Устройство для зарядки накопительного конденсатора

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик р 1 0033 1 3(23) ПриоритетОпубликовано 070383. Бюллетень Ко 9 151 М. Кп.з Н 03 К 3/53 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий33 УДК 6 21. 373. .431(088 .8) Дата опубликования описания 070383 В.Н. Красавин, Д.И. ПанФилов и О.А. Романенко;(72) Авторы изобретения Московский институт электронной техникй(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДКИ НАКОПИТЕЛЬНОГО КОНДЕНСАТОРА10 15 20 25 30 Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах импульсного питания мощных электроэнергетических установокИзвестно устройство для зарядки накопительного конденсатора, которое 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 соответствующего 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 мощности эа счет управления транзисторов преобразователя сигналом с выхода источника тока 1 1).Недостатком устройства является наличие рауз в зарядном токе при изменении начального напряжения на накопительном конденсаторе и частоты следования разрядных импульсов.,что приводит к снижению КПД,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источникпитания постоянного напряжения, Ютранзисторных. преобразователей напряжения, первые силовые входы которых подключены к одной из клеммисточника питания, а их трансформа"торные выходы подключены ко входамН мостовых выпрямителей, выходы которых соединены в последовательносогласную цепь и через датчик зарядного тока подсоединены к обкладкамемкостного накопителя, задающий генератор, выход которого соединен спервым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которого соединены сбазами транзисторов транзисторныхпреобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторными преобразователями напряжениясоединен с выходом блока управленияступенями, вход которого соединен свыходом датчика напряжения, а последний подключен параллельно накопительному конденсатору, блок управле"ния зарядным процессом, вход которого соединен с выходом датчика зарядного тока, а выход с третьим входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, датчик потребляемого тока, через который к другому выходному зажиму источника питания подключены другие однополярные входы транзисторных преобразователей напряжения, причем выход датчика потребляемого тока соединен со вторым входом блокауправления зарядным процессом.При этом блок управления зарядным процессом содержит два компаратора, 15 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 управления зарядным процессом.Устройство позволяет осуществить сложный режим заряда емкостного накопителя, при котором (в самом общем случае) до некоторой ступени поддерживается неизменным зарядный ток, а затем потребляемая мощность 2.Недостатком устройства является наличие в цепях источника питания и зарядного контура датчиков потребляемого и зарядного токов соответственно, что уменьшает КПД устрой ства,Кроме того, величина зарядноготока на каждой ступени задается перед началом работы устройства и за тем в процессе зарядного цикла корректироваться не может. Однако в реальном устройстве в процессе его работы меняется ряд параметров: начальное напряжение на накопителе, частота его работы (или, что то же самое, период зарядки Тэ), характеристики элементов устройства (при изменениях температуры) и т,д. Рассмотренные факторы приводят к ряду нежелательных моментов. Так, например, заряд накопителя при наличии начального напряжения на нем, отличного от расчетного, будет приводить либо к появлению паузы в кривой зарядного тока в конце зарядного55 цикла при превышении действительного начального напряжения над расчетным, либо к недозаряду накопителя при превышении расчетного значения над действительным. К появлению паузы в 60 кривой тока приводит и изменение конечного напряжения на накопителе при необходимости его регулирования. Наличие паузы в кривой тока приводит к снижению КПД устройства или к 65 недозарядке накопительного конденсатора.Цель изобретения - повышение КПДи обеспечение стабилизации зарядного процесса при изменениях начального и конечного напряжений на накопителе и его рабочей частоты.Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для зарядкинакопительного конденсатора, содержащее источник питания постоянногонапряжения, И транзисторных преобразователей напряжения, первые силовыевходы которых соединены с одной изклемм источника питания, а их трансформаторные выходы подключены ковходам И мостовых выпрямителей, выходы которых соединены в последовательно-согласную цепь, один из выходов которой соединен с одной иэобкладок накопительного конденсатора, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блокауправления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которогосоединены с управляющими входамитранзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управления транзисторными преобразователями напряжения соединен с выходомблока управления зарядным процессом,блок управления ступенями, вход которого соединен с выходом датчиканапряжения, который включен параллельно накопительному конденсатору,содержит датчик времени, а блок управления зарядным процессом содержитблок вычисления зарядного тока, выход которого соединен с первым входом блока согласования с внешнимиустройствами, второй и третий входыкоторого соединены соответственнос выходом блока управления ступенями и выходом датчика времени, а первый, второй и третий выходы блокасогласования с внешними устройствамисоединены соответственно со вхбдомблока вычисления зарядного тока, вторым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения и входом датчика времени, причемвторые силовые входы транзисторныхпреобразователей напряжения подключены к другому выходному зажиму источника питания, а другой выход пос,ледовательно=согласной цепи из Нмостовых выпрямителей соединен сдругой обкладкой накопительного конденсатора,На чертеже представлена функциональная схема устройства.В устройстве величина зарядноготока на каждой ступени рассчитывается по формулам, соответствующим выбранному режиму заряда с учетом времени, оставшегося до окончания зарядного цикла и номера текущей ступени, Учет этих величин позволяет(2) Время, оставшееся для зарядапосле воздействия Г -1 ступеней,т.е. для -й и последующих ступеней)и ) Т щ +М -Им+в+И + -е)=тщ ,ъ где с - текущее время, т.е. время,прошедшее от начала зарядного цикла до начала формирования текущей ступени.Ъл (,- )Откуда м ,+р+23 (3)Тогда из (1) и (2) с учетом (3) получаемр ) (4) в режиме стабилизации зарядного тока (О( Ргп)р-)е ъ -(т ) в режиме стабилизации мощности (в Р си). стабилизировать зарядный процесспри изменениях начального и конечного напряжений на накопительномконденсаторе и его рабочей частоты,При доказательстве данного утверждения принимаются следующие допущения:напряжение источника питания постоянно; напряжение на выходе зарядного устройства имеет ступенчатуюформу с равными ступенями (величинакаждой ступени равна Ь"); моментформирования последующей ступениопределяется в момент равенства напряжения на накопительном конденсаторе напряжения ступени; величинатока на интервале ступени не изменяется.Вывод соотношений производят дляслучая комбинированного режима заряда, когда заряд может начинаться с0-й ступени выходного напряжения ЗУ,из области стабилизации зарядноготока, а переход от режима стабилизации зарядного тока к режиму стабилизации мощности осуществляется нав-й ступени. Длительности ступенейдля режима постоянного тока и постоянной мощности определяются выражениямиМ)сД --(1)режим стабилизации токаьОс Ре т, врежим стабилизации мощности,где С - емкость накопительного конденсатора;3 - зарядный ток на Г -й ступени;Т - длительность первой ступеЫни, 35 40 45 50 55 65 Устройство содержит источник 1 питания, подключенные к нему транзисторные преобразователи 2-1,2-2, ,2 - И напряжения, мостовые выпрямители 3-1,3-23-И, включенные последовательно, задающий генератор 4, блок 5 управления транзисторными преобразователями напряжения, блок б управления ступенями, накопительный конденсатор 7, датчик 8 напряжения, блок управления зарядным процессом, в состав которого входят блок 9 вычисления зарядного тока и блок 10 согласования с внешними устройствами, датчик 11 времени. При этом блок 9 вычисления зарядного тока может быть выполнен на элементах жесткойф логики как специализированный вычислитель, способный выполнять действия, предусмотренные выражениями (4) и (5), либо может быть построен на базе микропроцессорного набора, с возможностью вычисления (4) и (5) с помощью программы. Блок 10 согласования с внешними устройствами в последнем случае представляет собой блок, осуществляющий согласование микро-ЭВМ с блоком управления ступенями с помощы 8 стандартных регистров и блоком управления транзисторными преобра:;ователями напряжения с помощьк 60 5 0 15 20 25 Зо Из выражений (4) и (5) видно, что зарядный ток на любой ступени зависит от номера текущей ступени Ю и времени, оставшегося до окончания зарядного цикла Т- . Это значит, что при изменении начального напряжения на накопителе (а значит и величины начальной ступени, которой соответствует начальный номер ступени о), при изменении конечного напряжения (а следовательно,и числа ступеней и), а также при изменении рабочей частоты (а,следовательно, и Т 3) определение зарядного тока по (4) и (5) обеспечивает автоматическую стабилизацию тока с учетом этих изменений.В случае начала зарядки с любого начального напряжения 1) (что соответствует начальной стуйени Го) расчет зарядного тока по (4) или (5) позволяет автоматически обеспечить выбранный режим на всех последующих ступенях, Важно отметить, что в этом случае расчет значения тока на вновь включенной ступени по (4) и (5) позволяет автоматически стабилизировать режим заряда накопителя на каждой ступени, если по какой- либо причине на предыдущих ступенях заряда возникла ошибка в законе заряда накопителя. На каждой вновь включаемой ступени ошибка будет сводиться к нулю за счет выбора величины зарядного тока.Формула изобретения стандартных регистров и цифроаналогового преобразователя. Кроме того,блок осуществляет ввод в вычислитель данных о частоте работы устройства; конечном напряжении на накопителе, величине емкости накопителя, величине ступени и номере ступени в посредством вводов, построенных на стандартных регистрах.Датчик времени, представляющийдвоичный счетчик, может быть реалиэован на любой микросхеме, согласование которой с микро-ЭВМ не требуетдополнительных устройств.Устройство работает следующимобразом. 15Формирование ступеней выходногонапряжения в данном устройстве происходит аналогично тому, как и впрототипе. При этом в момент формирования очередной ступени (по 2 О сигналу с выхода блока б управления ступенями) на блок 9 вычисления зарядного тока через блок 10 согласования с внешними устройствами поступает информация о текущем моментевремени и номере текущей ступени с датчика 11 времени и блока 6 управления ступенями соответственно Далее устройство вычисления зарядного тока определяет величину тока на данной ступени по выражениям(4) или (5) и выдает соответствующий управляющий сигнал на блок управления транзисторными преобразователями напряжения, который, воздействуя на преобразователи, обеспечивает необходимую величину тока. До окончания процесса вычисления зарядный ток поддерживается равным значению на предыдущей ступени. Устройство для зарядки накопительного конденсатора, содержащее источник питания постоянного напряжения, транзисторных преобразователей напряжения, первые силовые входы которых соединены с одной из клемм источника питания, а их трансформаторные выходы подключены к входам )( мостовых выпрямителей, выходы которых соединены в последовательно-согласную цепь, один иэ выходов которой соединен с одной из обкладокнакопительного конденсатора, задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения, выходы которого соединены с управляющими входами транзисторных преобразователей напряжения, а второй вход блока управлениятранзисторными преобразователяминапряжения соединен с выходом блокауправления зарядным процессом, блокуправления ступенями, вход которогосоединен с выходом датчика напряжения, который включен параллельнонакопительному конденсатору, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения КПД устройства иобеспечения стабилизации зарядногопроцесса при изменениях начальногои конечного напряжений на накопителе и его рабочей частоты, оно содержит датчик времени, а блок управления зарядным процессом содержит блоквычисления зарядного тока, выходкоторого соединен с первым входомблока согласования с внешними устройствами, второй и третий входы которого соединены соответственно евыходом блока управления ступенямии выходом датчика. времени, а первый,второй и третий выходы блока согласования с внешними устройствамисоединены соответственно с входомблока вычисления зарядного тока,вторым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения и входом датчика времени, причем вторые силовые входы транзисторных преобразователей 4 апряженияподключены к другому выходному зажиму:.источника питания, а другой выход последовательно- согласной цепииз 8 мостовых выпрямителей соединенс другой обкладкой накопительногоконденсатора. Источники информации,ринятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ф 3750005,кл.321-18,19712. Авторское свидетельство СССР9 813723, кл. Н 03 К 3/53, 1981каз 158 илиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная 4 Тираж 934ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раушская ПОдПИСНОетета СССРрытийаб., д. 4/5