Способ регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включающего резонансную LC-цепь заряда , при котором изменяют соотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения независимости регулировки амплитуды и периода следования выходных импульсов, устанавливают заданное значение периода следования выходных импульсов и для достижения требуемого значения амплитуды выходных импульсов изменяют указанное соотношение в преде- g лах от 0,5 до 1 путем регулирования значений параметров реактивных эле- |ГЛ ментов цепи заряда.W/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3366882/24-07 (22) 18.12.81 (46) 23.01.84. Бюл, М 3 (72) Ю.E.Håñâèæñêèé и B.À.Càõàðoâ (71) Ленинградский электротехниче.ский институт связи им. проф .

М.A.Бонч-Бруевича (53) 621.314.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 415789, кл. Н 03 К 3/64, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 575744, кл. Н 02 М 3/135, 1977, 3. Патент США М 3543130, кл. 321 вЂ, 1970.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 875556, кл, Н 02 M 3/135,1981. (54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, включакщего резонансную LC-цепь эа,.ЗФ„, 1 89 А

1(50 Н 02 М 3 135 Н 02 рядa, при котором изменяют соотношение между час-отой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения независимости регулировки амплитуды и периода следования выходных импульсов, устанавливают заданное значение периода следования выходных импульсов и для достижения требуемого значения амплитуды выходных импульсов иэме няют указанное соотношение в преде- Я лах от 0,5 до 1 путем регулирования значений параметров реактивных элементов цепи заряда. (::

1069089

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для получения импульсов с регулируемсй амплитудой в импульсных преобразователях, которые могут являться, например, составной частью регулируемых источников высокoro напряжения.

Известны способы регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряже- 10 ния, огласно которым периодически производят резонансный заряд накопительного конденсатора до максимального значения, равного удвоенному значению ВхОднОГО пОстОяннОГО напря- 5 жения, и последующий раэряД его при подключении к цепи нагрузки. Регулировку среднего значения выходного напряжения при фиксированной нагрузке производят путем изменения частоты . коммутации накопительного конденсатора при однем и том же максимальном значении напряжения на нем, т.е. изменением скважности следования импульсов при неизменной их амплитуде (1 1 — $3)

Недостатком известных способов является невозможность регулирования выходного напряжения при изменении нагрузки в широких пределах вплоть до режима холостого хода или емкостной нагрузке, поскольку конденсаторы фильтра выпрямителя заряжаются до амплитудного значения импульсного напряжения, которое, как указывалось, остается неиэменн м. 35

Наиболее близким к изобретению является способ регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения, включакщегo резонансную LC-цепь за- 40 ряда, при котором изменяют соотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса. В этом способе регулирование амплитуды выходных импульсов производят путем изменения частоты коммутации накопительного конденсатора на нагрузку в пределах от F до 2F при постоянной частоте Fo собственных колебаний резонансной зарядной цепи(4 3.

Однако при этом с изменением выходного напряжения изменяется частота следования выходных импульсов, что ограничивает возможности использования способа.

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей 60 путем обеспечения независимости регулировки амплитуды и периода следования выходных импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулирования выходного напряжения импульсного преобразователя постоянного напряжения, включающему резонансную

LC-цепь заряда, при котором изменяют соотношение между частотой собственных колебаний резонансной цепи эаая— да накопительного конденсатора и частотой подключения конденсатора к цепи нагрузки на время, равное требуемой длительности выходного импульса, устанавливают заданное значение периода следования выходных импульсов и для достижения требуемого значения амплитуды выходных импульсов изменяют укаэанное соотношение в пределах от 0,5 до 1 путем регулирования значений параметров реактивных элементов цепи заряда.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

В связи с тем, что зарядная цепь накопительного конденсатора является резонансной с частотой F собственных колебаний, то мгновенное значение напряжения на нем изменяется по гармоническому закону с периодам, определяемым параметрами резонансной зарядной цепи.

При неизменных параметрах зарядной цепи и постоянной частоте F коммутации накопительного конденсатора, его разряд происходит при одинаковых значениях мгновенного напряжения на нем и выходное напряжение остается неизменным. Регулирование выходного напряжения в таком преобразователе осуществляется путем изменения соотношения между частотой собственных колебаний резонансной цепи заряда накопительного конденсатора и частотой подключения его к цепи нагрузки, т.е. путем разряда конденсатора при разных мгновенных значениях напряжения на нем.

Указанное регулирование осуществляют путем изменения частоты F собственных колебаний зарядной цепи при неизменной частоте F êîììóòàöèè накопительного конденсатора на нагрузку, изменяя параметры реактивных элементов зарядной цепи, например индуктивность зарядного дросселя.

При этом наибольшие пределы изменения амплитуды выходных импульсов при минимальном диапазоне изменения частоты F получают в том случае, если соотношение F и l=j, изменяют в пределах от 0,5 да 1.

На фиг. 1 приведена схема реализации предлагаемого способа импульс- ного преобразования; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжений и токов, поясняющие процессы преобразования и регулирования амплитуды выходных импульсов при осуществлении способа.

Импульсный преобразователь содержит дроссель 1 и накопительный конденсатор 2, выполненные с возмож1069089. ностью регулировки и соединенные последовательно, параллельно конденсатору 2 подсоединены последовательно включенные тиристор 3 и первичная обмотка трансформатора 4, к втор ич ной обмотке к от срого подс оединена нагрузка 5. К входу тиристора 3 подключен выход генератора 6.

Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии тиристор 3 10 закрыт и при подаче напряжения питания Е производится резонансный заряд конденсатора через дроссель 1, в процессе которого напряжение на нем колебательно достигает эначе- 15 ния Е (фиг. 2 а) .

При подаче импульса. управления 0 (фиг. 2 б) от генератора 6 на тиристор 3, последний открывается, конденсатор 2 подключается к цепи нагрузки,и разряжается через тиристор и первичную обмотку трансформатора 4.

При этом в последнем образуется импульс тока 1 (фиг. 2 в и д) с амплитудой, пропорциональной напряжению

Uc- Е °

При уменьшении разрядного тока конденсатора до величины, меньшей тока удержания тиристора, последний закрывается (момент времени фиг. 2 а) и начинается резонансный заряд конденсатора при отрицательном начальном напряжении на конденсаторе Uc =-Е, так как в процессе разряда происходит его переразряд через индуктивность первичной обмот- 35 ки трансформатора 4.

При прохождении максимального значения напряжения на конденсаторе 2, которое может превышать удвоенное значение напряжения Е источни- 40 ка из-эа наличия укаэанного начального отрицательного напряжения, происходит резонансный переразряд конденсатора через дроссель, напряжение на нем уменьшается и при дости- 45 женин максимального значения напряженияО с,„ (момент времени 6, фиг. 2 а) производится подключение конденсатора 2 к цепи нагрузки путем открывания тиристора 3 импульсом управления от генератора 6. При этом ,в результате разряда конденсатора 2 в цепи нагрузки образуется импульс тока 1 (фиг. 2 в) с минимальной тмин амплитудой пропорционально в ине 55

Uc„,,. (фиг. 2 а) . После разряда кондейсатора 2 и запирания тиристора 3 начинаетс я новый цикл формирования выходного импульса.

Таким образом, при периодической 60 коммутации конденсатора 2 с частотой F ц, равной частоте F собственных колебаний резонансной зарядной цепи, состоящей иэ последовательно соединеннйх дросселя 1 и конденсато- 65 ра 2, получают выходные импульcb с минимальной амплитудой и периодом следования F = F

При уменьшении частоты F собственных колебаний резонансной зарядной цепи путем изменения ее параметров (увеличение индуктивности дросселя 1 или емкости конденсатора 2) подключение конденсатора к нагрузке и его разряд происходят при больших значениях напряжения на конденсаторе, так как частота коммутации остается постоянной, и, следовательно, возрастает амплитуда импульсов тока и, соответственно, выходных импульсов напряжения на нагрузке 5.

Кроме того, вследствие изменений начальных условий резонансного заряда конденсатора 2 (увеличения отрицательного напряжения на нем в результате перезаряда), максимальное значение напряжениями „ на нем также возрастает (фиг. 2 r) и при частоте собственных колебаний зарядной цепи

0,5 F«T.e. при подключении конденсатора 2 к цепи нагрузки 5 в моменты времени, близкие к моменту прохождения напряжения на нем через максимальное значение, оно достигает максимально возможного значения, значительно превышающего удвоенное напряжение источника питания(0 26)

Вследствие этого амплитуда импульсов тока 1 (фиг. 2 д) также резко возрастает и достигает максимального значения, пропорционального

0 „ . Ввиду этого обеспечивается шйрокий диапазон регулировки амплитуды выходных импульсов при изменении частоты собственных колебаний резонансной зарядной цепи в пределах О, 5 F< < F c F< . При этом частота F следованйя выходных импульсов оста» ется неизменной.

Наиболее выгодно производить коммутацию конденсатора во время его резонансного перезаряда (разряда на дроссель через источник питания), т.е. после прохождения мгновенного

)значения напряжения на конденсаторе через максимальное значение ° При этом соотношение частоты Г собственных колебаний зарядной цепи и частоты F коммутации конденсатора лежит в пределах F/C =O,5 — 1.

Если F(F„(0,5, то коммутация конденсатора йроисходит во время заряда накопительного конденсатора, постоянная составляющая тока, потребляемого от источника питания, резко возрастает беэ заметного увеличения выходного напряжения и КПД преобразователя падает. Кроме того, при коммутации конденсатора с помощью тиристорных ключей затрудняется надежное запирание их в моменты коммутации, особенно при воздействии электромагнитных помех.

). (.(6 9089, 1 О т-т- т.—..; ЛЕ-«Oт;; «Ir! я, «

7т т

f . У! (тт

-,.! (т4 —:Ь-! — — — --1 т у

1 тт «т ! I ,1!,!!

,;. j !

«(j

1 ! тт, !

1« ! " ! ! ! ! ( (! IJ ! т Р ! I («= ! ! ! (т ( т т (1 !« !

I ! т! ! ! ! т т «, !

1! ! т т т

Г (1

1 ! т !

1 ; т т

ВИИИПИ Заказ 11486/52 Тираж 672 I,oäïBcí е филиал ППП "Патент ", B у1((город „. jul IIpG=(« H H 4

При соотношении частот /,> 1 умен шается диапазон регулирования Выходного напряжения, который Определяется отношением максимального к минимального значений напряжения на конденсаторе. Так как реальная цепь заряда Конденсатора имеет,. как правкло актииные потери, то при коммутацкк конденсатора с частотой Р„(F т.е. фактически после первого периода его перезаряда, отношение предельных значений напряжения на конденс=-:— торе уменьшается вследствие затуха-ния процесса колебательного заряда накопительного конденсатора.

Таким образом, наиболее целесообразной является коммутация конденсатора при соотношении частот

pgp„= о,ь - a.

Таким образом, предлагаемый с11особ импульсного преобразования посIB.ipBI„ Bõ÷ НО ЗОл" ет ПОлу—

"и .".1 ЯЬ1Х Э;«(НЫС. К((1 УЛЬ ОЫ C Pт-:!.-т,т т(КРУ Е

МСй «1!11КЛК I « Дой В ШИРОК OM ДК«3(1 а 3 ОКЕ тт ««1 тня ". (та 1«" Рт««31<Е, Bf" ïOÐB ДО PeEH—

Ма . .ттт(О«1 т -,т О .От 1 6«33 К3МЕН ЕНИЯ

П(-..е((яа -аемый способ импульсного . Рео«бо««т 3 ОВ а нкЯ цслес ОО6Ра3 но исполь

:-.-В=. т Ь -,Р : "ПОЛУЧЕНИИ РЕГУЛИРУЕМОГО

:IIiCтт RBÊO::"O BBIiPßæÅBßB В УСтРОйетзаХ, В .-.-.:Ок оВ Оль I ной техники, напркмер, В

;:стройствах для Высоковольтной трет(КРОВ((к 3, 1ектPОВакvтттмнь(х ИРибОРОВ

Я Р 11 ! Х Г Р О И 3 3 ОД С т В Е и = К С (т«лт У 2 т а Ц К И т

B i"còooéc!.Вах для испытаHNp. 3лектркч «Bc;:: Ой к3 Ол яцкк и т. г(., а также кс1 1 ОЯЬ -" OBB. «B ДЛЯ ГЕ(-1Е«ВИЭОВаНКЯ МО(т(НЫХ

УПОаз!(ЯЮЩК1(Hb(T() ЛЬСОВ Разл«КЧ(ЯЬ«Х УСтройств импульсной к преобразователь(-,O«". тЕХН «i":т.т