Устройство для умножения напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с повышенным выходным напряжением. Цель изобретения - увеличение кратности умножения при одновременном упрощении. Устройство состоит из первого каскада умножения напряжения, к которому последовательно подключены дополнительные каскады умножения напряжения. Каждый дополнительный каскад состоит из двух пар последовательно соединенных диодов 7,9 (17,19) и 8,10 (18,20) и двух цепочек емкостных накопителей из последовательно соединенных конденсаторов 11,12 (21,22) и 13,14 (23,24). С помощью коммутирующих элементов 15,16,25,26 осуществляется последовательное или параллельное соединение соответствующих конденсаторов для обеспечения увеличения выходного напряжения по закону геометрической прогрессии с кратностью, равной трем. Это приводит к возможности получения высокого выходного напряжения при меньшем числе используемых элементов устройства. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 М 7/10

8 Г и 1 "Ц р,3

114;;,.....;=. 411

E. Ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ABT0PCHOMV CBHQETEJlbCTBY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР

1 (21) 4326381/24-07 (22) 02. 10.87 (46) 15.10.89. Бюл. У 38 (71) Научно-исследовательский институт физики конденсированных сред

Ереванскоro государственного университета (72) M.С.Захарян (53) 621.314.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 930538, кл. Н 02 M 7/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N - 1226588, кл. Н 02 М 7/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф 575748, кл. Н 02 М 7/10, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с повышенным выходным напряжением. Цель изобретения — увеличение кратности умно.,Я0,„1515290 А1

2 жения при одновременном упрощении.

Устройство состоит из первого каскада умножения напряжения, к которому последовательно подключены дополнительные каскады умножения напряжения.

Каждый дополнительный каскад состоит из двух пар последовательно соединенных диодов 7, 9 (17, 19) и 8, 10 (18, 20) и двух цепочек емкостных накопителей иэ последовательно соединенных конденсаторов 11, 12 (21, 22) и 13, 14 (23, 24). С помощью коммутирующих элементов 15, 16, 25, 26 осуществляется послЕдовательное или параллельное соединение соответствующих конденсаторов для обеспечения увеличения выходного напряжения по закону геометрической прогрессии с кратностью, равной трем. Это приводит к возможности получения высокого выходного напряжения при меньшем числе используемых элементов устройства.

2 з.п. ф-лы, 8 ил.

3 151529

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с повышенным выходным напряжением.

Цель изобретения — увеличение

5 кратности умножения при одновременном упрощении устройства.

На фиг.1 — 4 представлены варианты предлагаемого устройства для умно- 10 жения напряжения; на фиг.5 — вариант выполнения емкостного накопителя энергии; на фиг.б и 7 — варианты предлагаемого устройства, где в качестве коммутаторов использованы фо- 15 тотиристоры (фиг.б) или тиристоры (фиг.7); на фиг.8 - эпюры изменения напряжения во времени на выходе источника знакопеременного напряжения по фиг.2. 20

Устройство (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, 2 дополнительных диодов 3, 4 и емкостных накопителей в виде конденсаторов

5иб, Анод диода 1 и катод диода 2 соединены с входным выводом для подклю- 1О чения фазы С питающей сети. Катод диода 1 соединен с анодом диода 3 и через конденсатор 5 — с входным выводом для подключения фазы А питающей сети. Анод диода 2 соединен с катодом 15 диода 4 и через конденсатор 6 — с входным выводом для подключения фазы В питающей сети. Катод диода 3 и.анод диода 4 образуют выход первого каскада, к которому последовательно 40 подключены и каскадов (в данном случае n = 2) умножения напряжения. Первый дополнительный каскад включает диоды 7, 8 и 9, 10, две цепочки из накопительных элементов (конденсато- 45 ров) 11 — 14 по два последовательно соединенных в каждой и два коммутирующих элемента 15, 16. Диоды 7, 9 соединены последовательно. Анод диода 7 является одним из входов второго кас- ° тр када, соединенного с катодом диода 3, со свободной обкладкой конденсатора

11 и с одним иэ выводов коммутирующего элемента 15. Диоды 8, 10 соедине. ны последовательно. Катод диода 8 яв- 5 ляется другим входом каскада и соеди- нен с анодом 4, свободной обкладкой конденсатора 12 и с одним из выводов коммутирующего элемента 16 другой вывод которого соединен с другим выводом коммутирующего элемента 15 и с общей точкой соединения конденсаторов 13, 14, свободными выводами соединенными соответственно с анодом диода 9 и с катодом диода 10, Свободные выводы силовых электродов диодов

9, 10 образуют выход второго каскада.

Последний каскад умножения напряжения включает те же элементы, что и второй умножения напряжения, а именно диоды 17 — 20, конденсаторы 21-24 и коммутирующие элементы 25, 26, соединенные аналогичным образом, причем выход последнего каскада умножения напряжения образует выходные выводы для подключения нагрузки 27. Между выходными выводами включена цепочка из последовательно соединенных выходных конденсаторов 28, 29. Общие точки соединения конденсаторов первых цепочек каскадов умножения, а именно конденсаторов 11, 12, 21 22 и выходных конденсаторов 28, 29,объединены, образуя общий вывод, который заземлен.

Устройство по фиг.2 отличается от устройства по; фиг.1 тем, что в качестве источника1питания использован источник 30 знакопеременного напряжения с заземленным полюсом.

Устройство по фиг.3 отличается от устройства по фиг.2 тем, что в качестве источника питания использованы фазы А и В трехфазного источника питания, а в качестве коммутирующих элементов использованы двухпозиционные коммутаторы 31 32 и введены связанные с землей" дополнительные 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.3.

Устройство по фиг.4 отличается от устройства по фиг.2 тем, что первые цепочки накопительных элементов каждого дополнительного каскада умножения напряжения выполнена в виде одного конденсатора 37 (38). Выходная це" почка также выполнена в виде одного

° конденсатора 39. В качестве источника питания использована однофазная сеть.

На фиг.5 представлен вариант выполнения емкостного элемента, состо5 15 ящего иэ обкладок 40, 41 и проводящих с. поев 42, 43.

Случай использования н качестве коммутирующих элементов, н варианте на фиг.2, фототиристоров 44 и 45 поясняет фиг.6, где управление фототиристорами 44 и 45 осуществляется соответственно посредством источников излучения 46 и 47 (в качестве источников излучения 46 и 47 могут быть использованы, например, светоизлучающие диоды), которые через диоды

48 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 излучения

47 оптически связан с фототиристором 44.

Случай использования в качестве коммутирующих элементов (фиг.2) тиристоров 51 и 52 поясняет фиг.7,где управление отпиранием тиристоров осуществляется посредством блока 53, в качестве которого, в частности,можно использовать дополнительный источник электрической энергии знакопеременного напряжения, совпадающий по частоте и фазе с источником знакопеременного напряжения 30 и связанный с цепью управления тиристора 51 через диод, анод которого подключен к выводу упомянутого источника знакопеременного напряжения, а также связанный с цепью упранления тиристора

52 через диод, катод которого подключен к выводу источника знакопеременного напряжения, Очевидно, что каждый из конденсаторрв накопительных элементов может быть выполнен в виде секций (блока) конденсаторов, включенньы параллельно. В случае, когда коммутируемое напряжение окажется больше номинального напряжения фототиристора (фиг.6) или тиристора (фиг.7), можно два и более фототиристоров или тиристоров включать последовательно.

Включение дополнительных диодов

33-36 в варианте, представленном на фиг.3 осуществлено с целью уменьшения токов, протекающих через, диоды предшествующих каскадов.

Рассмотрим работу предложенного устройства на примере варианта на фиг,2 (принцип повышения напряжения .во всех вариантах один и тот же).

После включения в момент t, (см, фиг.8) источника электрической a««p— гии 30 (см,фиг,5) конденсатор 5 заряжается (диод 1 открыт, диод 2 эа5 перт), л к точке Е н интернлле времени tо,— t, прикладывается от источника 30 отрицательный потенциал.

После момента t, к точке Е прикладывается положительный потенциал, диод 2 отпирается (диод 1 заперт) и конденсатор 6 заряжается, С момента количество отрицательных зарядов

1 на обкладке конденсаторл 5, подключенного к точке Е, уменьшается, а это принодит к увеличению потенциала другой обкладки конденсатора 5 и вследстние этого положительные заряды с обкладки конденсатора 5 иере20 ходят на обкладку конденсаторл 11,заряжая конденсатор 11 до напряжения, превышающего напряжение источника 30.

После момента t к точке Е прикладывается отрицательный потенциал,конденсатор 5 заряжается (диод 1 открыт) восполняя при этом прежнее максимальное количество положительных зарядов на обкладке, С момента t I количество положительных зарядов на обкладке конденсатора 6, подключенного к точке Е, уменьшается, а это приводит к увеличению потенциала другой обкладки конденсатора 6 и вследствие этого отрицате;тьные заряды с обкладки кон35 денсатора 6 переходят нл обкладку конденсатора 12, заря.жля кондепслтор

12 до напряжения, превышающего напряжение источника 30.

Пас,пе момента t> к точке Е прпк гл,1О дывается положительный потенцнлл, конденсатор 6 заряжается (диод 2 открыт), восполняя при этом прежнее максимальное количество отрицательных зарядов «а обкладке С момента количество отрицательных зарядов

3 на обкладке конденсатора 5, подклк— ченного к точке Е, уменьшается, а это принодит к увеличен по потенпилла другой обкладки конденсатора 5 и вследствие этого положптельныс зл,)ÿды с обкладок конденсатора 5 переходят на обкладку конденсатора !, заряжая конден::àòîð 11 до напряжения, превышающего напряжение источника 30.

После момента t < вышеопислнный процесс повторяется. При замыкании коммутирующего элемента (коммутатора) 16 (коммутатор 15 разомкнут) к !н денсатор 11 подключается параллельно

1515290

55 конденсатору 13, заряжая конденсатор

13, а при замыкании коммутатора 15 (коммутатор 16 разомкнут) конденсатор 12 подключается параллельно конденсатору 14 заряжая конденсатор 14 °

При 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 замыкании 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, четырех,...,п каскадах.

Необходимо также отметить, что частота переключения коммутаторов может быть взята равной (фиг.б) 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); — 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.

В с.Ió÷ëå выполнения коммутаторов в виде фотоуправляемых элементов синхронное переключение коммутаторов может быть осуществлено аналогично переключению коммутаторов по варианту на фиг„б. В этом варианте в периоды положительной полярности напряжения источника 30 фототиристор 45 находится в проводящем состоянии (так как источник излучения 46 оптически связан с фототиристором 45), а фототиристор 44 находится к непроводящем состоянии. В периоды отрицательной полярности напряжения источника

30 фототиристор 44 находится в проводящем состоянии (так как источник излучения 47 оптически связан с фото. тиристором 44), а фототиристор 45 находится в непроводящем состоянии.

Очевидно, что меняя оптическую связь дополнительных светоизлучающих элементов (подключенных параллельно светоизлучающим элементам 46 и 47 на фиг.б дополнительные светоизлучающие элементы не показаны) с коммутаторами 25 и 26, выполненными в виде фототиристоров, можно осуществлять как синхронное переключение коммутаторов первого и второго кас— кадов, так и их переключение в противофазе (коммутатор 15 замыкается и размыкается одновременно с коммутатором 26, а коммутатор 16 замыкается и размыкается одновременно с коммутатором 25), Б качестве коммутаторов 15, 16, 25 и 26 могут быть использованы и другие коммутаторы, например тиратроны.

Формула изобретения

1. 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 до9 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 икаждый 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

1О между катодом и анодом этих же диодов, соединенных соответственно с анодом первого и катодом второго дополнительных диодов, свободные выводы силовых электродов которых образуют выход данного каскада, первый коммутирующий элемент включен между анодом первого основного диода и общей точкой соединения накопительных элементов второй цепочки, второй коммутирующий элемент включен между катодом второго основного диода и общей точкой соединения тех же указанных,накопительных элементов, общие точки соединения накопительных элементов первых цепочек всех дополнительных каскадов объединены, образуя общий вывод, а свободные выводы элекд 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 точg5 ка соединения выходных конденсаторов подключена к общему выводу.

3. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что второй и третий входные выводы подключены друг к другу.

r0 1У фа22

1515290

Щиа7

Составитель Л.Устинкина

Редактор А.Долинич Техред M, oðãåíòàë Корректор 0 ° Êðàâöoâà

Заказ 6288/52 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101