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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЭНЕРГИИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания высокоинтенсивных источников света для накачки лазеров и других устройст-. вах, в которых используется накопление энергии в конденсаторах. Известны устройства для заряда емкостных накопителей энергии, в которых высокие технико-экономические показатели достигаются за счет амплитудно-импульсной модуляции выходного напряжения. Известно устройство, состоящее из трансформатора, транзисторных ключей и выпря мителей, в которомамплитудно импульсная модуляция выходного напряжения осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора при переключении источника питания на разные отводы трансформатора 1. Известно так-же устройство, в которого трансформатор преобразователя выполнен с несколькими вторичными обмотками, каждая из которых нагружена на выпрямитель,причем эти выпрямители через транзисторные ключи соединены flo выходу последовательно. Амплитудно-импульсная модуляция выходного напряжения устройства осуществляется последовательным замыканием транзисторных ключей, подключающих соответствующий выпрямитель к зарядному контуру. Сигнал на включение транзисторов подается с соответствующего компаратора при достижении определенного уровня напряжения на емкостном накопителе. Ограничение зарядного тока осуществляется за счет того, что транзисторы преобразователя работают в активном режиме 2. Недостатком этих устройств является то, что формирование последующей ступени выходного напряжения осуществляется лишь по сигналу, пропорциональному напряжению на емкостном накопителе. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для заряда .емкостного накопителя энергии, содержащее источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения, входы которых соединены с выходными зажимами источника питания, а выходы - со входами К мостовых выпрямителей, выходы которых соединены последовательно-согласно и через датчик зарядного тока подсоединены к обкладкам емкостного накопителя, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которого соединены с базами транзисторов транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторными преобразователями напряжения соединен с выходом блока управления ступенями, вход которого соединен с выходом порогового элемента, блок управления зарядным процессом, вход которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход - с третьим входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения 3. Однако это устройство обладает недостатком указанным выше. Блок управления ступенями в этом устройстве должен иметь при наличии К ступеней выходного напряжения К пороговых элементов, что приводит (при большом количестве ступеней) к усложнению схе.мы блока управления ступенями). Кроме того, напряжение на емкостном накопителе может отличаться от напряжения на выходе зарядного устройства, при этом разность между выходным напряжением устройства и напряжением на емкостном накопителе возрастает в процессе заряда, что приводит к нарушению работоспособности устройства при транзисторном токоограни -чении в цепи зарядного контура - к пробою токоограничиваюш.ег.о транзистора, при токоограничении с помощью транзисторов одного из преобразователей - к выходу токостабилизирующего преобразователя из режима стабилизации зарядного тока). Если КПД устройства определять только по потерям в токоограничивающих элементах, то наивысший КПД обеспечивается при равенстве ступеней выходного напряжения и при условии, что последующая ступень выходного напряжения формируется в момент времени, когда разность между выходным напряжением устройства и напряжением на емкостнЪм накопителе становится равной нулю. Цель изобретения - упрощение устройства и повыщение КПД. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для заряда емкостного накопителя энергии, содержащем источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения,, входы которых соединены с выходными зажимами источника питания, а выходы - со входами К мостовых выпрямителей, выходы .которых соединены последовательно-согласно и через датчик зарядного тока подсоединен к обкладкам емкостного накопителя, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы, которого соединены с базами транзисторов транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторными преобразователями напряжения соединен с выходом блока управления ступенями, вход которого соединен с выходом порогового элемента, блок управления зарядным процессом, вход которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход - с третьим входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, входы порогового элемента соединены с коллекторами транзисторов К-го транзисторного преобразователя напряжения. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для заряда накопителя энергии; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжения на выходе устройства (а), напряжения на емкостном накопителе (б), напряжения коллектор-эмиттер транзисторов К-го преобразователя, (в, 5). Устройство содержит источник 1 питания, подключенные к нему К транзисторных преобразователей напряжения 2-1, 2-2, 2-К, К мостовых выпрямителей 3-1, 3-2,. 3-К, включенных последовательно-согласно емкостной накопитель 4 и датчик 5 зарядного тока 5, подключенные к выводам мостовых выпрямителей 3-1, 3-1,...,3-К последовательно, блок 6 управления транзисторными преобразователями напряжения и задающий генератор 7, соединенные последовательно пороговый элемент 8, блок 9 управ t f ления зарядным процессом и блок 10 управления ступенями, подсоединенные к блоку б управления транзисторным преобразователем напряжения. Устройство работает следующим образом. После разряда емкостного накопителя 4 (момент t в, фиг. 2) напряжение на выходе устройства в течение некоторого времени отстутвует, затем в момент времени 11 начинают работать транзисторные преобразователи напряжения, 2-1, 2-2,..., 2-К обеспечивающие режим стабилизации зарядного тока, и на выходе устройства появляется напряжениеUeHX.CT./ ле 1/внхсг максимальное значение напряжения на выходе устройства; Mj -количество ступеней выходного напряжения. Емкостный накопитель 4 начинает заряжаться. Блок 9 управления зарядным процессом обеспечивает режим стабилизации зарядного тока, при котором напряжение на емкостном накопителе 4 возрастает линейно. В момент времени ta когда разность между выходным напряжением устройства и напряжением на емкостном накопителе 4 равна нулю (Lre,), напряжение UK одного из транзисторов К-го преобразователя, который работает постоянно в течении времени формирования всех ступеней выходного напряжения, становится равным нулю и пороговый элемент 8 выдает сигнал блоку 10 управления Ступенями на формирование второй ступени выходного напряжения. Процессы повторяются на все более нарастающих значениях напряжения Uc на емкостном накопителе 4 и напряжения на выходе устройства. Однако каждая последующая ступень выходного напряжения устройства формируется при достижении нуля разностью между выходным напряжением устройства и напряжением на емкостном накопителе 4. Предлагаемое устройство имеет всего один пороговый элемент, срабатывающий при достижении нуля напряжением на одном из входов, что приводит к значительному сокращению аппаратурных затрат, упрощению устройства и повышению его КПД. Формула изобретения Устройство для заряда емкостного накопителя энергии содержащее источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения, входы которых соединены с выходными зажимами источника питания, а выходы соединены со входами К мостовых выпрямителей, выходы которых соединены последовательно-согласно и через датчик зарядного тока подсоединены к обкладкам емкостного накЬпителя, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока, управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которого соединены с базами транзисторов транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторными преобразователями напряжения соединен с выходом блока управления ступенями вход которого соединен с выходом порогового элемента, блок управления зарядным процессом,вход которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход - с третьим входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, отличающееся тем, что,, с целью упрощения устройства и повыщения КПД, входы порогового элемента соединены с коллекторами транзисторов К-го транзисторного преобразователя напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3706022, кл. 320-1, 1970. 2.Патент США № 3750005, кл. 321 - 18, 1971. 3.Кофман Д. Б. и др. Улучшение энергетических характеристик и показателей массы источников питания импульсных систем. Сб. статей «Электротехническая промыщленность, серия «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы, вып. 1/69, 1977 (прототип).

Bdixmax

V,

КЭ1

/

t,

tz

tz

VKSZ

to

(.2