Устройство для заряда конденсатора

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 261 79 (2 ) 2859779/18-21 (51)М, Кл,Н 03 К 3/53 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ю.И, Драбович и Н.С. Комаров Институт электродинамики АН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для заряда накопительных конденсаторов, находящих применение в качестве источников импульсной мощности, входящих в состав автономных источников питания бортовых систем..Известно устройство для заряда конденсатора по основному авт.св.9 554613, содержащее первичный источник питания, импульсный регулятор, входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и выходным конденсаторами, накопительный конденсатор и подключенный первым входом к первому выходу импульсного регулятора транзисторный конвертор, состоящий из двух транзисторов, эмиттеры которых объединены и подключены к минусовой клемме источника питания, а коллекторы - к выводам первичной обмотки трансФорматора, средняя точка которой объе. динена с анодом первого разделительного диода, выводы вторичной об" мотки трансФорматора подключены к анодам диодов, катоды которых объединены, плюсовая клемма первичного источника питания соединена с первым входом импульсного регулятора, а минусовая клемма - через резистор - со вторым входомимпульсного регулятора, причем импульсный регулятор содержит устройство управления, подключенное одним входом через источник опорного напряжения к минусовой клеммепервичного источника питания транзистор, соединенный коллекторомс первым входом импульсного регулятора, а базой - с первым выходомустройства управления, дроссель,первый конец вторичной обмоткикоторого соединен с вторым входом 15 устройства управления, ивключеинуюмежду первым концом .его вторичнойобмотки и вторым входом импульсного регулятора цепочку ив двух резисторов, точка соединения которых 20 подкхдэчена к первому концу первич"ной обмотки дросселя, второй конец которой, соединенный с эмиттером транзистора и вторым выходомустройства управления, подключен 25 через первый разделитезтьный.диодк первому выходу импульсного регулятора, а второй конец вторичнойобмотки дросселя подключен черезвторой разделительный диод к одной 30 из обкладок накопителЬного конден 853784сатора, вторая обкладка которогосоединена со вторым входом импульсного регулятора (.1).Известное устройство обеспечивает преобразование постоянного напряжения первичного источника внапряжение большей величины с выходной нагрузочной характеристикой, содержащей участки неизменноготока (начальный участок), неизменноймощности (в процессе заряда накопительного конденсатора) и неизменного напряжения (после заряда накопительного конденсатора до требуемого номинального уровня),Недостатком известного устройства является зависимость его максимального выходного напряжения (максимального напряжения на накопительном конденсаторе) от изменения входного напряжения устройства (от напряжения первичного источника питания).Это обстоятельство налагает жесткие требования на стабильность напряжения первичных источников питания и, следовательно, на выбористочника питания.Для поддержания требуемого максимального уровня выходного напряжения (напряжение на накопительномконденсаторе) в устройстве длязаряда конденсатора используют высокостабильные первичные источникипитания, которые имеют, как правило, большой вес и габариты, чтоограничивает возможности использования таких устройств, например, вкачестве автономных источниковпитания бортовых систем.уменьшение же напряжения первичного источника питания (напримерв результате старения или разряда)ниже номинального уровня приводитк снижению максимального напряженияна накопительном конденсаторе нижедопустимого значения, т.е. ведетк сокращению срока службы устройства в целом,Целью изобретения является увеличение срока службы, уменьшениевеса и габаритов устройства длязаряда конденсатора путем уменьшения влияния изменений входногонапряжения устройства на максимальный уровень его выходного напряжения.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для зарядаконденсатора, содержащее первичныйисточник питания, импульсный регулятор, входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и выходным конденсаторами, накопительный конденсатор и подключенный первым входом к первому вьюходу импульсного регулятора транзисторный конвертор, состоящийиз двух транзисторов, эмиттеры ко 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 торь 1 х объедп 4 с 13 ы и йол)в)йены кминусовой клемме источника йитанияра коллекторы - к выводам перви нойобмотки трансформатор, средняяточка которой объединена с анодомпервого разделительного диода, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам диодов,катоды которых объединены, плюсоваяклемма первичного источника питания соединена с первым входом импульсного регулятора, а минусоваяклемма - через резистор со вторымвходом импульсного регулятора, причем импульсный регулятор содержитустройство управления, подключенное одним входом через источникопорного напряжения к минусовойклемме первичного источника питания,транзистор, соединенный коллекторомс первым входом импульсного регулятора, а базой - с первым выходомустройства управления, дроссель,первый конец вторичной обмотки которого соединен с вторым входомустройства управления, и включенную между первым концом его вторичной обмотки и вторым входом импульсного регулятора цепочку из двухрезисторов, точка соединения которых подключена к первому концу первичной обмотки дросселя, второйконец которой, соединенный с эмиттером транзистора и вторым выходомустройства управления, подключенчерез первый разделительный диод кпервому выходу импульсного регулятора, второй конец вторичной обмотки дросселя подключен через второйразделительный диод к одной из обкладок накопительного конденсатора,вторая обкладка которого соединенасо вторым входом импульсного регулятора, введены второ-, источник опорного напряжения, подключенный минусом к точке соединения змиттеровтранзисторов конвертора, вторая цепочка из двух резисторов, включенная между средней точкой первичнойобмотки трансформатора транзисторного конвертора и минусом второгоисточника опорного напряжения, второе устройство управления, подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напряжения, а выходами - соответственно кбазам транзисторов конвертора,устройство сравнения, один вход которого подключен к плюсу второгоисточника опорного напряжения, другой - к точке соединения резистороввторой цепочки, а выход - ко второму входу второго устройства управления, и второй дроссель, включенный между объединенными катодамидиодов и плюсовой клеммой источникапитания. Такое схемное решение устройства для заряда конденсатора позволяет по достикении ка накопительном конденсаторе требуемого уровня напряжения осуществлять регулирование величины напряжения, при котором происходит рекуперация мощности, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения питания конвертора и, как следствие, стабипизация максимального уровня заряда накопительного конденсатора.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства для заряда конденсатора.Устройство для заряда конденса. тора содержит устройство управления 1, первый развязывающий диод 2, транзисторный конвертор 3, накопительный конденсатор 4, второй развязывавший диод 5, первичный источник питания б, источник опорного напряжения 7, резисторы 8-10, транзистор 11, дроссель 12 и импу льсный регулятор 13 с выходным конденсатором 14, при этом первичный источник питания 6 соединен плюсовой клеммой с коллектором транзистора 11, змиттер которого соединен с выходом устройства управления 1, первый вход которого через источник опорного напряжения 7 соединен с отрицательной клеммой источника питания б, которая соединена с цепочкой резисторов 8, 9 и 10, общая точка резисторов 9 и 10 подсоединена к выводу первичной обмотки дросселя 12, другой вывод которой подсоединен к общей 35 точке эмиттера транзистора 11 и катода первого диода 2, а вторичная обмотка дросселя 12 подсоединека одним выводом к свободному выводу резистора 9, другим выводом к катоду второго диода 5, анод которого 40 подсоединен к одной обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей точкой резисторов 8 и 10, транзисторный конвертор 3 содержит транзисторы 15 и 16, эмиттеры которых объединены, а коллекторы подключены к выводам первичной обмотки трансформатора 17, и диоды 18 и 19, подкчены анодами к выво О дам вторичной обмотки трансформатора 17, второй источник опорного напряжения 20, вторую цепочку из двух резисторов 21 и 22, включенную между первичной обмоткой трансформатора 17 и минусом второго источника опорного напряжения 20, второе устройство 23 управления, выполненное в виде широтно-импульсного модулятора, подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напряжения 20, а выходами - соответственно к базам транзисторов 15 и 16, и устройство сравнения 24, один вход которого подключен к плюсу второго источни а опорного напряжения 20, второй к точке соединения резисторов 21 и 22, а выход - ко второму входу устройства управления 23, второй дроссель 25 включен между транзисторным конвертором 3 и первичным источником питания б, а плюсовая клемма первичного источника питания соединена с входным конденсатором 26, другая обкладка которого соединена с общей точкой резисторов 8 и 10.Устройство для заряда конденсатора работает следующим образом.Устройство управления 1 вырабатывает импульсы тока, отпирающие на время накопления тракзистор 11 и запирающие его на время отдачи энергии. Накопление энергии дросселем 12 осуществляется подключением его первичной обмотки 1 через отпертый транзистор 11 к первичному источнику питания б, а отдача энергии происходит через разделительный диод 2, первичную обмотку 1 дросселя 12, резистор 10 в выходной конденсатор 14 импульсного регулятора 13, и через второй разделительный диод 3, вторичную обмотку Ц дросселя 12, резисторы 9 и 10 - в накопительный конденсатор 4. На начальном участке заряда накопительного конденсатора 4 ток,протекающий во время накопленияэнергии дросселем 12 через резистор8, имеет незначительную величину,вследствие чего падение напряженияна резисторе 8 не превышает величины напряжения источника опорного напряжения 7 и поэтому не оказывает влияния на работу устройства управления 1.Во время отдачи энергии дросселем 12 токи, протекающие через резисторы 9 и 10, имеют значительнуювеличину,и, следовательно, падениенапряжения на последовательно соединенных резисторах 9, 10 значительно больше падения напряжения нарезисторе 8,В тот момент, когда падение напряжения на резисторах 9, 10 превысит величину напряжения источникаопорного напряжения 7, во входнойцепи устройства управления 1 изменяется полярность напряжения,что вызывает уменьшение длительности .отпирающих импульсов и увеличение длительности запирающих импульсов, т.е. ведет к уменьшению времени накопления и увеличению времени отдачи энергии.Таким образом, на начальномучастке заряда накопительного конденсатора 4 осуществляется стабилизация величины его зарядного тока,т,е. устройство работает в режимепостоянного тока.В процессе дальнейшего заряданакопительного конденсатора 4 происходит увеличение энергии, накопленной дросселем 12, что обусловлено возрастанием тока, потребляемого импульсным регулятором 13 отпервичного источника питания б, Вто же время происходит уменьшениетока, протекающего по цепям первичнойи вторичной ) обмоток дросселя 12, во время отдачи энергии.Поэтому падение напряжения на последовательно соединенных резисторах9, 10 становится меньше падениянапряжения на резисторе 8,В тот момент, когда падение напряжения на резисторе 8 превышаетвеличину напряжения источника опорного напряжения 7, произойдет дальнейшее уменьшение длительностиотпирающих импульсов и соответственное увеличение длительности запирающих импульсов, вырабатываемыхустройством управления 1. Величинавходного тока, протекаюцего черезтранзистор 11, при этом уменьшается,Таким образом, по мере увеличения напряжения на накопительном конденсаторе 4 ток заряда изменяетсяпо такому закону, что величина мощ-цности, отбираемой от первичногоисточника питания б, поддерживается неизменной, и устройство работает в. режиме неизменной мощности,По мере роста напряжения на накопительном конденсаторе 4 возрастает величина выходного напряженияимпульсного регулятора 13, и соответственно, величина выходногонапряжения транзисторного конвертора 3.В тот момент, когда выходноенапряжение транзисторного конвертора 3 превысит величину напряженияпервичного источника питания б,происходит отпирание выполненного надиодах 18, 19 двухполупериодноговыпрямителя, и энергия, отбираемаяимпульсным регулятором 13 от источника питания б, возвращается черезтранзисторный конвертор 3 на входимпульсного регулятора 13. В этомслучае мощность, отбираемая от источниКа б, расходуется лишь нз покрйтие потерь в импульсном р-.;гуляторе 13 и транзисторном кэ:.-:вз 1 горе3, следовательно, напряжениевыходе импульсного регулятор:, ,3(т,4 на входе транзисторно.": конвертора 3) поддерживается по:; в .гоянным, что обеспечивает постоя;.:.чймаксимальный уровень напряженияна накопительном конденсаторе 4,и устройство работает в режиме неизменного напряжения.Иаксимальный уровень заряда накопительного конденсатора 4 долженбыть несколько ниже его предельного уровня заряда, ограниченного возможностями первичного источника питания б и коэффициентом трансформации дросселя 12, и этот уровень определяется выбором величинынапряжения второго источника опорного напряжения 20,Второе устройство управления 23управляет транзисторами 15, 16конвертора 3, подавая в их цепьуправления отпирающие импульсы,начальную длительность которых устанавливают существенно .меньше Т/2,где Т - период преобразования,Импульсы такой длительностипоступают в цепь управления транзисторов 16, 15 в процессе заряданакопительного конденсатора 4, т.е,при работе устройства в режимах постоянного тока и постоянной мощности.При заряде накопительного конденсатора 4 до требуемого максимального уровня, напряжение на конверторе 3 достигает значения, прикотором падение напряжения на резисторе 22 превышает установленноеопорное напряжение источника опорного напряжения 20, что вызываетизменение полярности сигнала, поступающего на вход устройства 23 управления с выхода устройства 24 сравнения, В результате увеличиваетсядлительность отпирающих импульсов,формируемых устройством управления23, причем тем больше, чем большепревышение действительного напряжения на накопительном конденсаторе4 над требуемым максимальным уровнем.При изменении длительности отпирающих импульсов изменяетсяуровень напряжения, при котором начинается рекуперация мощности, благодаря чему обеспечивается стабилизация выходного напряжения импульсного регулятора 13, и соответственностабилизация максимального уровнянапряжения, накопленного на конденсаторе 4. Дроссель 25 обеспечиваетусреднение мощности, возвращаемойчерез транзисторный конвертор 3 навход импульсного регулятора 13.Если хе напряжение на накопительном конденсаторе 4 опускается нижетребуемого максимального уровня, тсустройство для заряда конденсатораработает в описанном ранее режимепостоянной мощности, пока конденсатор 4 не зарядится до требуемогоуровня.В случае снижения напряжения первичного источника питания б ниженоминального значения (например,результате старения или разряда)устройство продолжает поддерживатьтребуемый максимальный уровень выходного напряхения за счет превышенияпредельного уровня заряда накопительного конденсатора 4 над требуемым,853784 10 Формула изобретения Составитель В. Чорба едактор Н, Коляда Техред И.Асталош Корректор С. ШеЗаказ 569 2 Тираж 988ВНИИПИ Государственногпо делам изобретени113035, Иосква, БПодписноекомитета СССРи открытийушская наб., д.4/5 лиал ППП "Патен Ужгород, ул.Проектная, 4 установленным с помощью второго источника опорного напряжения 20,Таким образом, введение в устройство для заряда конденсатора новых элементов значительно уменьшает влияние изменений входного напряжения на максимальный уровень его выходного напряжения. Устройство для заряда конденсатора по авт, св Р 554613, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения срока службы, уменьшения веса и габаритов устройства, в него введены второй источник опорного напряжения, подключенный минусом к точке соединения эмиттеров транзисторов конвертора, вторая цепочка из двух резисторов, включенная мехду средней точкой первичной обмотки трансформатора транзисторного конвертора и минусом второгоисточника опорного напряжения, второе устройство управления, подключенное первым входом к минусувторого источника опорного напряжения, а выходами - соответственно к базам транзисторов конвертора,устройство сравнения, один входкоторого подключен к плюсу второгоисточника опорного напряжения, другой - к точке соединения резисторов второй цепочки, а выход - ковторому входу второго устройствауправления, и второй дроссель,включенный между объединеннымикатодами диодов и плюсовой клеммойисточника питания,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе Щ 1. Авторское свидетельство СССР Р 554613, кл. Н 03 К 4/50, 1977.