Устройство для стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе
Владельцы патента RU 2371824:
Институт мониторинга климатических и экологических систем (RU)
Устройство для стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе предназначено для зарядки емкостного накопителя электрической энергии. Устройство содержит зарядный LC-контур с индуктивностью, конденсатором и диодом, зарядную цепочку из последовательно соединенных транзистора, дополнительных индуктивности и диода, при этом параллельно входу включены последовательно соединенные между собой стабилитрон и переменный резистор, который соединен с базой транзистора, а диод дополнительной зарядной цепочки соединен с накопительным конденсатором. Технический разультат - повышение к.п.д. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зарядки емкостного накопителя электрической энергии.
Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является устройство для стабилизации выходного напряжения импульсного преобразователя А.С. 365784, H02M 7/04. Устройство содержит электронный управляемый ключ, коммутирующий диод и зарядный LC-контур с дросселем и конденсатором.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: зарядный LC-контур с индуктивностью и конденсатором.
Недостатком данного устройства является наличие в схеме регулирующего ключа (с полным управлением). Запирание этого ключа будет происходить при протекании через него значительных токов, что будет приводить к динамическим потерям и снижению к.п.д. устройства в целом. Кроме того, в большинстве случаев в таких схемах в качестве ключей используются тиратроны или тиристоры, которые в данном случае не могут быть использованы, т.к. они закрываются при полном отсутствии прямого тока. Таким образом, такое техническое решение имеет ограниченное применение.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в возможности зарядки емкостного накопителя электрической энергии до фиксированного (стабилизированного) напряжения при питании от нестабилизированного источника питания промышленной сети, повышения к.п.д. зарядного контура и расширения применяемости.
Технический результат достигается введением в схему дополнительной цепи, позволяющей предварительно зарядить накопительный конденсатор до величины ΔUвх.
Предлагаемое устройство для стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе содержит зарядный LC-контур с индуктивностью и накопительным конденсатором.
В отличие от прототипа устройство снабжено дополнительной зарядной цепочкой из последовательно соединенных транзистора, дополнительной индуктивности, номинальная величина которой меньше номинальной величины индуктивности в LC-контуре, и диода, при этом параллельно входу включены последовательно соединенные между собой стабилитрон и переменный резистор, который соединен с базой транзистора, а диод дополнительной зарядной цепочки соединен с накопительным конденсатором. Зарядный LC-контур дополнительно снабжен диодом.
На фиг.1 изображена структурная схема устройства, а на фиг.2 и 3. - временные диаграммы работы схемы.
Схема содержит стабилитрон 1, переменный резистор 2, транзистор 3, зарядную индуктивность 4, дополнительную зарядную индуктивность 5, диоды 7, 6 и накопительный конденсатор 8.
Схема работает следующим образом.
Vвх - постоянное напряжение питания схемы, нестабилизированное.
Ucm - напряжение стабилизации стабилитрона 1.
Индуктивность 4 больше индуктивности 5. Параллельно накопительному конденсатору 8 подключается нагрузка. Время заряда накопительного конденсатора 8 значительно превышает время его разряда. Активное сопротивление зарядной цепи близко к нулю. При этих условиях напряжение Uвых, до которого будет заряжаться накопительный конденсатор, будет вычисляться по формуле
При Uвх<Uст стабилитрон закрыт и не будет оказывать влияние на работу схемы. Заряд накопительного конденсатора 8 будет осуществляться по цепи индуктивность 4, диод 6. Согласно формуле (1) изменение Uвх на величину ΔUвх будет приводить к изменению Uвых на величину 2ΔUвх.
Форма напряжения Uвых при Uвх<Ucm показана на фиг.2.
При Uвх>Ucm стабилитрон начнет открываться и на переменном резисторе 2 появится напряжение ΔUвх. Это напряжение, усиленное по току транзистором 3, который включен по схеме эмиттерного повторителя, подается на дополнительную зарядную цепь-индуктивность 5, диод 7.
Так как индуктивность 5 меньше индуктивности 4, то заряд накопительного конденсатора 8 по цепи индуктивность 5, диод 7 от напряжения ΔUвх будет осуществляться быстрее, чем по цепи индуктивность 4, диод 6 от напряжения Uвх=Uст+ΔUвх.
В данном режиме заряд накопительного конденсатора 8 можно разбить на два этапа.
Первый этап - это заряд накопительного конденсатора 8 по цепи индуктивность 5, диод 7 от напряжения с выхода транзистора 3, которое может быть установлено ΔUвх/2 переменным резистором 2:
U'вых=2(ΔUвх/2)=ΔUвх.
Второй этап это заряд накопительного конденсатора 8 по цепи индуктивность 4, диод 6 от входного напряжения, которое равно Ucm+ΔUвх, при этом необходимо учесть, что накопительный конденсатор 8 уже заряжен до величины ΔUвх.
В результате на накопительном конденсаторе получим напряжение:
Uвых=2(Uст+ΔUвх-U'вых)=2(Uст+ΔUвх-ΔUвх)=2Uст.
Таким образом, напряжение на накопительном конденсаторе Uвых будет равно удвоенному напряжению стабилитрона и не будет зависеть от переменной величины ΔUвх.
Форма напряжения Uвых при Uвх>Uст показана на фиг.3.
Данное устройство изготовлено в виде опытного образца с применением доступной элементной базы. При испытаниях был подтвержден заявленный технический результат.
Устройство для стабилизации напряжения на накопительном конденсаторе, содержащее зарядный LC-контур с индуктивностью и накопительным конденсатором, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительной зарядной цепочкой из последовательно соединенных транзистора, дополнительных индуктивности, номинальная величина которой меньше, чем у индуктивности из LC-контура, и диода, при этом параллельно входу включены последовательно соединенные между собой стабилитрон и переменный резистор, который соединен с базой транзистора, а диод дополнительной зарядной цепочки соединен с накопительным конденсатором, причем зарядный LC-контур снабжен диодом.
