Генератор импульсов тока

 

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано для заряда накопительного конденсатора при питании от низковольтного источника питания. Цель изобретения - повышение надежности генератора. Генератор импульсов тока содержит N параллельных цепей с индуктивными накопителями 1-1-1-N, параллельно выводам которых подключены конденсаторы 2-1-2-N соответственно, а также диоды 3-1-3-(2N-2) параллельных цепей, диоды 4-1-4-N последовательной цепи, тиристорный ключ 5 и линейный дроссель 6 в цепи источника питания, датчик 7 тока и датчик 8 напряжения, выходами соединенные с блоком 9 управления, источник питания с выводами 10, 11, накопительный конденсатор 12, подключенный к выводам 11 и 13. Благодаря такому построению генератора обеспечивается бестоковая коммутация управляемого ключа в цепи источника питания. 4 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Н 03 К 3/э3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ я(»9лн, лл-р.

Г

1 -.-. д;., ." „ - ., ° l й»,, л ".1 л»л»л»»л»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4495775/24-21 (22) 18,10.88 (46) 30,07.90, Бюл. к 28 (71) Истринский филиал Всесоюзного электротехнического института им, В,И.Ленина (72) С.В.Липатов (53) 621.373 (088.8) (56) Патент ФРГ Ф 1488941, кл. Н 03 К 3/53, 1970.

Авторское свидетельство СССР

М 824412, кл. Н,ОЗ К 3/53, 1980. (54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ТОКА (57) Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано для заряда накопительного конденсатора при питании от, низковольтного источника питания. Цель изобретения—

2 повышение надежности генератора. Генератор импульсов тока содержит N параллельных цепей с индуктивными накопителями 1-1,..., 1-N, параллельно выводам которых подключены конденсаторы 2-1,...,2-N соответственно, а также диоды 3- 1,...,3-(2N-2) параллельных цепей, диоды 4-1,...,4-N последовательной цепи, тиристорный ключ 5 и линейный дроссель 6 в цепи источника питания, датчик 7 тока и датчик 8 напряжения, выходами соединенные с блоком 9 управления, источник питания с выводами 10, 11, накопительный конденсатор 12, подключенный к выводам 11 и 13. Благодаря такому построению генератора обеспе- 3 чивается бестоковая коммутация управляемого ключа в цепи источника пиаания. 4 ил. С::

1582336

Изобретение относится к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано для заряда накопительного конденсатора при питании от низковольтного источника питания.

Цель изобретения — повышение надежности путем обеспечения бестоковой коммутации в цепи источника пита- 10 ния и возможности объединения общей ! шиной одного из выводов источника питания и нагрузки. ! На,фиг ° 1 и 2 изображены примеры выполнения генератора импульсов тока; 15 на фиг. 3 —. временные диаграммы, потребляемого тока i, (а), тока диодов параллельных цепей (б), тока

<идентичных индуктивных накопителей (б), заРЯдного тока ic идентичных 20 конденсаторов параллельных цепей.(б), напряжения U „ на одном из конденса—

1 торов параллелью 1х цепей (в) и тока нагрузки 1 g (г), на фиг. 4 — эквивалентные схемы замещения r енератора 25 импульсов тока на интервале накопления энергии в конденсаторах (а), на интервале накопления энергии в индуктивных накопителях (б) и на» интервале протекания тока нагрузки (в).

Генератор импульсов тока (фиг.1) содержит N параллельных цепей с индуктивными накопителями 1 — 1. ..,I-N, параллельно выводам которых подключены конденсаторы 2-1,...,2-N, a также диоды 3-1...;,3-(2N — 2), диоды

4-1,...,4-N, тиристорный управляемый ключ 5 и линейный дроссель 6 в цепи источника питания, датчик 7 тока и датчик 8 напряжения, выходами соединенные с входами блока 9 управления, положительный и отрицательный выводы

10 и 11 источника питания, нагрузку, например накопительный конденсатор

12, подключенный к выводам 11 и 13.

Генератор импульсов тока (фиг.1) работает следующим образом.

В момент времени, когда ток 1„ в зарядной цепи накопительного конденсатора 12 спадет до нуля (фиг.3,г), диоды 4- 1,...,4-N последовательной цепи закрываются и по сигналу с датчика 7 тока с блока 9 управления на управляющий. электрод тиристорного ключа 5 поступает запускающий импульс. Ключ 5 и диоды 3-1,...,3(2N-2) параллельных цепей открываются, и начинается колебательный заряд конденсаторов 2-1,...,2-N от источника питания через линейный дроссель

6 (интервал О-t„, фиг. 3,в). Эквивалентная схема замещения генератора импульсов тока на рассматриваемом интервале представлена на фиг. 4,а.

При этом напряжение на конденсаторах

2-1,...,2-N в начальный момент времени имеет полярность, указанную на фиг. 2 и 4,а в скобках, и равно

1Jcv /N где UcH — напряжение на накопительном конденсаторе 12 к моменту очередного включения ключа 5. На интервале 0-t ток индуктивных накопителей д под действием напряжения на конденсаторах Uc течет в обратном направлении по отношению к току диодов i> поэтому i = i с — i L. При

> t при 11.и с совпадают по направлению с током i g (i = . + i ) с причем возрастание тока 1.„ индуктивных накопителей происходит тем медленнее (быстрее), чем больше (меньше) отношение К = Lg/L где L — индуктивность линейного дросселя 6; Lz индуктивность И параллельно включенных индуктивных накопителей 1- 1,..., 1-N.

К моменту ta» равному половине периода свободных колебаний L С -кон1 1 тура,.где С, — емкость параллельно включенных конденсаторов 2- 1.. .,2-N напряжение на конденсаторах 2-1,..., 2-N при высоких К (более 10-15) и высоких добротностях контура (Q = — 10-20) мтксимально и близко к

2U „+ Uq /N где U напряжение источника питания. При этом конденсаторы имеют полярность, указанную на фиг. 1 и 4,а без скобок. При

7 о, ток т.с меняет свое направление по отношению к току i y (i a = iL — -..c)

Ф и в момент t равенства нулю потреб

1, ляемого тока i „(i = N ) ключ 5 и диоды 3-2.. .,3-(2N-2) параллельных цепей закрываются. Для рбеспечения работоспособности схемы достаточно выбрать такое отношение К = 1.

С момента t 7 t, конденсаторы

2- 1,...,2-N заряженные до напряжения несколько меньше максимального, начинают отдавать свою энергию соответственно индуктивным накопителям

1-1,...,1-N при этом полностью разряжаясь и частично перезаряжаясь (интервал t„-t, фиг.3,в). Эквива1582336

6 е

1О

40

55 лентная схема замещения генератора импульсов на этом интервале представлена на фиг.4,б. Интервал Г -С накопления энергии в индуктивных накопителях 1-1,..., 1-N имеет место до тех пбр, пока напряжение на последовательно соединенных конденсаторах 2-1,...,2-N не станет равным напряжению Uq на накопительном конденсаторе 12. Так как электромагнит— ные процессы в идентичных параллельных цепях происходят практически одновременно, то каждый иэ конденсаторов перезаряжается до напряжения

-У„„/N. При этом интервал, -t по продолжительности всегда превышает интервал О-t что связано с обеспечением запаса по индуктивностям К.

На интервале и -t з (фиг.З) по ие— пи из последовательно соединенных индуктивных накопителей 1-1, ° ...1-N, диодов 4-1,...,4-N датчика 7 тока и накопительного конденсатора 12 (фиг.l) протекает ток i равный току одного индуктивного накопителя при условии, что емкость накопительного конденсатора 12 существенно больше емкости последовательно соединенных конденсаторов 2-1,...,2-N.

Эквивалентная схема генератора импульсов имеет вид, представленный на фиг. 4,в, Очередное включение ключа 5 происходит после спада тока нагрузки до 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 по сигналу с датчика 8 напряжения блок

9 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 N, превышающего напряжение источника питания, где N — число каскадов генератора импульсов тока.

При большой суммарной емкости конденсаторов параллельных цепей (при большой запасаемой энергии) максимальная собственная частота зарядного контура ограничена минимально достижимой индуктивностью дросселя 6 с заданной добротностью. Поэтому с це-лью повышения собственной частоты зарядного контура, а следовательно, уменьшения времени накопления энергии в индуктивных накопителях в каждую параллельную цепь введен линейный дроссель 6- 1,.. °,6-N (фиг.2) .

В этом случае максимальная собственная частота идентичных зарядных конденсаторов ограничена уже минимально достижимой индуктивностью этого контура с заданной добротностью и емкостью лишь одного конденсатора. Генератор импульсов тока (фиг.2) при этом работает аналогичным образом.

В пр едл аг а емом г е нер ат ор е имп ул ьсов 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 LC-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.

Ф о рмула и з о б р е т е ни я

Генератор импульсов тока, содержащий N 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 в

1582336 прямом направлении относительно тока источника питания, третьи диоды включены в прямом направлении относитель— но разрядного тока индуктивных накопителей, второй вывод последнего индуктивного накопителя через последовательно соединенные нагрузку и ключ соединен с первым выводом первого индуктивного накопителя, о т ! л и ч а ю шийся тем, что, с цел ью повышения надежности, введены датчик тока, датчик напряжения, дрос-! с4ль, N конденсаторов, каждый из которых включен параллельно соответствующему индуктивному накопителю, д оссель включен в цепь заряда индуктивных накопителей, первый вывод первого индуктивного накопителя соединен с объединенными вторыми выводами первых диодов, второй вывод последнего индуктивного накопителя соединен с объединенными вторыми выводами вторых диодов, ключ выполнен неуправляемым, датчик напряжения включен параллель о нагрузке, выход датчика напряжения подсоединен к первому входу блока управления, выход которого соединен с управляющим выводом управляемого ключа, датчик тока включен в цепь нагрузки, выход датчика тока. соединен с вторым входом блока управления.

1582336

L ! — )

+)

Составитель М. Белякова

Техред М.Ходанич. Корректор М.Шароши

Редактор А.Лежнина

Заказ 2096 Тираж 664 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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