думка, 1974, с. 62-69.

2.3аявка N° 2162831/26-21, кл. Н ОЗК 3/57, 1977, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.

0,