Устройство для заряда конденсатора

Устройство для заряда конденсатора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9 554613 (22) Заявлено 261L79 (2! ) 2859779/18-21 (S1)PA. КЛ.

Н 03 К 3/53 с присоединением заявки HP (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 07,0881, Бюллетень Н9 29 Дата опубликования описания 070881 (53) УДК 621. 375,,431(088.8) (72) Авторы изобретения

Ю.И. Драбович и Н.С. Комаров

Институт электродинамики АН Украинской ССР (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДХИ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для заряда накопительных конденсаторов, находящих применение в качестве источников импульсной мощности, входящих в состав автономных источников питания бортовых систем. .Известно устройство для заряда конденсатора по основному авт.св.

9 554613, содержащее первичный источник питания, импульсный регулятор, входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и выходным конденсаторами, накопительный конденсатор и подключенный первым входом к первому выходу импульсного регулятора транзисторный конвертор, состоящий из двух транзисторов эмиттеры которых объединены и подключены к минусовой клемме источника питания, а коллекторы — к выводам первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой объединена с анодом первого разделительного диода, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам диодов, катоды которых объединены, плюсовая клемма первичного источника питания соединена с первым входом импульсного регулятора, а минусовая клемма — через резистор - co вторым входом импульсного регулятора, причем импульсный регулятор содержит устройство управления, подключенное одним входом через источник опорного напряжения к минусовой клемме первичного источника питания„ транзистор, соединенный коллектором с первым входом импульсного регулятора, а базой » с первым выходом устройства управления, дроссель, первый конец вторичной обмотки которого соединен с вторым входом

15 устройства управления, ивключенную между первым концом .его вторичной обмотки и вторым входом импульсного регулятора цепочку ив двух резисторов, точка соединения которых

20 подключена к первому концу первич" ной обмотки дросселя, второй конец которой, соединенный с эмиттером транзистора и вторым -выходом устройства управления, подключен через первый разделитезтьный диод к первому выходу импульсного регулятора, а второй конец вторичной обмотки дросселя подключен через второй разделительный диод к одной

30 из обкладок накопителЬного конден88 3784 сатора, вторая обкладка которого соединена со вторым входом импульсного регулятора (.1).

Известное устройство обеспечивает преобразование постоянного напряжения первичного источника в напряжение большей величины с выходной нагрузочной характеристикой, содержащей участки неизменного тока (начальный участок), неизменной мощности (в процессе заряда накопительного конденсатора) и неизменного напря>кения (после заряда накопительного конденсатора до требуемого номинального уровня).

Недостатком известного устройства является зависимость его максимального выходного напряжения (максимального напряжения на накопительном конденсаторе) от изменения входного напряжения устройства (от напряжения первичного источника питания).

Это обстоятельство налагает жесткие требования на стабильность напряжения первичных источников питания и, следовательно, на выбор источника питания.

Для поддержания требуемого максимального уровня выходного напряжения (напряжение на накопительном конденсаторе) в устройстве для заряда конденсатора используют высокостабильные первичные источники питания, которые имеют, как правило, большой вес и габариты, что ограничивает возможности использования таких устройств, например, в качестве автономных источников питания бортовых систем.

Уменьшение же напряжения первичного источника питания (например в результате старения или разряда) ниже номинального уровня приводит к снижению максимального напряжения на накопительном конденсаторе ниже допустимого значения, т.е. ведет к сокращению срока службы устройства в целом.

Целью изобретения является увеличение срока службы, уменьшение веса и габаритов устройства для заряда конденсатора путем уменьшения влияния изменений входного напряжения устройства на максимальный уровень его выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для заряда

f конденсатора, содержащее первичный источник питания, импульсный регулятор, входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и выходным конденсаторами, накопительный конденсатор и подключенный первым входом к первому вью ходу импульсного регулятора транзисторный конвертор, состоящий из двух транзисторов, эмиттеры ко5 !

О

t Gpt1>< объ< динс вы k< йод>< ik! t<. ны к минусовой I<>lE t4MQ источника ttk

Такое схемное решение устройства для заряда конденсатора позволя853784 ет 11о дости>кении ка накопительном конденсаторе требуемого уровня напряжения осу ествлять регулирование величины напряжения, при котором происходит рекуперация мощности, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения питания конвертора и, как следствие, стабипизация максимального уровня заряда накопительного конденсатора.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для заряда конденсатора.

Устройство для заряда конденса- ц; тора содержит устройство управления 1, первый разнязывающий диод 2, транзисторный коннертор 3, накопительный конденсатор 4, второй разнязынающий диод 5, первичный источник питания б, источник опорного напряжения 7, резисторы 8-10, транзистор 11, дроссель 12 и импу- 20 льсный регулятор 13 с выходным конденсатором 14, при этом первичный источник питания б соединен плюсовой клеммой с коллектором транзистора 11, змиттер которого соединен с выходом устройства управления 1, первый вход которого через источник опорного напряжения 7 соединен с отрицательной клеммой источника питания б, которая соединена с цепочкой резисторов 8, 9 и 10, общая точка резисторов 9 и

10 подсоединена к выводу первичной обмотки дросселя 12, другой вывод которой подсоединен к общей 35 точке эмиттера транзистора 11 и катода первого диода 2, а вторичная обмотка дросселя 12 подсоединека одним выводом к свободному выводу резистора 9, другим ныводом к катоду второго диода 5, анод которого 40 подсоединен к одной обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей точкой резисторов 8 и 10, транзисторный конвертор 3 содержит транзисторы 15 и 16, эмиттеры которых объединены, а коллекторы подключены к выводам первичной обмотки трансформатора 17, и диоды 18 и

19, подключенные анодами к вынодам вторичной обмотки трансформатора 17, второй источник опорного напряжения 20, вторую цепочку из двух резисторов 21 и 22, включенную между первичной обмоткой трансформатора 17 и минусом второго источника опорного напряжения 20, второе устройство 23 управления, выполненное в ниде широтно-импульсного модулятора, подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напряжения 20, а выходами — соответственно к базам транзисторов 15 и 16, и устройство сравнения 24, один вход которого подключен к плюсу второго источни- 65

> а опорного напряжения 20, второй к точке соединения резисторов 21 и 22, а выход — ко второму входу устройства управления 23, второй дроссель 25 включен между транзисторным конвертором 3 и первичным источником питания 6, а плюсовая клемма первичного источника питания соединена с входным конденсатором 26, другая обкладка которого соединена с общей точкой резисторов 8 и 10.

Устройство для заряда конденсатора работает следующим образом.

Устройство управления 1 вырабатывает импульсы тока, отпирающие на время накопления тракзистор 11 и запирающие его на время отдачи энергии. Накопление энергии дросселем 12 осуществляется подключением его первичной обмотки 1 через отпертый транзистор 11 к первичному источнику питания 6, а отдача энергии происходит через разделительный диод 2, первичную обмотку 1 дросселя 12, резистор 10 в выходной конденсатор 14 импульсного регулятора

13, и через второй разделительный диод 3, вторичную обмотку 1(дросселя 12, резисторы 9 и 10 — в накопительный конденсатор 4.

На начальном участке заряда накопительного конденсатора 4 ток, протекающий во время накопления энергии дросселем 12 через резистор

8, имеет незначительную величину вследствие чего падение напряжения на резисторе 8 не превышает величины напряжения источника опорного напряжения 7 и поэтому не оказывает влияния на работу устройства управления 1.

Во время отдачи энергии дросселем 12 токи, протекающие через резисторы 9 и 10, имеют значительную величину,и, следовательно, падение напряжения на последовательно соединенных резисторах 9, 10 значительно больше падения напряжения на резисторе 8.

В тот момент, когда падение напряжения на резисторах 9, 10 превысит величину напряжения источника опорного напряжения 7, во входной цепи устройства управления 1 изменяется полярность напряжения, что вызывает уменьшение длительности .отпирающих импульсов и увеличение длительности запирающих импульсов, т.е. ведет к уменьшению времени накопления и увеличению времени отдачи энергии.

Таким образом, на начальном участке заряда накопительного конденсатора 4 осуществляется стабилизация величины его зарядного тока, т.е. устройство работает в режиме постоянного тока.

853784

В процессе дальнейшего заряда накопительного конденсатора 4 происходит увеличение энергии, накопленной дросселем 12, что обусловлено возрастанием тока, потребляемого импульсным регулятором 13 от первичного источника питания 6. В то же время происходит уменьшение тока, протекающего по цепям первичной и вторичной II обмоток дросселя 12, во время отдачи энергии.

Поэтому падение напряжения на последовательно соединенных резисторах

9, 10 становится меньше падения напряжения на резисторе 8.

В тот момент, когда падение напряжения на резисторе 8 превышает величину напряжения источника опорного напряжения 7, произойдет дальнейшее уменьшение длительности отпирающих импульсов и соответственное увеличение длительности за1пирающих импульсов, вырабатываемых устройством управления 1. Величина входного тока, протекающего через транзистор 11, при этом уменьшается.

Таким образом, по мере увеличения напряжения на накопительном конденсаторе 4 ток заряда изменяется по такому закону, что величина мощ- <,. ности, отбираемой от первичного источника питания 6, поддерживается неизменной, и устройство работает в. режиме неизменной мощности.

По мере роста напряжения на накопительном конденсаторе 4 возрастает величина выходного напряжения импульсного регулятора 13, и соответственно, величина выходного напряжения транзисторного конвертора 3.

В тот момент, когда выходное напряжение транзисторного конвертора 3 превысит величину напряжения первичного источника питания 6, происходит отпирание выполненного на диодах 18, 19 двухполупериодного выпрямителя, и энергия, отбираемая импульсным регулятором 13 от источника питания б, возвращается через транзисторный конвертор 3 на вход импульсного регулятора 13. В этом случае мощность, отбираемая от источника б, расходуется лишь нз покрйтие потерь в импульсном р-.;гуляторе 13 и транзисторном кэ:.-<в=- . горе

3, следовательно, напряжен>ле:>,", выходе импульсного регулято;-:. 3 (т.ф. на входе транзисторно .":.;;<онвертора 3) поддерживается по:; †.>оянным, что обеспечивает постоя..::-:.чй максимальный уровень напряжения на накопительном конденсаторе 4, и устройство работает в режиме неизменного напряжения.

Иаксимальный уровень заряда накопительного конденсатора 4 должен быть несколько ниже его предельного уровня заряда, ограниченного возможностями первичного источника питания 6 и коэффициентом трансформации дросселя 12, и этот уровень определяется выбором величины напряжения второго источника опорного напрях<ения 20.

Второе устройство управления 23 управляет транзисторами 15, 16 конвертора 3, подавая в их цепь управления отпирар>щие импульсы, начальную длительность которых устанавливают существенно .меньше Т/2, где Т вЂ” период преобразования.

Импульсы такой длительности поступают в цепь управления транзисторов 16, 15 в процессе заряда накопительного конденсатора 4, т.е. при работе устройства в режимах постоянного тока и постоянной мощности.

При заряде накопительного конденсатора 4 до требуемого максимального уровня, напряжение на конверторе 3 достигает значения, при котором падение напряжения на резисторе 22 превышает установленное опорное напряжение источника опорного напряжения 20, что вызывает изменение полярности сигнала, поступающего на вход устройств- 23 управления с выхода устройства 24 сравнения. В результате увеличивается длительность отпирающих импульсов, формируемых устройством управления

23, причем тем больше, чем больше превышение действительного напряжения на накопительном конденсаторе

4 над требуемым максимальным уровнем.

При изменении длительности отпирающих импульсов изменяется уровень напряжения, при котором начинается рекуперация мощности, благодаря чему обеспечивается стабилизация выходного напряжения иглпульсного регулятора 13, и соответственно стабилизация максимального уровня напряжения, накопленного на конденсаторе 4. Дроссель 25 обеспечивает усреднение мощности, возвращаемой через транзисторный конвертор 3 на вход импульсного регулятора 13.

Если <е напряжение на накопительном конденсаторе 4 опускается ниже требуемого максимального уровня, тс устройство для заряда конденсатора работает в описанном ранее режиме постоянной мощности, пока конденсатор 4 не зарядится до требуемого уровня.

В случае снижения напряжения первичного источника питания 6 ниже номинального значения (например, результате старения или разряда) устройство продолжает поддерживать требуемый максимальный уровень выходного напря><ения за счет превышения предельного уровня заряда накопительного конденсатора 4 над требуемым, 853784

Формула изобретения

Составитель В. Чорба

Редактор Н. Коляда Техред И.Асталош Корректор С. Шекм р

Заказ 5695/32 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, @-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4. установленным с помощью второго источника опорного напряжения 20.

Таким образом, введение в устройство для заряда конденсатора новых элементов значительно уменьшает влияние изменений входного напряжения на максимальный уровень его выходного напряжения.

Устройство для заряда конденсатора по авт. св Р 554613, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы, уменьшения веса и габаритов устройства, в него введены второй источник опорного напряжения, подключенный минусом к точке соединения эмиттеров транзисторов конвертора, вторая цепочка из двух резисторов, включенная ме>хду средней точкой первичной обмотки трансформатора транзисторного конвертора и минусом второго источника опорного напряжения, второе устройство управления, подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напряжения, а выходами — соответственно к базам транзисторов конвертора, устройство сравнения, один вход которого подключен к плюсу второго источника опорного напряжения, другой — к точке соединения резисторов второй цепочки, а выход — ко второму входу второго устройства управления, и второй дроссель, включенный между объединенными катодами диодов и плюсовой клеммой источника питания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Щ 1. Авторское свидетельство СССР

Р 554613, кл. Н 03 К 4/50, 1977.