Способ импульсного преобразования постоянного напряжения

Способ импульсного преобразования постоянного напряжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИВ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЗЬСТВУ

Союз Советских .Социапистических

Республик и> 875556 (5%)М. Кл. (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 19.04.79 (21) 2754801/24-07 с присоединением заявки йе—

Н 02 М 3/125

Гооудврстееиный комитвт

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет— (53) АК 621.314... 12 (088.8) Опубликовано 23..10.81. Бюллетень йе 39

Дата опубликования описания 25. 10.81 (72) Авторы изобретения

Ю. Б. Несвижский, С. В. Павлов и В. A.

Ленинградский электротехнический институ имени проф. М,А. Бонч-Бруевича (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть применено. для получения импульсов напряжения с регулируемой амплитудой в импульсных преобразователях, которые могут являться, например, составной частью регулируемых источников высокого напряжения.

Известны способы импульсного преобразования, реализованные в. устройствах (1j и 12).

Наиболее близким к изобретению является способ импульсного преобразования постоянного напряжения путем резонансного. разряда накопительного конденсатора и периодического подключения его к цепи нагрузки 13) .

В известных способах преобразования резонансный заряд конденсатора производится через основной тиристор, который запирается при достижении максимального значения напряжения на кояпенсаторе, практически равного удвоенному значению входного яапря2 жения. Указанное значение напряжения на конденсаторе сохраняется до момента подключения его к цепи нагрузки.

При подключении конденсатора к нагрузке с помощью дополнительного тиристора производится его разряд.

При этом в цепи нагрузки образуется импульс тока (напряжения), амплитуда которого пропорциональна указанному вьппе максимальному значению напряжения на накопительном кондеяса» торе.

Недостатком известных способов является отсутствие возможности регулировки амплитуды выходных импульсов, поскольку разряд накопительно- .. го конденсатора .производится всегда при одном и том же напряжении яа нем, независимо от частоты его коммутации.

Кроме того, регулировка выходного напряжения в известных способах возможна лишь в случае дополнительного преобразования получаемых импульсов в постоянное напряжение, например путем выпрямления и фильтрации. При этом регулировка среднего значения выходного напряжения при конечной фиксированной нагрузке производит. ся путем изменения частоты коммутации основного и дополнительного тиристоров, т.е. изменением скважности следования импульсов тока при неизменной их амплитуде. Однако при нагрузке, близкой. к режиму холостого хода, выходное напряжение в известных устройствах также практически не регулируется путем изменения скважности импульсов, поскольку конденсаторы фильтра выпрямителя заряжаются до амплитудного значения импульсного напряжения, которое остается неизменным. Это ограничивает область применения таких устройств.

Цель изобретения — расширение области применения за счет обеспечения воэможности регулирования амплитуды выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе импульсного преобразо. вания постоянного напряжения путем резонансного заряда накопительного конденсатора и периодического подключения его к цепи нагрузки с регулируемой частотой коммутации, указанное подключение накопительного конденсатора осуществляют после прохождения напряжения на нем через максимальное значение, а изменение амплитуды выходных импульсов производят путем изменения частоты($) коммутации накопительного конденсатора на нагрузку в пределах от P до 2 ., где F — частота собственных колебаний резонансной зарядной цепи.

Отличительные особенности данного способа заключаются в том, что после резонансного заряда накопительного конденсатора до максимального значения напряжения производят его резонансный перезаряд. В процессе указанного перезаряда конденсатора после прохождения напряжения на нем через максимальное значение осуществляют периодическое подключение его к цепи нагрузки. При этом изменение амплитуды выходных импульсов производят . путем изменения уровня напряжения 0 на накопительном конденсаторе в мо. мент подключения к цепи нагрузки, что достигается изменением частоты коммутации накопительного конденсато:ра при постоянстве частоты F собствен

875556 4 ных колебаний резонансной зарядной цепи. Таким образом, подключая нагрузку к конденсатору в момент време-. ни, соответствующие различным значениям напряжения 0 на конденсаторе (,от минимального до максимального) регулируют в широких пределах ампли1 туду выходных импульсов, поскольку последние пропорционапьны указанно о .му напряжению Uc,. При этом наибольший диапазон регулирования амплитуды импульсов при минимальном диапазоне изменения частоты f коммутации полу-. чают в том случае, если частоту 1 изменяют в предепах от Г до 2F.

В указанном диапазоне изменения частоты коммутации одновременно с ростом частоты увеличивается амплитуда импульсов.

На фиг,1 и 2 приведены два варианта схем импульсных преобразователей, в которых реализуется предлагаемый способ на фиг.3-8 изображены временные диаграммы напряжений и токов в приведенных схемах, поясняющие процессы преобразования и регулирования амплитуды выходных импульсов при осуществлении способа импульсного преобразования (на фиг.3-5 при Г<

2F; на фиг.6-8 при 5„=2Р .

Импульсный преобразователь, реализунлгчй способ, содержит дроссель

1, конденсатор 2, трансформатор 3, тиристор 4, нагрузку 5 и генератор

6 управляющих .импульсов.

В исходном состоянии тиристор 4 закрыт и при подаче напряжения Е (питания) производится резонансный заряд конденсатора, в процессе которого напряжение на,нем колебательно достигает

4О значения Е, В

При. подаче, импульса управления

U от генератора 6 на тиристор 4, последний открывается и конденсатор

2 подключается к цепи нагрузки.

4S При этом в результате разряда конденсатора через тиристор и первичную обмотку трансформатора 3 в последнем образуется импульс тока 1 „ (фиг.5) с амплитудой, пропорциональsO ной напряжению Ц =Е.

При уменьшении разрядного тока 1. конденсатора до величины, меньшей тока удержания тиристора, последний закрывается (момент времени 4 на фиг.З) и начинается резонансный заряд конденсатора 2 через дроссель

1 при отрицательном начальном напряжении на конденсаторе 0 = -Е,. После.

875556

5 прохождения максимального,значейия напряжения Ug ><<, которое может .превышать удвоенное значение напряжения .Е .источника, из-за наличия указанного начального отрицательного напряжения, происходит резонансный перезаряд конденсатора и при достижении минимального значения 0 „„(момент времени

-Ь на фиг. 3) йроизводится подключение 10 конденсатора 2 к цепи нагрузки путем

:открывания тиристора импульсом уп равления от генератора б. При этом в результате разряда конденсатора в цепи нагрузки образуется импульс тока 1 (фиг.5) с минимальной

Тмлн амплитудой, пропорциональной величи"е Ос мин.

После разряда конденсатора и запирания тиристора начинается новый цикл резонансного заряда конденсатора при начально 1 напряжении, равном

Uc =-Осмин.

Таким образом, при периодическ6й коммутации конденсатора 2 с частотой

,.равной частоте F собственных колебаний зарядной цепи, получают . выходные импульсы с минимальной амплитудой и периодом следования

При увеличении частоты коммутации накопительного конденсатора 2 подключение конденсатора к нагрузке и его разряду будет происходить при больших значениях напряжения на конденса, торе и, следовательно, будет возрас- з тать амплитуда импульсов тока 1 .и, соответственно, выходных импульсов напряжения на нагрузке.

Кроме того, вследствие изменений начальных условий рез6нансного заря- 40 да конденсатора (в данном случае увеличения отрицательного напряжения. на нем в результате перезаряда, через обмотку трансформатора 3), максимальное значение напряжейияОс щ11 Иа 45 нем также будет возрастать (фиг)6) и при частоте коммутирующих импульсов (фиг.7) f =2Г(т.е. при подключении конденсатора к.цепи нагрузки в мо-. мент времени, близкие к моменту йрохождения напряжения на нем через,максимальное значение ) оно достигает максимально возможного значения, которое в зависимости от параметров схемы может значительно превышать удвоенное напряжение источника питания((1сдщксI2E). Вследствие этого амплитуда импульсов тока 1-р(фиг.,8) также резко возрастает и достигает мак. симального значения, пропорционально-, го(1 „, . Благодаря этому обеспечиС МО1<С вается широкий диапазон регулировки амплитуды выходных импульсов при изменении частоты коммутации в пределах F < Е %2 F.

Преимуществом предлагаемого способа преобразования является расширение диапазона регулирования среднего значения выпрямленного напряжения и выходной мощности в случае подключения импульсного преобразователя к нагрузке через выпрямитель и работ на нагрузку в режиме, близком к рвкиму холостого хода, Кроме того, формирование выходных импульсов при использовании резонансного заряда конденсатора и подключении к нагрузке во время его резонансного перезаряда позволяет существенно повысить КПД преобразователя, Предлагаемый способ импульсного преобразования целесообразно использонйть при получении регулирования постоянного напряжения в устройствах высоковольтной техники, например в устройствах для высоковольтной тренировки электровакуумных приборов при их производстве и эксплуатации, в устройствах для испытания электрической изоляции и т.д.

Формула изобретения

Способ импульсного преобразования постоянного напряжения путем резо нансного заряда накопительного конденсатора и периодическогб подключения его к цепи нагрузки с регулируемой частотой коммутации, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения области применения за счет обеспечения возможности регулирования амплитуды выходных импульсов, упомянутое подключение накопительного конденсатора осуществляют после прохождения напряжения на нем через максимальное значение, а изменение амплитуды выходных импульсов производят.путем изменения частоты коммутации накопительного конденсатора на нагрузку в.пределах от Г до 2 F, где

F-,÷àñòîòà собственных колебаний резонансной зарядной цепи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Ф 3543130, кл. 321-2 °

1.970.

2. Патент Нидерландов Ф126873, кл. 92 р, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

H 02 M 3/135, 1977.