Устройство для заряда емкостногоНАКОпиТЕля эНЕРгии Советский патент 1981 года по МПК H03K3/53 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания высокоинтенсивных источников света, применяемых в светосигнальной и осветительной аппаратуре, дл.я накачки лазеров и т. д.

Известны устройства для заряда емкостных накопителей энергии, в которых-для обеспечения высоких технико-экономических показателей преобразователь напряжения обеспечивает амплитудно-импульсное (ступенчатое) регулирование напряжения на входе зарядного контура. При этом зарядный ток на каждой ступени регулируется по определенному закону.

Известно, например, устройство, состоящее из трансформатора, транзисторных ключей и выпрямителей, в котором ступенчатая регулировка выходного напряжения преобразователя- осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора преобразователя при переключении источника питания на разные отводы трансформатора 1.

Известно устройство, преобразователь которого содержит трансформатор с несколькими вторичными обмотками, нагруженными на выпрямитель, причем эти выпрямители через транзисторные ключи соединены по выходу последовательно. Регулировка выходного напряжения происходит последовательным замыканием транзисторных ключей, осуществляющих подключение 5 соответствующего выпрямителя к зарядному контуру. Сигнал на включение транзисторов подается с соответствующего компаратора при заряде е.мкостного накопителя до определенного уровня. При этом на каждой

Q ступени осуществляется режи.м постоянной потребляемой мощности за счет управления транзисторов преобразователя сигналом с выхода источника тока 2.

Однако эти устройства и.меют сравнительно высокие массогабаритные показате5 ли.

Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержащее источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения, однополярные входы которых соединены с одним из выходнь1х зажимов источника питания, а выходы - с в.ходами К мостовых выпоямителей, выходы которых соединены

последовательно-согласно и через датчик зарядного тока нодсоединены к обмоткам емкостного накопителя, задающий генератор, выход которого еоединен с первым входом блока .управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которого соединены с базами транзисторов транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления тра-ь зисторными преобразователями напряжения соединен с выходом блока управления ступенями, вход которого соединен с вьгходом датчика напряжения, включенного параллельно емкостному накопителю, блок управления зарядным нроцессом, вход которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход - с третьим входом блока унравления транзнсторными преобразователями напряжения. Управление зарядным нроцессом осундествляется блоком управления зарядным процессом по неизменному основному закону (например, стабилизируется ток заряда емкостного накопителя). При этом блок управления зарядным процессо.м, воздействуя на задаюгций генератор, осупгествляет стабилизацию зарядного тока емкостного накопителя, либо параметрически, либо с помощью обратной связи по току C3J.Недостаток даипого устройства состоит в том, что построение схе.мы с использованием только одной обратной связи (по зарядному току), воздействующей на б.юк управления зарядным нроцессом. нозво.:яет реализовать практически тол1Л о один режим заряда емкостного пакоп1-;тс/1я режим с постоянны.м зарядным током. Реа.ч -зацпя же других режимов заркда ( li то:-,; числе и ирименяе.мого на практике режима с ностоянн.ой нотребляемой мо:дностью) в данной схеме практически невозможна, поскольку гфи параметрическом задании ;1юбо1-о другого закона изменения тока на каждой ступени Б бл(1к управления зарядным гцюцессом необходимо пода на;; i 1-1пформапи1о о номере етупеН: (.ли ciix.: в данной схеме oreyici-vei-).

При постоянном заряд11ом токе потребляемые от источника питания ток и .-Ю цность возрастают в прон.сссе зарял.а, Длг обеспечения режима с 1остоянным .:));}., ным током на 15сем )вале заря..;; ходимо обеспечить (ынолиепие следуклце; с СЛОВИЯ

2 Р.

ср.

где Pj -мощность источника питания;

{ - средняя мощность, передаваемая

нако1н-1тель.

Таким образом, источ н-1ка питания должна быть (как минимум вдвоебольше средней мощности, передаваемой г; емкостной наконитель, что приводит к увеличению массогабаритных показателей за рядного устройства.

Це.ль и:к брете1-шя --- рас нирение функционал ьньгх воз.мож остей регулирования зарядным нроцессом и уменьшение массогабаритных показателями устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство д.чя заряда емкостного дшкопителя энергии, содержащее источник питания, К трназисторных преобразователей напряжения, однополярные входы которых соединены с одним из выходнг 1х.зажи.юв источника питания, а выходы соединены с входами К мостовых вынрямителей, выходы которых соедине;-,) носледовате.льно-еогласпо и через датчик зарядного тока подсоединены к обк.га.акйм емкостного накопителя, задаюи1ий генератор, вьгхол. которого соединен с нервым входо.м блок управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы ко;О:зого соеди 1епы i. .1и Tpatiзисторов транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторны.ми нреобразивателями наиряжеиия соединен с (ыходом блока управления ету1:еия.ми, вхо:, i-:(.)T(. соединен с выходом .датчика напряже| - Я, включенного нара..чле;ц5но емкостно:,гу накопителю, блок управления зарядны.- нроцессом, вход которого соедлнс: с выходок датчика зарядного тока, а В1-)1ход с третьим входом блока управ.;епия транзист{1рн)1ми преобразовате;;ями папряжеьн-:я. содеожит ..итчик пот)еб.;яемого тока, через ко1-орый к другому |1|-, зажиму источника питания подк.лючены другие одноноляр1 ые ipaHзнсторных преобразователей напряжения, причем вь:ход потребляемого тока соединен со вгорым вхо.дол; блока упоавлеП1 я зарядным процессол.

Кроме -ого. блок управления зарядным iip(.M.ieccoM содержит два ко -шаратс.ра, вхо. i:jroijijix со(Д -1:км;:11 с дaтчикa ;и потреб.лнемого : -арядного токов соответственно, а вь1Х(;дь; -- со вхо. амп.штудного селектора, которого соединен со входом

; :Ч;Л;.;еЛЯ НОС Г0;1:1 ПО: .;- 1;Г;и ен ки;;-;.v-иллтеля посто пл ;;-. :-..ка яьлясгся bbix:.;дом блока управлеь ия заркдным процессом

Па ч .мпеже , схема уетройства ;|,ля : 5 конителя :i;ep i:}.

Уотройстно еодер :ими. 1 О;МчЛ Оч;::НЫ-;; г|::)еобразс;в.; rejiii 2 - ,

с. - 2, .., П- Гф..

i.viHTejM 3 ;, 3 - 2,..., жеиия, MocTsiBbie выпр; 3-К, зключе;:нь е пос ледовате.пьно, ..датчик

-1- потребляемо ; . включенный в цепь чик 5 зарядного тока, источника , да подк./п-оченный г, вь-ход. .у мостовых выпрямите.ей, задающий генеи атор 6, блок 7 управт)еобоазователем наления транзисторным .

пряжения, подключен: 1ын после.зовательно к нему блок 8 упранлем ин С; пенями, емкосгn;iU накопитель 9 йкл i(.40 H-jiS между .л,ат чиком зарядного ;ока и (;;;ним из зыходоь и, 10 напрямос Ч)вых вып ямител женин на накопителе, подключенный параллельно емкостному выпрямителю, блок управления зарядным процессом, в состав которого входят два компаратора 11 и 12, амплитудный селектор 13 и усилитель 14 постоянного тока (УПТ). Такое построение схемы устройства позволяет осуществить сложный режи.м заряда емкостного накопителя, при котором (в самом общем случае) до некоторой ступени поддерживается неиз.менным зарядный ток, а затем - потребляемая мощность. Изменяя отношение времени, в течении которого поддерживается неизменным зарядный ток t-;- , к общему времени заряда t j. можно получить ряд режимов заряда, причем предельными случаями являются режим с неизменным зарядным током, когда Ifli ; 1 (режим, используемый в известном устройстве), и режим с неизменой потребляемой мощностью, когда tj/t3 0. Использование сложного режима заряда позволяет уменьшить массогабаритные показатели устройства. Для фор.мирования многоступенчатого (в нашем случае п-ступенчатого) выходного напряжения входные зажимы всех транзисторных преобразователей напряжения сое;:инены параллельно, а выходные под: Л)Счем.ы к выпрямительным мостам, котор { по выходу включены последовательно. Возбуждение преобразователей происходит от общего задающего генератор.ч 6. определяющего частоту переключения транзисторов преобразователей напряжения. При этом очередность включения транзисторных преобразователей напряжения при формировании сту.пенчатой кривой выходного напряжения определяется блоком 7 управления транзисторными преобразователями напряжения, выполняющего функции распределения сигналов задаю1цего генератора по транзисторзателям напрял ения Кроме л;;)чения очсредного тран0-;ередной ciyiitiiri задается б.-юком 8 управления ступенями но сигналу с датчика 10 напряжения в моменты достижения напряжением на емкостном накопителе заданных значений. р;, ЛЬОГО ;; управ;1екх образом. Вначале зарядного процесса и до момента времени, когда начнет формироваться ступень с номером т, потребляемые от источника мощность и ток не превышают заданной величины, определяемой уровнем опорного напряжения компаратора 11. В то же времн уровень опорного напряжения компаратора 2 устанавливается таким, что он срабатывает от сигьала обратной связи, ноступаюш. с датчика 5 зарядного тока. Этот сигнал, пропорциональный зарядному , через амплитудный селектор 13 поступает на в.ход УПТ. где усиливается, а затем подается на соответствующий преобразователь (в нащем случае 2-К) через блок 7 управления преобразователями. Следовательно, в этот про.межуток времени преобразователь 2-К, выполняющий роль токоформирующего элемента, управляется сигналом, пропорциональным зарядному току, и работает в режиме стабилизации зарядного тока. В момент tr мощность и ток в цепи источника питания достигают заданного уровня, iipn это:; срабатывает ко.мпаратор и сигнал с датчика 4 потребляемого тока через а.мплитудный селектор 13 поступает на УПТ 14, где усиливается и зате.м подается через блок 7 на преобразователь напряжения. Таким образом, начиная с момента if, когда потребляемая мощность достигает заданного значения, преобразователь 2-Д управляется сигналом, пропорциональным потребляемой мощности, и работает в режиме стабилизации потребляемой мощности. Формула изобретения 1. Устройство для заряда емкостного накопитоля энергии, содер.жащее источник пи1ания, К транзисторных преобразователей напряжения, однополярные входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, а выходы соединены с входа.ми K мостовых вьптрямителей. выходы которых соединены последовательно-согласной через датчик зарядного тока подсоединены к обкладкам емкостного накопителя, задающий генератор, выход которого согд11нен с первы.м входом блока управления транзисторными преобразовате.чями ак:). выходы которого соединены с базя-п; транзчсюров транзисторных нреоб ; - - :а:.; --;- :-: ия. а второй вход б.то-;.- у:.,;.Л;ек я гранз;1стирным11 преобразо-:ми напряжения соединен с выходом Barc.i блоы управления ступенями, вход которого датчика напряжения, соединен с выходом включенного параллелыш емкостному накоП1Т ЛЮ, блок управления зарядным процесС„ -: вход которого сосдинен с выходом дат-iivvi зарядного тока, а выход - с третьим вхо;и)м блока управления транзисторными преобразователями напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных воз.можностей регулирования арядным процессом и уменьщения массогабаритных пс.азателей устройства, оно сОлТержит датчик потребляемого тока, через который к другому выходному зажиму источника питания подключены другие однополярные входы транзисторных преобразователей напряжения, причем выход датчика потребляемого тока соединен со вторым

7

входом блока управления зарядным процессом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Кофман Д. Б. и др. Улучшение энергетических характеристик и показателей массы источников питания импульсных систем. Сб. «Электротехническая промышленность, серия «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы, вып. 1/69, 1977 (прототип).