Устройство для заряда емкостного накопителя

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в импульсных источниках питания.Цель изобретения - повышение ста бильности работы устройства за счет введения отрицательной обратной связи как в контуре регулирования углаотпирания тиристоров преобразователя, так и в контуре стабилизации заданно . го уровня напряжения.На фиг,1 приведена структурная электрическая схема устройства; на Фиг,2 - эпюры, поясняющие его работу.Устройство для заряда емкостного , :накопителя содержит управляемый пре образователь 1, управляющий вход которого соединен с выходом блока 2 Фазоимпульсного управления, а выход : соединен через токоограничиваищий, 20 элемент 3 с накопительным элементом 4 и датчиком 5 напряжения, блок 6 стабилизации заданного уровня напряжения, диАФеренциальный усилитель 7, порпговый элемент 8, юрмирователь 9 25 ."задающего напряжения, причем первый вход диАЛеренциального усилителя 7соединен с выходом датчика 5 напряже:ния и с первым входом блока 2 Ааэоимпульсного управления, выход диФ еренциального усилителя 7 соединен с вторым входом блока 2 Ааэоимпульсного управления и входом порогового элемента 8, выход которого подключен к первому входу формирователя 9 задающего напряжения, второй вход которого соединен с шиной 10 управления и третьим входом блока 2 азоимпульсного управления, третий вход - с выходом блока 6 стабилизации заданного 40 уровня, выход - с входом блока 6 стабилизации заданного уровня и вторым входом дидм 5 еренциального усилителя 7.Блок 2 Аазоимпульсного управления состоит иэ формирователя 11 импульсов управления, схемы 12 сравнения напряжений, сумматора 13 напряжений, схемы 14 синхронизации с напряжением питающей сети и формирователя 15 пи- .50 лообразного напряжения. ДиИеренциальный усилитель 7 состоит иэ операци онного усилителя 16 и резисторов 1720Пороговый элемент 8 состоит из операционного усилителя 21 и реэисто ров 22 26. Формирователь 9 задающе го напряжения содержит операционный усилитель 27, транзисторы 28 и 29, конденсатор 30 и резисторы 31 - 43. Блок 6 стабилизации заданного напряжения состоит иэ операционного усилителя 44 и резисторов 45 - 49.Управляемый преобразователь 1 выполнен в виде последовательного соединения встречно-параллельно включенных тиристоров и первичной обмоткивысоковольтного трансформатора, навыходе которой включен выпрямитель,Устройство работает следующим образом,В блоке 2 фазоимпульсного управления схема 14 синхронизации с напряжением питающей сети в моменты переходанапряжения сети через нулевые значения юрмирует импульсы прямоугольной йормы с длительностью около10 мкс (Лиг.2 а), которые управляютработой формирователя 15 пилообразного напряжения блока 2. При подачеразрешающего сигнала управления низкого логического уровня (Фиг.2 б) сшинн 10 на блок 2 Аазоимпульсногооуправления и формирователь 9 задающего, напряжения на выходе формирователя 15 пилообразного напряжения воз никант импульсы (Лиг.2 в), а на выходе формирователя 9 - напряжение (Лиг.2 е), близкое к линейному. Ско рость изменения этого напряжения во много раэ меньше, чем скорость изме нения пилообразного напряжения на . выходе формирователя 15 блока 2, Формирователь 9 задающего напряжения представляет собой интегратор с заземленной емкостью (конденсатор 30). Наклон возникающего на его выходе линейно изменяющегося напряжения (Фиг.2 е), который определяет среднеесзначение зарядного тока емкостного накопителя 4, регулируется с помощью резистора 33.Пилообразное напряжение (Аиг.2 в) с выхода формирователя 15 блока 2 вместе с напряжениями с выходов датчика 5 и диКеренциального усилителя 7 поступает на сумматор 13 блока 2 Жазоимпульсного управленияНа выходе сумматора появляется напряжение (фиг.2 г), равное сумме этих напряже ний, т,е.1 до 11 Р ) ( где П - напряжение на выходе Форми чпмлрователя 15;11 дцнапряжение на выходе датчика 5;3 14258Пру напряжение на выходе дифференциального усилителя 7 аНапряжение с выхода сумматора 13 блока 2 фазоимпульсного управления подается на один из входон схемы 12 сравнения напряжений, на другой вход которой подается напряжение уставки У, (на фиг, 2 н и г изображено пунктирной линией). Значение напряжения 10 уставки 11 выбирается таким, чтобы в начале процесса заряда накопительного .элемента 4 на выходе схемы 12 сравнения напряжений формировались импульсы (Фиг.2 д, первый импульс), 15 соответствующие углу отпирания тиристоров в блоке управляемого преобразователя 1 порядка 170Импульсы напряжения с выхода схемы 12 сравнения блока 2 фазоимпульс ного управления поступают на вход формирователя 11 импульсов управления этого же блока. Под воздействием этих импульсов происходит отпирание тиристоров управляемого преобразователя 1 25 и начинается заряд емкостного накопителя (элемента 4) током, максималь ное значение которого ограничено элементом 3Напряжение на накопителе начинает расти (Аиг.2 ж). Напряжение с .30 выхода"датчика 5, пропорциональное напряжению на накопительном элементе 4, поступает на инвертируиций вход дифференциального усилителя 7 и на первый вход блока 2 Аазоимпульсного управления (один из входов сумматора 13 напряжений). На инвертирующий вход дифференциального усилителя 7 подается напряжение.с выхода формирователя 9 задающего напряжения. Вы 4 О ходное напряжение дифференциального усилителя 7, представляющее усиленную разность напряжений с датчика 5 (11 а ) и формирователя 9 (11 ом) т.е,45Пу К ЖсРо Рм Пдату (2) где К - коэффициент усиления дифференциального усилителя;Б - напряжение на выходе Аормиронателя 9,поступает на второй вход блока 2 фазоимпульсного управления (один из входов сумматора 13). В соответствии с выражением (1) напряжение на выходе сумматора 13 П, увеличивается в основном за счет изменений напряжения с датчика 5 (подъем пилообраз ного напряжения на фиг.2 г).Напряже" 16ние носит переменный характер, так как непрерывно осуществляется сравнение диААеренциальным усилителем 7 напряжений У и П. Передний фронт прямоугольных импульсон на выходе схемы 12 сравнения блока 2 начинает смещаться влево к началу полупериодов питающей сети (Фиг.2 д),и угол отпирания тиристоров упранляемого преобразователя 1 уменьшается, Последнее вызывает увеличение напряжения на накопителе и, соответственно, с датчика 5Максимальное значение напряжений на вь 1 Ходе формирователя 9 и датчика 5 выбираются не более 5 ВНаличие дифференциального усилителя 7 обеспечивает стабилизацию зарядного тока накопителю. Если в процессе заряда накопителя напряжение с датчика 5 превышает напряжение Аормирователя 9, то при этом в соответствии с выражением (1) напряжение на ныходе сумматора 13 блока 2 Аазоимпульсного управления уменьшается за счет того, что составляющая К(Б, - 0)с ОПоследнее вызывает смещение угла отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 к концу полупериодов питающей сети, Нарастание напряжения на накопителе замедляется, составляющая КРуом 11 ат ) переходит через нулевое значение и приращения выходного напряжения на выхрде сумматора 13 блока 2 становятся положительными, При этом угол отпирания тиристоров управляемого преобразователя 1 уменьшается, что вызывает увеличение среднего значения зарядного тока и, следовательно, увеличение напряжения на накопителе б. Если происходит только увеличение напряжения Бр, Аормиронателя 9, то выходное напряжение диААеренциального усилителя 7 резко увеличивается до порогового уровня (Аиг.2 з) порогового элемента 8. На Аиг.2 з показано нараст ание напряжения П для случая разряда накопителя, когда разность Оформи1 а 11 форм и поэтому 11, ) П,Йапряжение П выбирается несколь" ко больше, чем максимальные значения изменений напряжения дифференциального усилителя 7 при нормальном процес се заряда, На выходе порогового эле мента 8 появляется импульс напряжения (Аиг.2 и), который воздействует на первый вход Аормирователя 9 задающего5 142 напряжения таким образом, что на его выходе напряжение 11снижаетсядо нулевого значения (Фиг.2 е). При этом угол отпирания тиристоров управляе мого преобразователя 1 смещается к концу полупериодов питающей сети, и напряжение на накопителе далее не нарастает. Сигнал на выходе диФФе ренциального усилителя 7 может достичь порогового уровня элемента 8, в случаях, если имеет место пропа дание напряжения на выходе датчика 5, при разряде (управляемом или самопроизвольном) накопителя на нагрузку, при высокой скорости изменения напряжения на выходе Формирователя 9. Не происходит нарастания напряжения на накопителе н при отсутствии при ращений напряжения на выходе Формирователя 9, что имеет место, например, при стабилизации заданного уровня зарядного напряжения, так как иэ менения в сторону увеличения напряже иия на накопителе вызывают уменьшения напряжения 11 ву диФФеренциального уси лителя 7а это приводит ксмещению угла отпирания тиристоров управляемо го преобразователя 1 к концу полупериодов питающей сети. Таким образом, в процессе заряданакопителя диФФеренциальнцй усилитель7 позволяет регулировать скорость заряда так, что эта скорость находитсяв соответствии с изменениями напряжения на выходе Формирователя 9 задающего напряжения. Поэтому, меняя наклон линейно изменяющегося напряженияФормирователя .9, возможно в опреде денных пределах изменять скорость нарастания напряжения на накопителе а следовательно, и среднее значение зарядного тока.Ограничение зарядного напряжения на накопителе на любом необходимом уровне осуществляется блоком 6 ста билизации заданного напряжения, пред" ставляющего собой схему сравнения на операционном усилителе 44 Пере менным оезистором 48 блока 6 уста навливается опорное напряжение на втором входе операционного усилителя 44, а на первый вход подается напря . жение с выхода Формирователя 9 зада ющего напряжения. При достижении напряжением Формирователя 9 значения опорного напряжения операционный усилитель 44 изменяет состояние на 5816 бавоем выходе и воздействует при этомна Второй вход Формирователя 9 задающего напряжения, уменьшая напряжениена его выходе, Снижение напряженияФормирователя 9 до опорного значенияприводит к возвращению усилителя 44в исходное состояние, Напряжение Формироватепя .9 снова увеличивается, и1 О далее процесс повторяется. В результате этого напряжение на Выходе Формирователя 9 стабилизируется (Фиг.2 е,горизонтальный участок).Степень стабилизации зависит от15 выбора постоянной времени разрядаконденсатора 30 и резистора 38 Формирователя 9 задающего напряжения. Приэтом на входе диФФеренциального усилителя 7 присутствует сигнал 0,,ко 2 О торцй не изменяется во времени. Тогда разность напряжений Пуорм Пдетпри 11 дс 1Ц принимает значения( О, а это йрйводит к уменьшениюсогласно выражениям (1) и (2) напряБ жения П, на выходе сумматор 13напряжений блока 2 Фазового управления и, следовательно, смещению углаотпирания тиристоров в блоке управляемого преобразователя 1 к концу поО лупериодов питающей сети, При этомнапряжение на накопителе также стабилизируется (Фиг,2 ж, горизонатальныйучасток).Таким образом, устройство для заряЗБда емкостного накопителя обладаетустойчивостью в работе из-за наличия отрицательных обратных связейпо напряжению В контуре регулированияугла отпирания тиристоров управляемо 40го преобразователя 1 и в контуре стабилизации заданного уровня напряжения на накопителе 6. Процесс регулирования среднего значения зарядноготока осуществляется изменением нак 45,лона линейно изменяющегося во временинапряжения Формирователя 9 при помощи резистора 33Формула изобретения.Устройство для заряда емкостногонакопителя, содержащее управляемыйпреобразователь, управляющий входкоторого соединен с выходом блока Фаэоимпульсного управления, а выход соединен через токоограничивающий эле,55 мент с накопит,льным элементом и датчиками напряжения, блок стабилизации заданного уровня напряжения, о тЛ и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью7 14 повыиения стабильности работы устройства, в него дополнительно введены дифференциальный усилитель, пороговый элемент, формирователь задающего напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя соединен с вы" ходом датчика напряжения и с первым входом блока фазоимпульсного управле ния, выход дифференциального усилителя соединен с вторым входом блока фазоимпульсного управления и входом 2581 бпорогового элемента, выход которогоподкличен к первому входу формирователя задаицего напряжения, второй 5вход которого соединен с инной управления и третьим входом блока фазоимпульсного управления, третий входс выходом блока стабилизации заданного уровня, выход - с входом блокастабидизации заданного уровня и вто-.рым входом диФФеренциального усилителя.