Устройство для заряда емкостногонакопителя энергии

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 813723(22) Заявлено 02.03.79 (21) 2733409/18-21с присоединением заявки Ле -(51) М. Кл. Н 03 К 3/53 Гооударствеииый комитет ло делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения осковский институт электронной технйки) Заявит 54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО НАКОПИТЕЛЯ ЗНЕРГИИ1Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания высокоинтенсивных источников света, применяемых в светосигнальной и осветительной аппаратуре, для 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 осу шествляется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора преобразователя при переключении источника питания на разные отводы трансформатора 11.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 соответствуюшего выпрямителя к зарядному контуру. Сигнал на включение транзисторов подается с соответствующего компаратора при заряде емкостного накопителя до определенного уровня. При этом на каждой ступени осуществляется режим постоянной потребляемой мошности за счет управления транзисторов преобразователя сигналом с выхода источника тока 12.Однако эти устройства имеют сравнительно высокие массогабаритные показате ли.Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержашее источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения, одно- полярные входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, а выходы - с входами К мостовых выпоямителей, выходы которых соединеныпоследовательно-согласно и через Лат ик зарядного тока подсоединены к обмоткам емкостного накопителя, задющий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения. выходы ко- в торого соединены с базами транзисторов транзисторных преобразователей;)2)ряже- ИР)я, а Второй 3 ход Олока уппавлеци 1 рацзисторными преобразователями напряжения соединен с выходом блока управлеция ступенями, вход которого соединен с выходом датчика цапряжсния, вкл)очецного параллельно емкостцому накоцителк), 6ок управления зарядным процессом, Б.(од которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход - с третьим входом блока(:) уцраВ,1 сниЯ тра нз)стОрцыГ)и цреоб раз(32- ТСЛЯМИ Цап РЯЖСгцИ Я, ) П)ав.)СНИ( 32 Р 5 ДНЫМ процессом осуществляетс блоком уцранления зарядным процессом по неизменному ОСНОВНОМУ ЗсКОЦч (На 1 ИМСР, СТБОР)ЛИЗИ- руется ток заря 32 смкосгного накопителя) )Г) При этом олок управления зарядны(м процессом, воздействуя ца задающий геера Гор, осу)цсствляет стабилизацию зарядного тока емкостного накоцителя, либо парамстрически, либо с помощью обратной связи цо току 33.3-)СДОСтс)тОК ДаЦЦОГО УСтРОйСГБН СК)Стон(Г в том, чго построение схемы с исц(г ьзона нием только од)гой обратной связи С)ц) за - рядно му току), воздействующей ца блок уцра В;1(.3 И 51 Зарядным цроцРссО.". 1)с)ЗБОляет реализовать практически только один зв режим заряда емкостцого цакоп.тел( рс.ЖИМ С НОС 05)ЦРЬ)Х):32 Ргг),гТЦ)г):( Тг)КОМ. 1)С;.Ли Запн ЖЕ ЛРМГИХ РежИМОБ 32 РЯ,(а ( Б ГО)г Ч И СЛ С И Ц 1 И Р О КО П Р Р М (. Н 5 С М 0 ГО Н а Ц Р а К 1 И К С режима с остоянцой Потребляемой моц, - цостьн в Данной схеме црактичсски ненозМОЖНс 1, 10 СКОЛЬКг 1 Р)1 ЦаРс1 СТРИ(1(.С КО)1 Зс ДБНИИ ЛК)ООГО ДРМГОГО Зс)КОЦН ИМРЦЕЦИ 51 ТОК 1 На Кс 1 ЖЛОИ СТМПСНИ В 6 ЛОК МГ)раБЛСНИ за 5 лцым ц Оцсссом цсобход:.мо цо(ьа,)НСорс)ц)НО 0 НОМРр(Г (,:);Ч: )(г) (. Н В Д 2131 гС)й СХСГС С С)ТЛ)С, С" ) .ПРИ ЦОС 1 051 НЦО)1 ЗсгРЯЛЦОМ ТОКР ЦОТРС 6 ЛЯЕМЫЕ От ИСтОЧНИК 2 Цитцнц ТОК И МОгп НОСТЬ БО)ра( 1 а 01 В цроц ССС Зс)рЛа.,1 ООС.СНЕС)ЕНИ 51 рСЖР 3 Мс( С ОСТС3)ЫМ 31(,1 ным )оком ца Бссх: 3)цтс;)па,с зар (ХОДИМО ООССПСЧптЬ щгШОЛНСНИС С)С.)М(,.(е.: УСЛОВИ 51- " сср.)ГДР Тг) - МО(ццОСТЬ ИСТОЧНИКа НИТс) И1 - Ср(гСця )ОццгСПсрг С )Бас ,РакОНРтель.Таким образом, моцшкть истин:Ика питания Должна быть (как минимум) Вдв(.больше средней мо)3 цс)ст)3. Передаваемой емкостцой накопитель, что приводик увс с ИЧСЦИЮ Мс 1 ССОГс 10 с 1 РИТНЫХ ПОК 232 ТРЛСй .гс 1 РЯДНОГО УСТРОЙСТБс).) )сг), изобретения - расширение функиииальцых возможностей рег;лирования заря,щым процессом и умецьшсцис массоабаритцых показателей устройства.УКБЗс(нцаЯ ЦСЛЬ ДОСтИГастСЯ тЕМ, ЧтО УСтРойгсТБО,Л 5 ЗН РЯДН С 51 КОСТНОГО фаКОГ)ИТЕ.Гя энергии, со;)ержащее источник питания, К трцазисторных преобразователей напряжения, однополярные вхо,)ь которых соединены с одним из выходных зажимов источника пита)ия, а вь(ходы соединень( с Входами К мостовых выпрямите,Сй, выходы которых соедццсц)г) посл едоваельно-согласно и чс- Р С.3 Да 3 И 1( Зс РЯДНО 0 ТОКа ОДСОЕДИ Н(.и Ъ К Обкладкс с)мкОстнОГО накопите;)51, Задаюц)ий Генератор, вы)(од которого соединен первым входом блок управления транзистор),ыми црсобразова)слями напряг,;ения, вы- ХОЛЫ КО. рого СОЕЛИ НЕНЫ 62 сг и Тра)1-С т О ) Р Бр 2И С Г О р ц Ы Х ц рг С Ог гб) 0 2 3 (Б 2 ) (г Л Е й ца ржеция, а второй вход блока управлеН И 5 Гра НЗИСТОр НЬ) МН цреоог)2 Зсгв 2 ТСЛЯМИ На цряжени соединен ( )ых дГ( 6.Ока уцрав- ЛСЦИ СГУЦСЦ)М)3, ВХО(, КОТ( Ю;0 СОСДИНЕН Выходом Латника на ПРскг ц ИЯ гР) юч( нного паРаллельно е(кост)30 У нико)Р)телюг блок ) ПРавлени ЗаРЯЛЦ)г)М Ц 0(ТЕССОГгг ВХОД тОРС)ГО СОЕДЦЦС: С Б)г(Х(.,): ДатЧИКа ЗаРЯД- цо)0 тока, а Быхо; с гретьим Входом блока М р а Б( (Г ц И Я Тр с 13:) СТр и ЫИ П р Р 0 О р с( 3 0 Б 2 - ТСЛ 5,)г )с 3 П).ягР(СНП СОДЕГкнт ЛВТЧИК 1)О- греблясмого тока, чер=з корый к другому НЬ)ХОДЦО,)У зажнг 1 М Р)(.ТОЧНИКс. Г)ИТ 21 ИЯ ПОД. К 1 К)-)Е)Ы (ГРГ:,)Е О, ЦОЦО,.ГЯОЫС БХО(Ы )РННЗПСТО )НЫХ ).(ре 06(г:ЗГ(ЗсГ(ГСИ На(рЖСНИя, ПРИ)(М ВЬ:.г;О 1. ЛВТЧ)Кг г)ТОРО.1512)10 ГО ГОКа (:Осли).ец со Б" срым хо.Ом блока уп:)авлсцц зарядным процес.ом.,о)с ого, блок уира.(Г)еия зарядным а(ЦСССО) СОДЕРЖИТ Два КОМгаР 2 ОРа, ВХО(Ы КЗЦ)г.Х ()С). " ДЗТ(ИКБХ;И ПОТРЕО ,)(. О20 )130) О ( )1(ОБ (.ООТБЕТСТБЕН)30.3 Б 1 Х ,г. НХО (Гг)И 2 ХГ: (ИТ,(НОО (Е ("К)2, БЫ ХО."С КОТОРОГ(; "ОР.1 ИЦС)3 (,0 ВХОДОГ. 1,ТСЛ( )0(Г)5)(.( ( .,Гсг НЬ.(я: " .5 ц: ).) ДОМ ООКС) ) ц)БЛ("Г(Г)1 32 Ь)ЫГ П, ОцСГ".СО)1жения 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).5Такое построение схемы устройства позволяет осуществить сложный режим заряда емкостного накопителя, при котором (в самом общем случае) до некоторой ступени поддерживается неизменным зарядный ток, а затем - потребляемая мощность. Изме О няя отношение времени, в течении которого поддерживается неизменным зарядный токк общему времени заряла 1 з. можно получить рял режимов заряда, причем предельными случаями являются режим с неизменным зарядным током, когда 11,- = 1 (режим, используемый в известном устройстве), и режим с неизменой потребляемой мощностью, когда 1 т /( з -- О. Использование сложного режима заряда позволяет уменьшить массогабаритные показатели 20 устройства.Для формирования многоступенчатого (в нашем случае и-ступенчатого) выходного напряжения входные зажимы всех транзисторных преобразователей напряжения со дичены параллельно, а выходные подлгцен 11 к выпрямительным мостам, котор 1" 5 выходу Включены послсдовательцс.Возбуждение преобразователей происходит от обгцсго залаюшего генератора б, определякгцгего частоту переключения транзисторов преобразователей напряжения. При этом очередность включения транзисторных пре.образователей напряжения при формировании ступенчатой кривой выходного напряжения определяется блоком 7 управления транзистрными преобразователями напряжения, 35 цып:няюшего функции распределения сиг:. ялов задаошего генератора по транзистор.11:, бразвателям напряжения 1,роме ..мент чк,.",гения очгрсд 11 го транЛ,п: 1 р;,.;,рц цгц, цсгге,пои5 цеци,арц да зад;.егс 5 блоком 8 управления ступенями цо сигналу, датчика 10 напряжения в моме цть достижения напряжением ца емкосном накопит.Ве заданных значений.45г С: 5,;Ьгй,ццо .: ОЕГуЛИроцаццц За, 1 гц ствлягетс, б 1 ком "правлен.я з-;Оя ного процесса следсющцм образом.Вначале зарядного процесса и до момента времени, когда начнет формироваться сту пе:1 ь с номером пг, потребляемые от источника мощность и ток не превышают заданной величины, определяемой уровнем опорного напряжения компаратора 11. В то же Время уровень опорного напряжения комца(:тга ,станавггипается таким, что он с Оабат Вас . т сг 1- ада обратной связи, поступпошес датчика 5 зарялцого тока. Этот сигнал, пропорциональный зарядному току, через амплитудный селектор 13 поступает ца вход УП, где усиливается, а затем подается на соответствую 1 ций преобразователь (в нашем случае 2 - К) через блок 7 управления преобразователями. Следовательно, В этот промежуток времени преобразователь 2 - К, выполняющий роль токоформируюшего элемента, управляется сигнал.",1, пропорциональным зарядному току, и работает в режиме стабилизации зарядного тока.Б ммент 1 мощность и ток в цепи источника питания достигают заданного уровня, грг это:; срабатывает компаратор и сигнал с датчика 4 потребляемого тока через амплитудный селектор 13 поступает на УТ 4, гле усиливается и затем подается через блок 7 на преобразователь напряжения. Таким образом. начиная с момента 1 т, когда потребляемая мощность достигает заданного значения, преобразователь 2 - К управляется сигналом, пропорциональным потребляемой мощности, и работает в режиме стабилизации потребляемой мощности.Фоьги,га изобретения1. Устройство для заряда емкостного нагсоц 11 т;.я энергии, содержагцее источник пи,анця, Ь транзисторных преооразователей напряжения, Олнополярнье входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, а выходы соединены с входами г( мостовых выпрямителей, выходы которых соегпнены последовательно-согласно и через датчик зар 51 дного тока подсоединены к обкладкам емкостного накопителя, зада оший гсцера; ор, Выход кторого со,:ццец с перВым вхОЛОм Олока упраВ- егия транзцсторцымц цреобразователямц гаг р ,"ения, выхды которого соединены с ба.,э ц:. тр а изц с Орв транзисторных преоб.ц,; цц, а В 111 й Вхд О.10. -.,; я р; стрцымц преобразо. ьагсямц нацряжеггця соединен с выходом блка правлецц 51 стх 1 енями, Вход которого соединен с выходом датчика напряжения, ВКЛОЧЕННОГО ПараЛЛЕЛЬНО ЕМКОСтНОМу НаКО- пцг лг. б.ок управления зарядным процесс,хл котрн с;единен с выхолом латаря нного 1 ка, а Выход - с третьим вх м блока уг,1 влеция транзисторными ггрораЗОВатЕЛяМ 11 НаиряжЕНИя, ОтЛПцаЮ- и,еее;г тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулирования зарядным процессом и уменьшения массогабаритных псхазателей устройства, оно содержит датчик потребляемого тока, через который к другому выходному зажиму источника питания подключены другие однополярцые входы транзисторных преобразователей напряжения, причем выход датчика потребляемого гока соединен со вторым813723 входом блока управления зарядным процессом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления зарядным процессом содержит два компаратора, входы которых соединены с датчиками потребляемого и зарядного токов соответственно, а выходы - со входами амплитудного селектора, выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока, причем выход усилителя постоянного тока является выходом блока 1 О управления зарядным процессом. 8Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3706022,кл. 320 - 1, 1970.2. Патент США3750005,кл. 321 - 18, 191,3. 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).Составитель В. Чорба Техред А. Бойкас Корректор С.1 Цомак Тираж 988 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий 1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4