Способ регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения

(5 Н Н 02 М 31 ПИ НА А,Сахароврот ехн ич епроф . ельство СССР4, 1974,ьство СССР35, 1977,30,ьство СССР 135 г 1981ВАНИЯ ВЫХОД ОГО ПРЕОБАПРЯЖЕНИЯю (.С-цепь эаГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ(54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГОвключакщего резонансную ряда, при котором изменяют соотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения независимости регулировки амплитуды и периода следования выходных импульсов, устанавливают заданное значение периода следования выходных импульсов и для достижения требуемого значения амплитуды выходных импульсов иэменяют указанное соотношение в преде- Я лах от 0,5 до 1 путем регулирования значений параметров реактивных элементов цепи заряда.Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для получения импульсов с регулируемсй амплитудой в импульсныхпреобразователях, которые могут являться, например, составной частью 5регулируемых источников высокого напряжения,Известны способы регулированиявыходного напряжения импульсногопреобразователя постоянного напряжения, согласно которым периодическипроизводят резонансный заряд накопительного конденсатора до максимального значения, равного удвоенномузначению входного постоянного напряжения, и последующий раэряД его приподключении к цепи нагрузки. Регулировку среднего значения выходногонапряжения при фиксированной нагрузкепроизводят путем изменения частотыкоммутации накопительного конденсатора при однем и том же максимальномзначении напряжения на нем, т.е,изменением скважности следованияимпульсов при неизменной ихамплитуде 1 1 - 3Недостатком известных способов является невозможность регулированиявыходного напряжения при изменениинагрузки в широких пределах вплотьдо режима холостого хода или емкост- З 0ной нагрузке, поскольку конденсаторы фильтра выпрямителя заряжаются доамплитудного значения импульсногонапряжения, которое, как указывалось,остается неиэменн м. 35Наиболее близким к изобретениюявляется способ регулирования выхоДного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения,включакщего резонансную ,С-цепь заряда, при котором изменяют соотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотойподключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемойдлительности выходного импульса. Вэтом способе регулирование амплитуды выходных импульсов производят путем изменения частоты коммутации накопительного конденсатора на нагрузку в пределах от Р до 2 Г при постоянной частоте Го собственных колебаний резонансной зарядной цепи 4 3.Однако при этом с изменением выходного напряжения изменяется частота следования выходных импульсов,что ограничивает возможности использования способа.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей 60путем обеспечения независимости регулировки амплитуды и периода следования выходных импульсов.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регулиро- у вания выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения, включающему резонанснуюЬС-цепь заряда, при котором изменяютсоотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи эаояда накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора кцепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса, устанавливают заданное значениепериода следования выходных импульсов и для достижения требуемого значения амплитуды выходных импульсовизменяют укаэанное соотношение впределах от 0,5 до 1 путем регулирования значений параметров реактивныхэлементов цепи заряда.Сущность предлагаемого способазаключается в следующем,В связи с тем, что зарядная цепьнакопительного конденсатора являетсярезонансной с частотой Р собственныхколебаний, то мгновенное значениенапряжения на нем изменяется по гармоническому закону с периодом, определяемым параметрами резонансной зарядной цепи,При неизменных параметрах зарядной цепи и постоянной частоте Г коммутации накопительного конденсатора,его разряд происходит при одинаковыхзначениях мгновенного напряжения нанем и выходное напряжение остаетсянеизменным, Регулирование выходногонапряжения в таком преобразователеосуществляется путем изменения соотношения между частотой собственныхколебаний резонансной цепи заряданакопительного конденсатора и частотой подключения его к цепи нагрузки, те, путем разряда конденсатора при разных мгновенных значениях напряжения на нем.Указанное регулирование осуществляют путем изменения частоты Р собственных колебаний зарядной цепи принеизменной частоте Г коммутации накопительного конденсатора на нагрузку, изменяя параметры реактивныхэлементов зарядной цепи, напримериндуктивность зарядного дросселя.При этом наибольшие пределы изменения амплитуды выходных импульсовпри минимальном диапазоне изменениячастоты Р получают в том случае,если соотношение Р и к изменяют впределах от 0,5 до 1,На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа импульс-ного преобразования; на фиг. 2 - вре.менные диаграммы напряжений и токов,поясняющие процессы преобразованияи регулирования амплитуды выходныхимпульсов при осуществлении способа.Импульсный преобразователь содержит дроссель 1 и накопительныйконденсатор 2, выполненные с возмож 1069089. ностью регулировки и соединенныепоследовательно, параллельно конденсатору 2 подсоединены последовательно включенные тиристор 3 и первичная обмотка трансформатора 4, к вторичной обмотке которого подсоединена нагрузка 5. К входу тиристора 3подключен выход генератора 6.Преобразователь работает следующим образом,В исходном состоянии тиристор 3 10закрыт и при подаче напряжения питания Е производится резонансный заряд конденсатора через дроссель 1,в процессе которого напряжение нанем колебательно достигает эначения Е (фиг, 2 а) .При подаче импульса. управления 0(фиг. 2 б) от генератора 6 на тиристор 3, последний открывается, конденсатор 2 подключается к цепи нагрузки,и разряжается через тиристори первичную обмотку трансформатора 4.При этом в последнем образуется импульс тока 1 (фиг. 2 в и д) с амплитудой, пропорциональной напряжениюс= ЕфПри уменьшении разрядного токаконденсатора до величины, меньшейтока удержания тиристора, последнийзакрывается (момент временифиг. 2 а) и начинается резонансный З 0заряд конденсатора при отрицательном начальном напряжении на конденсаторе Ос:-Е, так как в процессеразряда происходит его переразрядчерез индуктивность первичной обмотки трансформатора 4,При прохождении максимальногозначения напряжения на конденсаторе 2, которое может превышать удвоенное значение напряжения Е источника из-эа наличия укаэанного начального отрицательного напряжения, происходит резонансный переразряд конденсатора через дроссель, напряжение на нем уменьшается и при достиженин максимального значения напряжения О мдс (момент времени 6,фиг. 2 а) производится подключениеконденсатора 2 к цепи нагрузки путемоткрывания тиристора 3 импульсомуправления от генератора 6. При этом,в результате разряда конденсатора 2 .в цепи нагрузки образуется импульстока 1 (фиг. 2 в) с минимальнойтминамплитудой пропорционально величинеУ , (фиг. 2 а), После разряда кондейсатора 2 и запирания тиристора 3начинается новый цикл формирова ниявыходного импульса. Таким образом, при периодической 60 коммутации конденсатора 2 с частотой Гк, равной частоте Г собственных колебаний резонансной зарядной цепи, состоящей иэ последовательно соединеннйх дросселя 1 и конденсато ра 2, получают выходные импульсь 1 сминимальной амплитудой и периодомследования Г: Г,При уменьшении частоты Г собственных колебаний резонансной заряднойцепи путем изменения ее параметров(увеличение индуктивности дросселя 1или емкости конденсатора 2) подключение конденсатора к нагрузке и егоразряд происходят при больших значениях напряжения на конденсаторе,так как частота коммутации остаетсяпостоянной, и, следовательно, возрастает амплитуда импульсов тока и, соответственно, выходных импульсов напряжения на нагрузке 5,Кроме того, вследствие измененийначальных условий резонансного заряда конденсатора 2 (увеличения отрицательного напряжения на нем в результате перезаряда), максимальное значение напряжениямина нем такжевозрастает (фиг. 2 г) и при частотесобственных колебаний зарядной цепи0,5 Г, т.е. при подключенииконденсатора 2 к цепи нагрузки 5 вмоменты времени, близкие к моментупрохождения напряжения на нем черезмаксимальное значение, оно достигаетмаксимально возможного значения,значительно превышающего удвоенноенапряжение источника питания(О 2 Е)Вследствие этого амплитудаимпульсов тока 1 (фиг. 2 д) такжерезко возрастает и достигает максимального значения, пропорционального0 , Ввиду этого обеспечиваетсяшйрокий диапазон регулировки амплитуды выходных импульсов при изменении частоты собственных колебанийрезонансной зарядной цепи в пределах О, 5 ГГГ . При этом частота Гследованйя выходных импульсов остается неизменной.Наиболее выгодно производить коммутацию конденсатора во время егорезонансного перезаряда (разряда надроссель через источник питания),т.е, после прохождения мгновенногозначения напряжения на конденсаторечерез максимальное значениеПриэтом соотношение частоты Г собственных колебаний зарядной цепи и частоты Г коммутации конденсатора лежитв пределах Г/Гр 0,5 - 1.Если Г(Г(0,5, то коммутация конденсатора йроисходит во время заряданакопительного конденсатора, постоянная составляющая тока, потребляемого от источника питания, резковозрастает беэ заметного увеличениявыходного напряжения и КПД преобразователя падает. Кроме того, при коммутации конденсатора с помощью тиристорных ключей затрудняется надежное запирание их в моменты коммутации, особенно при воздействии электромагнитных помех.1.069089 При соотношении частот /Г,) 1 умен шается диапазон регулирования выходного напряжения, который определяется отношением максимального и минимального значений напряжения на конденсаторе. Так как реальная цепь заряда Конденсатора имеет, как правилО активные потери, то при коммутации конденсатора с частотой Р( Г , т.е. фактически после первого периода его переэаряда, отношение предельньи значений напряжения на конденс: - : - торе уменьшается вследствие затуха ния процесса колебательного заряда накопительного конденсатора,Таким образом, наиболее целесообразной является коммутация конденсатора при соотношении частот ГУГ: О,Ь - 1.Таким образом, предлагаемый способ импульсного преобразования посф Ъ,ТОЛП:ГО ЗВПРЯжЕНИЯ ПОЗВОЛЯЕТ ПОЛУ - 111 ть я 11 хоцн 11 е импульсы с регулируе сй амплитудой в широком диапазоне тт а;1 (, "." Яа ."1 уз(зв плОть до р сажи ма х(у 1 тс 1. О х 1;ва бзз изменения ча 1 ОТЬ 1 111, ЯЕПОВННИЯ пп - н Яааемый .и Особ импульсного 11 реоб 1 азова 11 НЯ целесообразно исполь :- -взь при получении регулируемого .1 остоя 11 ИО"О на 1 ряжения в устройствах вьсо(овольтной техни 1(и, например, встройствах для высоковольтной тренировки злектоовакумных приборов 1 р и 11 х Г р О и 3 з Од с т В е и з 1( с и л у а т а ц и ив устройствах для испытания злектричесхзй изоляции и т,п., а также ис- ПОЛЬ 3 ОВаТЬ ДЛЯ ГЕНСОИЭОВННИЯ МО 11 НЫХ упразпь 1 ющ 111 импу 11 ьсов разли 1 ных уст- ГОЙств импУльсной и пдеобРазОВатель -