Генератор импульсов тока

55 Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано для заряда накопительного конденсатора припитании от низковольтного источникапитания.Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения бестоковой коммутации в цепи источника питания и возможности объединения общейшиной одного из выводов источникапитания и нагрузки,Па,фиг. 1 и 2 изображены примерывыполнения генератора импульсов тока 15на фиг. 3 в , временные диаграммы,потребляемого тока 1, (а), токадиодов параллельных цепей (б), токацдецтичцых индуктивных накопителей (б), заРЯДного тока 1 с иДецтичцых 20конденсаторов параллельных цепей.(б),напряжения Пца одном из коцденсаторов параллельных цепей (в) и токанагрузки 1(г), ца фиг. 4 - эквивалецтные схемы замещения гецератора 25импульсов тока ца интервале накопления энергии в конденсаторах (а), наинтервале накопления энергии в индуктивных накопителях (б) и на интервале протекания тока нагрузки (в).Генератор импульсов тока (фиг,1)содержит М параллельных цепей с индуктивными накопителями 1-1 1-М,параллельно выводам которых подключены конденсаторы 2-12-М, атакже диоды 3-1;,3-(2 М), диоды354-14-М, тиристорный управляемыйключ 5 и линейный дроссель 6 в цепиисточника питания, датчик 7 тока идатчик 8 напряжения, выходами соединенные с входами блока 9 управления,положительный и отрицательный выводы10 и 11 источника питания, нагрузку,например накопительный конденсатор12, подключенный к выводам 11 и 13.Генератор импульсов тока (фиг.1)работает следующим образом,В момент времени, когда ток 1 взарядной цепи фнакопительного конденсатора 12 спадет до нуля (фиг,З,г),диоды 4- 14-М последовательнойцепи закрываются и по сигналу с датчика 7 тока с блока 9 управления науправляющий. электрод тиристорногоключа 5 поступает запускающий импульс. Ключ 5 и диоды 3-13(2 М) параллельных цепей открываются, и начинается колебательный зарядконденсаторов 2-12-М от источника питания через линейный дроссель 6 (интервал О-, фиг. З,в). Эквивалентная схема замещения генератора импульсов тока на рассматриваемом интервале представлена ца фиг, 4,а. При этом напряжение ца конденсаторах 2-12-М в начальный момент времени имеет полярность, указанную на фиг. 2 и 4,а в скобках, и равно Цсц /М, где Цсн - напряжение на накопительном конденсаторе 12 к моменту очередного включения ключа 5. На интервале 0-с ток индуктивных накопителей 1 под действием напряжения на конденсаторах Ус течет в обратном направлении по отношению к току диодов 1, поэтому 1= 1 с - 1, При) , при 1 и .с совпадают по направлению с током 1 (1= 1 + 1 )с причем возрастание тока 1индуктивных накопителей происходит тем медленнее (быстрее), чем больше (меньше) отношение К = Ь/1Где Ь ицдук тивность линейного дросселя 6; Ь 1 индуктивность М параллельно включенных индуктивных накопителей 1- 1 1-М.К моменту 1равному половине периода свободных колебаний Ь С -контура,.где С, - емкость параллельно включенных конденсаторов 2- 1 .,2-М, напряжение на конденсаторах 2-1 2-М при высоких К (более 10-15) и высоких добротностях контура - 10-20) максимально и близко к 2 У + Ус/М, где Б- напряжение источника питания. При этом конденсаторы имеют полярность, указанную на фиг. 1 и 4,а беэ скобок. При7 Со, ток 1 с менЯет свое напРавление по отношению к току 1(1 а = 1 ь с)Ф и в момент С равенства нулю потреб ляемого тока 1(1, = М; ) ключ 5 и диоды 3-2 .,3-(2 М) параллельных цепей закрываются. Для рбеспечения работоспособности схемы достаточно выбрать такое отношение К = Ь /Ь, при котором в режиме короткого замыкания= 0) ток 1, тиристорного ключа 5 спадает до нуля.С момента С ) С, конденсаторы 2- 1. 2-М, заряженные до напряжения несколько меньше максимального, начинают отдавать свою энергию соответственно индуктивным накопителям1-1. ,1-М, при этом полностью разряжаясь и частично переэаряжаясь (интервал с-с, фиг.З,в). Эквива 1582336 6 ф51 О15 20 25 30 35 40 45 50 55 лентная схема замещения генератораимпульсов на этом интервале представлена на фиг,4,б. Интервал г. -Снакопления энергии в индуктивныхнакопителях 1-1 1-И имеет местодо тех пор, пока напряжение на последовательно соединенных конденсаторах 2-12-М не станет равнымнапряжению Бна накопительном конденсаторе 12. Так как электромагнит -ные процессы в идентичных параллельных цепях происходят практически одновременно, то каждый иэ конденсаторов перезаряжается до напряжения-У /М. При этом интервал С, -С попродолжительности всегда превышаетинтервал О- что связано с обеспечением запаса по индуктивностям К.На интервале С -С з (фиг.З) по ие -пи из последовательно соединенныхиндуктивных накопителей 1-1,1-И,диодов 4-1, ,4-И, датчика 7 тока инакопительного конденсатора 12(фиг. 1) протекает ток д, равныйтоку одного индуктивного накопителяпри условии, что емкость накопительного конденсатора 12 существеннобольше емкости последовательно соединенных конденсаторов 2-12-М.Эквивалентная схема генератора импульсов имеет вид, представленныйна фиг. 4,в,Очередное включение ключа 5 происходит после спада тока нагрузкидо нуля, когда созданы необходимйе условия для подключения индуктивных накопителей к источнику питания. Далее процессы в схеме генератора импульсов тока повторяются при изменяющемся напряжении на накопительном конденсаторе 12 до тех пор, пока напряжение на последнем не достигнет заданного уровня, Тогда посигналу с датчика 8 напряжения блок9 управления прекратит подачу запускающих импульсов на управляющий электрод тиристора 5. При этом. накопительный конденсатор 12 может быть заряжен до напряжения, в несколько раз,например в У, превышающего напряжениеисточника питания, где И - числокаскадов генератора импульсов тока.При большой суммарной емкости конденсаторов параллельных цепей (прибольшой запасаемой энергии) максимальная собственная частота зарядногоконтура ограничена минимально достижимой индуктивностью дросселя 6 сзаданной добротностью. Поэтому с це- . лью повышения собственной частотызарядного контура, а следовательно,уменьшения времени накопления энергии в индуктивных накопителях в каждую параллельную цепь введен линейный дроссель 6-16-И (фиг.2).В этом случае максимальная собственная частота идентичных зарядных конденсаторов ограничена уже минимальнодостижимой индуктивностью этого контура с заданной добротностью и емкостью лишь одного конденсатора, Генератор импульсов тока (фиг.2) приэтом работает аналогичным образом. В предлагаемом генераторе импульсов тока обеспечение надежной работы силового ключа в цепи источника питания является важным моментом особенно при передаче больших мощностей (единицы-десятки киловатт) от низковольтного источника питания (десятки вольт). Одним из путей повышения надежности силового ключа является его бестоковая коммутация с помощью использования свойств последовательного колебательного .С-контура. Кроме того в случае применения тиристорных ключей нет необходимости испольэовать цепи принудителЬной коммутации, а минимальные коммутационные потери в ключе существенно снижают вероятность теплового пробоя. Таким образом, бестоковая коммутация силового ключа в цепи источника питания позволяет повысить надежность устройства в целом. Формула изобретения Генератор импульсов тока, содержащий И индуктивных накопителей, первые выводы каждого из которых, кроме первого, соединены с первым выводом соответствующего первого диода, вторые выводы которых объединены, вторые выводы каждого индуктивного накопителя, кроме последнего, соединены с первым выводом соответствующего второго диода, вторые.выводы которых объединены, второй вывод предыдущего индуктивного накопителя соединен с первым выводом последующего индуктивного накопителя через соответствующий третий диод, между объединенными вторыми выводами первых и вторых диодов включен источник питания через управляемый ключ, первые и вторые диоды включены впрямом направлении относительно токаисточника питания, третьи диоды включены в прямом направлении относительно разрядного тока индуктивных накопителей, второй вывод последнегоиндуктивного накопителя через последовательно соединенные нагрузку иключ соединен с первым выводом первого индуктивного накопителя, о тли ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности, введеныдатчик тока, датчик напряжения, дроссйль, И конденсаторов, каждый из которых включен параллельно соответствующему индуктивному накопителю,доссель включен в цепь заряда индуктивцых накопителей, первый выводпервого индуктивного накопителя соединен с объединенными вторыми выводами первых диодов, второй выводпоследнего индуктивного накопителясоединен с объединенными вторымивыводами вторых диодов, ключ выполнен неуправляемым, датчик напряжениявключен параллельно нагрузке, выходдатчика напряжения подсоединен кпервому входу блока управления, выход которого соединен с управляющимвыводом управляемого ключа, датчиктока включен в цепь нагрузки, выходдатчика тока. соединен с вторым входом блока управления.1582336 СоаА.ЛежнинаТе Корректор М.Шароши Редак Подписное ГКНТ СССР роизводственно-издательский .комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 Заказ 2096ВНИИПИ Госуд ставитель М. Беляковхред М,Ходанич. Тираж 664о комитета по изобретен , Москва, Ж, Раушска твенног иям и открытия 113035 я наб., д. 4/5 С