Устройство для умножения напряжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) 111) А 5290 4 Н 02 М 7/ фЦ)111 с.: . ."п 1)1Е Ь ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ий инстисредуниверо СС 1980 СССР 198 СССР 1973) УСТРОЙСТВО НИЯ НАПРЯЖЕНИЯ(57) Изотехнике лектроетение относитсможет быть испосточника питания ьзован с повышен Цель изобости умноачеств ным напряжением.увеличение кратн ным вых ретения У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П.1 НТ СССР д ВторСНому СЕИДКТЕЛЬСТВ 4326381/24-0702,10,8715.10.89, Бюл, 9 38Научно-исследовательстут физики конденсированныхЕреванского государственноситета(56) Авторское свидетельстВ 930538, кл. Н 02 М 7/10,Авторское свидетельство9 1226588, кл. Н 02 М 7/10Авторское свидетельствоВ 575748, кл. Н 02 М 7/10,жения при одновременном упрощении.Устройство состоит из первого каскада умножения напряжения, к которомупоследовательно подключены дополнительные каскады умножения напряженияКаждый дополнительный каскад состоитиз двух пар последовательно соединенных диодов 7, 9 (17, 19) и 8, 10 (1820) и двух цепочек емкостных накопителей из последовательно соединенныхконденсаторов 11, 12 (21, 22) и 13, 14 (23, 24). С помощью коммутирующихэлементов 15, 16, 25, 26 осуществляется послЕдовательное или параллельное соединение соответствующих конд нсаторов для обеспечения увеличения выходного напряжения по законугеометрической прогрессии с кратностью, равной трем. Это приводит квозможности получения высокого выходного напряжения при меньшем числе используемых элементов устройства2 з.п. ф-лы, 8 ил.3 151529Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с повышенным выходным напряжением,Цель изобретения - увеличение5кратности умножения при одновременном упрощении устройства.На фиг.1 - 4 представлены варианты предлагаемого устройства для умножения напряжения; на фиг.5 - вариантвыполнения емкостного накопителяэнергии; на фиг.б и 7 - вариантыпредлагаемого устройства, где в качестве коммутаторов использованы фототиристоры (фиг.б) или тиристоры(фиг.7); на фиг.8 - эпюры изменениянапряжения во времени на выходе источника знакопеременного напряженияпо фиг,.2. 20Устройство (фиг, 1) состоит из входных выводов для подключения фаз А,В,питающей сети, к которому подключен первый каскад умножения напряжения, состоящий из основных диодов 1, 152 дополнительных диодов 3, 4 и емкостных накопителей в виде конденсаторов5 иб,Анод диода 1 и катод диода 2 соединены с входным выводом для подключения фазы С питающей сети. Катод диода 1 соединен с анодом диода 3 и через конденсатор 5 - с входным выводом для подключения фазы А питающейсети. Анод диода 2 соединен с катодом 15диода 4 и через конденсатор 6 - свходным выводом для подключения фазы В питающей сети. Катод диода 3и,анод диода 4 образуют выход первогокаскада, к которому последовательно 0подключены и каскадов (в данном случае и = 2) умножения напряжения, Первый дополнительный каскад включаетдиоды 7, 8 и 9, 10, две цепочки изнакопительных элементов (конденсаторов) 11 - 14 по два последовательносоединенных в каждой и два коммутирующих элемента 15, 16. Диоды 7, 9 соединены последовательно. Анод диода 7является одним из входов второго кас- Окада, соединенного с катодом диода 3,со свободной обкладкой конденсатора11 и с одним иэ выводов коммутирующего элемента 15. Диоды 8, 10 соединены последовательно. Катод диода 8 является другим входом каскада и соеди-нен с анодом 4, свободной обкладкойконденсатора 12 и с одним из выводовкоммутирующего элемента 16, другой вывод которого соединен с другим выводом коммутирующего элемента 15 и собщей точкой соединения конденсаторов 13, 14, свободными выводами соединенными соответственно с анодомдиода 9 и с катодом диода 10. Свободные выводы силовых электродов диодов9, 10 образуют выход второго каскада,Последний каскад умножения напряжения включает те же элементы, что ивторой умножения напряжения, а именно диоды 17 - 20, конденсаторы 21-24и коммутирующие элементы 25, 26, соединенные аналогичным образом, причемвыход последнего каскада умножениянапряжения образует выходные выводыдля подключения нагрузки 27. Междувыходными выводами включена цепочкаиз последовательно соединенных выходных конденсаторов 28, 29. Общие точки соединения конденсаторов первыхцепочек каскадов умножения, а именно конденсаторов 11, 12, 21, 22 и выходных конденсаторов 28, 29,объединены, образуя общий вывод, которыйзаземлен,Устройство по фиг.2 отличаетсяот устройства по, фиг.1 тем, что в качестве источника 1 питания использованисточник 30 знакопеременного напряжения с заземленным полюсом,Устройство по фиг,З отличается отустройства по фиг,2 тем, что в качестве источника питания использованы фазы А и В трехфазного источникапитания, а в качестве коммутирующихэлементов использованы двухпозиционные коммутаторы 31, 32 и введены связанные с землейдополнительные диоды 33-36, наличие которых не обязательно для обеспечения работоспособности устройства. В случае необходимости нагрузка 27 может быть включена и на половину выходного напряжения последнего каскада, как это показано на фиг,З.Устройство по фиг,4 отличается отустройства по фиг,2 тем, что первыецепочки накопительных элементов каждого дополнительного каскада умножения напряжения выполнена в виде одного конденсатора 37 (38). Выходная це"почка также выполнена в виде одногоконденсатора 39. В качестве источника питания использована однофазная сеть.На фиг.5 представлен вариант выполнения емкостного элемента, состо15290 10 5 15ящего иэ обклддок 40, 41 и проводящих с.поев 42, 43,Случай использования н качествекоммутирующих элементов, н вариантена фиг.2, фототиристоров 44 и 45 поясняет фиг.б, где управление фототиристорами 44 и 45 осуществляется соответственно посредством источниковизлучения 46 и 47 (в качестве источников излучения 46 и 47 могут бытьиспользованы, например, светоизлучающие диоды), которые через диоды48 и 49 подключены к делителю напряжения, состоящего иэ сопротивлений 50, 51, включенных под напряжение источника 30. Причем источник излучения 46 оптически связан с фототиристором 45, а источник излучения47 оптически связан с фототиристором 44.Случай использования в качествекоммутирующих элементов (фиг,2) тиристоров 51 и 52 поясняет фиг.7,гдеуправление отпиранием тиристоров осуществляется посредством блока 53,в качестве которого, в частности,можно использовать дополнительный источник электрической энергии знакопеременного напряжения, совпадающий почастоте и фазе с источником знакопеременного напряжения 30 и связанныйс цепью управления тиристора 51 через диод, анод которого подключен квыводу упомянутого источника знакопеременного напряжения, а также связанный с цепью упранления тиристора52 через диод, катод которого подключен к выводу источника знакопеременного напряжения,Очевидно, что каждый из конденсаторрв накопительных элементов можетбыть выполнен в виде секций (блока)конденсаторов, включенньк параллельно. В случае, когда коммутируемое напряжение окажется больше номинального напряжения фототиристора (фиг.б)или тиристора (фиг.7), можно два иболее фототиристоров или тиристороввключать последовательно.Включение дополнительных диодов33-36 в варианте, представленном нафиг.3, осуществлено с целью уменьшения токов, протекающих через, диодыпредшествующих каскадов.Рассмотрим работу предложенногоустройства на примере варианта нафиг,2 (принцип повышения напряжения;во всех вариантах один и тот же),15 20 25 30 35 40 45 50 55 6После включения в момент Т, (см,фиг.8) источника электрической энергии 30 (см,фиг,5) конденсатор 5 заряжается (диод 1 открыт, диод 2 заперт), д к точке Е н ццтерндле времени То - С, прикладывается от источника 30 отрицательный потенциал.После момента , к точке Е прикладывается положительный потенциал,диод 2 отпирается (диод 1 заперт) иконденсатор 6 заряжается, С моментаколичество отрицательных зарядовна обкладке конденсаторд 5, подключенююго к точке Е, уменьшается, аэто принодит к увеличению потенциаладругой обкладки конденсатора 5 ивследствие этого положительные заряды с обкладки конденсатора 5 переходят ца обкладку конденсатора 11,заряжая конденсатор 11 до напряжения,превышающего напряжение источника 30.После моментак точке Е прикладывается отрицательный потенциал,конденсатор 5 заряжается (диод 1 открыт)восполняя прц этом прежнее максимальное количество положительных зарядовца обкладке, С момента сколичествоположительных зарядов ца обкладкеконденсатора 6, подключенного к точке Е, уменьшается, а это приводит кувеличению потенциала другой обкладки конденсатора 6 и вследствие этогоотрццате;тьцые заряды с обкладки конденсатора 6 переходят цд обкладкуконденсатора 12, здряждя коцдецсдтор12 до напряжения, превышающего ндпряжение источника 30,После момента г. к точке Е прцклддындется положительный потецццдл,коцденсатор 6 заряжается (диод 2 открыт), восполняя при этом прежнеемаксимальное количество отрпндтельцых зарядов па обкладке. С момсцтдколичество отрицательных зарядовэна обкладке конденсатора 5, подклк -ченного к точке Е, уменьшается, дэто принодит к увеличенпо потецццдла другой обкладки конденсатора 5 ивследствие этого положцтельшс здряды с обклддок конденсатора 5 переходят на обкладку конденсатора 1, заряжая конденсатор 11 до напряжения,превышающего напряжение источника 30.После момента г.вышеопцсдццыйпроцесс повторяется. При замыканиикоммутирующего элемента (коммутатора) 16 (коммутатор 15 разомкнут) конденсатор 11 подключается параллельно5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55- поскольку передача электрической энергии в предложенном техническом решении происходит слева направо, то целесообразно переключение коммутаторов каждого последующего каскада осуществлять с частотой равной или меньше частоты переключения коммутаторов предыдущего каскада. конденсатору 13, заряжая конденсатор 13, а при замыкании коммутатора 15 (коммутатор 16 разомкнут) конденсатор 12 подключается параллельно кондсцсатору 14 заряжая конденсатор 14При этом в процессе замыкания коммутатора 15 (коммутатор 16 разомкнут) конденсаторы 11, 13, 21 соединяются последовательно заряжая конденсатор 21. В процессе замыиания коммутатора 16 (коммутатор 15 разомкнут) конденсаторы 12, 14 и 22 соединяются последовательно, заряжая конденсатор 22.При замькании коммутатора 26 (коммутатор 25 разомкнут) конденсатор 21 подключается параллельно конденсатору 23, заряжая конденсатор 23, а при замыкании коммутатора 25 (коммутатор 26 разомкнут) конденсатор 22 подключается параллельно конденсатору 24, заряжая конденсатор 24. При этом в процессе замыкания коммутатора 25 (коммутатор 26 разомкнут) конденсаторы 21, 23 и 28 соединяются последовательно, заряжая конденсатор 28; в процессе замыкания коммутатора 26 (коммутатор 25 разомкнут) конденсаторы 22, 24 и 29 соединяются последовательно, заряжая конденсатор 29.Аналогичным образом происходит повышение напряжения при трех, четырехп каскадах.Необходимо также отметить, чточастота переключения коммутаторов может быть взята равной (фиг.6) или меньше частоты источника.электрической энергии знакопеременного напряжения 30;чем больше частота источника знакопеременного напряжения, тем большую мощность может обеспечить предложенное техническое решение на нагрузке 27 при тех же габаритах;коммутаторы каждого предыдущего или последующего каскадов могут включаться и отключаться одновременно - синхронно (см.фиг.1,3) или в противофазе (см,фиг.2); В с:учло выполцс.ция коммутаторовв виде фотоуправляемых элементов син"хроццое переключение коммутаторов может быть осуществлено аналогично переключению коммутаторов по вариантуна фиг 6. В этом варианте в периодыположительной полярности напряжения источника 30 фототцрцстор 45 находится в проводящем состоянии (таккак источник излучения 46 оптическисвязан с фототиристором 45), а фототиристор 44 находится к непроводящем состоянии. В периоды отрицательной полярности напряжения источника30 фототиристор 44 находится в проводящем состоянии (так как источникизлучения 47 оптически связан с фототиристором 44), а сЪототристор 45находится в непроводящем состоянии,Очевидно, что меняя оптическуюсвязь дополнительных светоизлучающихэлементов (подключенных параллельносветоизлучающим элементам 46 и 47ца фиг,6 дополнительные светоизлучающие элементы це показаны) с коммутаторами 25 и 26, выло:ненцыми ввиде фототиристоров, можно осуществлять как синхронное переключениекоммутаторов первого и второго кас -кадов, так и их переключение в противофазе (коммутатор 15 замыкается иразмыкается одновременно с коммутатором 26, а коммутатор 16 замыкаетсяи размыкается одновременно с коммутатором 25),Б качестве коммутаторов 15, 16,25 и 26 могут быть использованы идругие коммутаторы, например тиратроныФормула изобретения1. Устройство для умножения напряжения, содержащее входные выводы для подключения к источнику знакопеременного напряжения, выходные выводы для подключения нагрузки, первый каскад умножения напряжения и два добавочных диода, причем указанный каскад умножения напряжения состоит из двух диодов, первый иэ кото рых анодом, а второй катодом подключены к первому входному выводу, катод первого диода соединен с анодом первого добавочного диода и через первый накопительный элемент - с вторым входным выводом, анод второго диода соединен с катодом второго до 9 151 бавочного диода и через второй накопительный элемент - с третьим входным выводом, а свободные выводы силовых электродов добавочных диодов образуют выход первого каскада, о т - л и ч а ю щ е е, с я тем, что, с целью увеличения кратности умножения при одновременном упрощении, дополнительно введены п каскадов умножения напряжения и цепочка из двух последовательно соединенных выходных конденсаторов, включенная между выходными выводами, дополнительные каскады умножения напряжения включены последовательно с первым каскадом и- каждый иэ них включает первый и второй коммутирующие элементы, две цепочки, каждая из двух последовательно соединенных накопительных элементов, а также первый и второй основные и первый и второй дополнительные диоды, причем в каждом из дополнительных каскадов умножения напряжения первая цепочка накопительных элементов включена между анодом и катодом первого и второго основных диодов, образующих вход данного каскада, вторая цепочка накопительных элементов включена соответственно 52901 Омежду катодом и анодом этих же диодов, соединенных соответственно санодом первого и катодом второго дополнительных диодов, свободные выводы силовых электродов которых образуют выход данного каскада, первыйкоммутирующий элемент включен междуанодом первого основного диода и общей точкой соединения накопительныхэлементов второй цепочки, второй коммутирующий элемент включен между катодом второго основного диода и общей точкой соединения тех же указанных,накопительных элементов, общиеточки соединения накопительных элементов первых цепочек всех дополнительных каскадов объединены, образуяобщий вывод, а свободные выводы элек О тродов дополнительных диодов последнего каскада соединены с соответствующими выходными выводами.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что общая точ ка соединения выходных конденсаторовподключена к общему выводу,3. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что второйи третий входные выводы подключеныдруг к другу.1515290 дРи иР. У равцов з 6288/52 Тираж 648 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Иосква, Ж, Раушская наб д. 4/5 КНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина Составитель Л.Ус Редактор А,Долинич Техред И,Моргент