Регулируемый умножитель напряжения жмакина

Авторы патента:

Будовских Евгений Александрович (RU)

Кузнецов Владимир Александрович (RU)

H02M3/07 - с конденсаторами, заряжаемыми и разряжаемыми попеременно с помощью полупроводникового прибора с управляющим электродом

Владельцы патента RU 2453029:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Регулируемый умножитель напряжения относится к электронике. Технический результат - получение источника регулируемого высокого и низкого постоянного напряжения широкого диапазона регулирования потенциалов и мощности. Регулируемый умножитель напряжения включает источник напряжения, состоящий из последовательно соединенных аккумуляторной батареи и выключателя, коммутирующее устройство, запирающие диоды, конденсаторную батарею. В качестве коммутирующего устройства используют запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен к вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения, вторым к дросселю с регулируемой сердечником индуктивностью, второй вывод дросселя подключен ко второму полюсу источника напряжения, параллельно дросселю через запирающие диоды подключена конденсаторная батарея, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения. 1 ил.

Регулируемый умножитель напряжения относится к электронике, предназначен для получения источника регулируемого высокого и низкого постоянного напряжения широкого диапазона регулирования потенциалов и мощности. Регулируемый умножитель напряжения найдет применение в телевизионных и компьютерных электронных схемах, в электронных устройствах различного назначения в качестве источника питания.

Известны умножители напряжения, использующиеся в системе зажигания автомобилей [1]. Умножители работают следующим образом: от источника постоянного низковольтного напряжения с помощью коммутирующего устройства подаются короткие импульсы тока на высоковольтный трансформатор, который производит импульсы высоковольтного напряжения, подающиеся в нагрузку, в моменты обрыва первичного импульса тока.

Недостатком указанных умножителей напряжения является наличие колебательного процесса в цепи, невозможность получения стабилизированного постоянного напряжения, узкая область применения, невозможность плавно регулировать величину выходного напряжения.

Наиболее близким к заявляемому устройству является умножитель напряжения, преобразующий переменное напряжения в постоянное (схема Латура, схема несимметричного удвоителя, утроителя, учетверителя напряжения) [2]. В нем производится заряд выходного конденсатора на постоянное напряжение, кратное амплитуде входного переменного напряжения, с помощью запирающих диодов благодаря последовательному включению конденсаторов. Зарядные импульсы на конденсаторы образуются за счет использования переменного напряжения.

Недостатком прототипа является ограниченность коэффициента умножения, малая отдаваемая мощность в нагрузку, необходимость для получения высоковольтного выходного напряжения использовать высоковольтное входное напряжение, невозможность плавной регулировки выходного напряжения.

Задачей заявляемого изобретения является повышение коэффициента умножения напряжения до десятков и сотен раз, использование любого, постоянного и переменного, низковольтного и высоковольтного источника напряжения, повышение мощности, отдаваемой в нагрузку, возможность плавно регулировать выходное напряжение.

Поставленная задача реализуется в регулируемом умножителе напряжения, включающем источник напряжения, состоящий из последовательно соединенных аккумуляторной батареи и выключателя, коммутирующее устройство, запирающие диоды, конденсаторную батарею. В качестве коммутирующего устройства используют запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен к вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения, вторым к дросселю с регулируемой сердечником индуктивностью, второй вывод дросселя подключен ко второму полюсу источника напряжения, параллельно дросселю через запирающие диоды подключена конденсаторная батарея, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема регулируемого умножителя напряжения.

Устройство содержит источник напряжения 1, в качестве коммутирующего устройства 2 используется запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен ко вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения 1 подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения 1 подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения 1, вторым к дросселю 3 с регулируемой сердечником индуктивностью и являющимся источником зарядных импульсов, второй вывод дросселя 3 подключен ко второму полюсу источника напряжения 1, параллельно дросселю через запирающие диоды 4 подключена конденсаторная батарея 5, запирающие диоды 4 имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения 1. Напряжение на нагрузку снимается с конденсаторной батареи 5.

В качестве источника напряжения 1 используется постоянное напряжение, получаемое от батареи GB, может использоваться любого вида выпрямительное устройство из переменного напряжения в постоянное. Через выключатель SA подается напряжение на схему. Коммутирующее устройство 2 образует импульсы тока через дроссель 3. В момент смены знака производной тока по времени di/dt с «плюса» на «минус» в дросселе 3 образуется ЭДС самоиндукции, полярность которой совпадает с полярностью запирающих диодов 4, благодаря чему вырабатываются зарядные импульсы, проходящие через запирающие диоды 4, на конденсаторную батарею 5, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику питания, что исключает влияние источника питания на заряд конденсаторной батареи 5. Поскольку ЭДС самоиндукции может по величине меняться скачком, а напряжение на конденсаторной батарее 5, согласно второму закону коммутации, скачком меняться не может [3] с каждым импульсом, прошедшим через дроссель 3 от запираемого тиристора, конденсаторная батарея 5 получает новый заряд, что приводит к ее многократному заряду. Таким образом, на конденсаторной батарее 5 напряжение плавно растет до величины максимума ЭДС самоиндукции, равной L·(di/dt). Чем выше частота следования импульсов через дроссель 3 и чем выше амплитуда тока этих импульсов, тем выше напряжение заряда батареи 5 и тем большую мощность конденсаторная батарея 5 отдает в нагрузку. Управляющие импульсы на запираемый тиристор VS образуются автогенератором, собранном на транзисторе VT. С помощью переменного конденсатора С1 регулируется частота следования управляющих импульсов на запираемый тиристор VS, таким образом регулируется частота следования импульсов тока через дроссель 3, благодаря чему регулируется величина выходного напряжения. Меняя индуктивность дросселя 3 сердечником, также производится регулировка величины выходного напряжения.

Полученное устройство позволяет добиваться коэффициента умножения напряжения до сотен раз за счет многократного заряда конденсаторной батареи с помощью ЭДС-самоиндукции, когда ее полярность совпадает с полярностью запирающих диодов, позволяет иметь большую мощность на выходе устройства за счет высокой частоты следования зарядных импульсов, плавно регулировать выходное напряжение в заданных пределах.

Источники информации

1. Электрооборудование автомобилей. Учебник для ВУЗов. Акимов С.В., Чижков Ю.П. - 2004 г. с.189-190

2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учебное пособие, Высшее образование, 2002 г., с. 323.

3. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи Л.А.Бессонов, 1996, с.184.

Регулируемый умножитель напряжения включает источник напряжения, состоящий из последовательно соединенных аккумуляторной батареи и выключателя, коммутирующее устройство, запирающие диоды, конденсаторную батарею, отличающийся тем, что в качестве коммутирующего устройства используют запираемый тиристор, управляющий электрод которого подключен к вторичной обмотке трансформатора, начало первичной обмотки которого подключено к коллектору транзистора, окончание обмотки подключено к переменному конденсатору, который вторым своим выводом подключен к базе транзистора, в эмиттерно-базовую цепь транзистора включены последовательно соединенные резистор и второй конденсатор, один полюс источника напряжения подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора и между резистором и вторым конденсатором, второй полюс источника напряжения подключен к эмиттеру транзистора, одним из силовых электродов запираемый тиристор подключен к источнику напряжения, вторым - к дросселю с регулируемой сердечником индуктивностью, второй вывод дросселя подключен ко второму полюсу источника напряжения, параллельно дросселю через запирающие диоды подключена конденсаторная батарея, запирающие диоды имеют обратную полярность по отношению к источнику напряжения.

Преобразователь напряжения // 2374745

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования электрической энергии переменного и постоянного тока в постоянное стабилизированное напряжение.

Элемент распределительного устройства и схема преобразователя для переключения множества уровней напряжения с таким элементом распределительного устройства // 2359395

Высоковольтный импульсный модулятор со стабилизацией амплитуды импульсов и электронный ключ для него (варианты) // 2339158

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к импульсным источникам электропитания, и предназначено для подачи высоковольтных импульсов на анод или управляющий электрод с целью обеспечения снабжения электроэнергией клистронов, ускорителей частиц, магнетронов, ламп бегущей волны и подобных им устройств.

Блок источника питания для электрохимических процессов // 2322748

Изобретение относится к области электротехники и касается способа осаждения металлов в электролите, зарядки аккумуляторных батарей, используя суммирование постоянного тока и импульсно-ударного тока.

Преобразовательная схема для коммутации множества уровней коммутируемого напряжения // 2307442

Изобретение относится к силовой электронике. .

Умножитель напряжения постоянного тока унпт воробьева // 2295822

Каскадный умножитель напряжения (варианты) // 2255410

Каскадный умножитель напряжения (варианты) // 2246788

Изобретение относится к электроэнергетике. .

Устройство энергопитания и электрическая схема, использующая это устройство энергопитания // 2218653

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах энергопитания. .

Бестрансформаторный источник питания // 2453030

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии и может применяться для преобразования напряжения питания переменного тока, например, промышленной сети в постоянное напряжение

Двунаправленный понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2454779

Преобразователь постоянного напряжения // 2505914

Предлагаемое устройство относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в источниках и системах вторичного электропитания, а также при создании многоуровневых инверторов, а также при создании автономных многоуровневых систем обмена электрической энергией постоянного тока. Устройство содержит входной (3), выходной (4) и общий выводы, два идентичных однотактных преобразователя (1) и (2), соединенных параллельно по входу и выходу, содержащих каждый n конденсаторов (6) и две группы двунаправленных ключей, причем первый ключ (7) первой группы включен между положительным выводом первого конденсатора и выходным выводом (4) преобразователя, (n-1) ключей (8) первой группы, каждый из которых включен между разноименными выводами конденсаторов соответствующих смежных цепочек, последний ключ (9) первой группы, соединяющий входной вывод (3) с отрицательным выводом последнего конденсатора. Каждый ключ второй группы соединяет отрицательный вывод соответствующего конденсатора с общим выводом (5) преобразователя. Введены n двунаправленных ключей, каждый из которых соединяет положительный вывод соответствующего конденсатора с входным выводом (3). Технический результат - расширение функциональных возможностей, т.к. является двунаправленным и может работать в обоих направлениях как в режиме повышения, так и понижения выходного напряжения, а также в качестве системы обмена электрической энергией между источниками постоянного тока с кратными напряжениями. 2 ил.

Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии // 2532253

Выравнивающее устройство для высоковольтной батареи электрических накопителей энергии относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что в выравнивающее устройство, реализующее двухканальный механизм активного выравнивания на основе обратно-ходового трансформатора, накопительного дросселя и сквозной накопительной магистрали батареи и содержащее управляемые от микроконтроллера через соответствующие драйверы электронные ключи, введены компараторы аварийных ситуаций перезаряда и переразряда накопителей, перезаряда накопительной магистрали и превышения тока дросселя, которые через соответствующие логические элементы подключены к входам отключения соответствующих драйверов и входам разовых команд микроконтроллера. Технический результат изобретения состоит в повышении надежности защиты батареи в аварийных ситуациях за счет дублирующего компараторного канала отключения драйверов устройства, действующего помимо микроконтроллера. 1 ил.

Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения // 2543529

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электрооборудования постоянного тока, например, для электровозов постоянного тока напряжением 3 кВ для питания от контактной сети с повышенным напряжением (12-24 кВ и т.д.). Технический результат - расширение функциональных возможностей и увеличение предельной мощности нагрузки. Высоковольтный преобразователь постоянного напряжения с отношением величины высокого напряжения к величине низкого напряжения, равным N, где N - целое число, содержит общий последовательный конденсаторный делитель напряжения из N конденсаторов, L листов идентичных преобразовательных структур, токовый делитель на L выходов, нагрузку. Каждый лист преобразовательной структуры состоит из диодно-транзисторной цепочки из 2N последовательно соединенных диодов, шунтированных встречно-параллельными транзисторами, и конденсаторно-реакторной цепочки из последовательно соединенных N-1 ветвей с последовательно включенными реактором и конденсатором в каждой ветви. Упомянутые цепочки соединены так, как указано в материалах заявки. Нагрузка подсоединена параллельно первому конденсатору конденсаторного делителя напряжения, оконечный вывод которого образует второй вход преобразователя, общий с одним из выводов нагрузки. Преобразователь может работать как понижающий, так и повышающий напряжение в число раз. 2 ил.

Понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2558739

Изобретение относится к преобразователям постоянного напряжения. Техническим результатом является создание понижающего преобразователя постоянного напряжения с улучшенным качеством входного тока и выходного напряжения. Результат достигается тем, что преобразователь с коэффициентом преобразования по напряжению К содержит 4К ключей, образованных встречно-параллельным соединением вентиля с полным управлением и диода, и 4К конденсаторов, 4К резонансных реакторов. Структура данного преобразователя включает в себя два ключевых модуля, соединенных параллельно между собой, и элементы в цепи нагрузки. Модули состоят каждый из К ячеек. В состав одной ячейки входят два ключа с полным управлением со встречно-параллельным диодом, два резонансных LC-звена. Все ячейки одного модуля соединены между собой каскадно. Два развязывающих диода на выходе преобразователя нужны для ограничения влияние работы модулей друг на друга. 3 ил.

Адаптивная схема // 2560835

Изобретение описывает адаптивную схему (1, 1') для запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения, причем адаптивная схема (1, 1') содержит схему (21, 21') накопления заряда, причем схема (21, 21') накопления заряда содержит первый конденсатор (С1) и второй конденсатор (С2), соединенные, по существу, последовательно, при этом второй конденсатор (С2) соединен, по меньшей мере, параллельно с нагрузкой (2); и активный переключатель (22, 22'), реализованный в виде управляемого источника (22, 22') тока для управления током (Iload) нагрузки через нагрузку (2) таким образом, что в замкнутом состоянии переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по меньшей мере, от первого конденсатора (С1) схемы (21, 21') накопления заряда, а во время разомкнутого состояния переключателя ток (Iload) нагрузки подается, по существу, от второго конденсатора (С2). Изобретение также описывает модифицированную СИД лампу (4), содержащую средство соединения (40) для подсоединения лампы (4) к сигналу (UPS) питающей сети более высокого напряжения; СИД устройство (2), рассчитанное на питание более низкого напряжения; и такую адаптивную схему (1, 1') для изменения сигнала (UPS) питающей сети более высокого напряжения на сигнал (UC2) более низкого напряжения для возбуждения СИД устройства (2) более низкого напряжения. Изобретение также описывает способ запитывания нагрузки (2) постоянного тока более низкого напряжения от источника (3) питания выпрямленного переменного тока более высокого напряжения. 3 н. и 12 з.п. ф-лы,7 ил.

Выравнивающее устройство для иерархической системы управления батареей электрических накопителей энергии с энергообменной изолированной магистралью постоянного тока и блоками управления накопителями относится к области электротехники и может быть использовано при создании высоковольтных батарей электрических накопителей энергии для нужд транспорта и энергетики. Сущность изобретения состоит в том, что узел балансировки каждого накопителя состоит из двух отдельных специализированных DC/DC преобразователей: маломощного обратноходового, работающего в режиме ограничения мощности для передачи энергии из накопителя в энергообменную магистраль постоянного тока, и мощного прямоходового преобразователя напряжения с фиксированным жестким коэффициентом передачи напряжения (трансформации) для передачи энергии из магистрали в накопитель. Технический результат заявленного изобретения состоит в том, что благодаря использованию более мощного прямоходового преобразователя имеется возможность направлять большой поддерживающий ток в нуждающийся накопитель из энергообменной изолированной магистрали постоянного тока, энергия в которую подается от большого числа «донорских» накопителей с помощью менее мощных обратноходовых преобразователей, что позволяет за ограниченное время разряда компенсировать не только утечки, но и дефицит заряда в нескольких «наихудших» накопителях. 1 ил.

Однотактный преобразователь постоянного напряжения // 2563976

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам вторичного электропитания. Однотактный преобразователь постоянного напряжения содержит трансформатор, вторичные обмотки которого подключены к выходным выводам одного или нескольких выходов преобразователя, первичная обмотка подсоединена к полевому транзистору, а обмотка обратной связи подключена к делителю обратной связи, регулирующий транзистор, времязадающий конденсатор, три логических инвертора и логический элемент И, между выходом которого и входом первого логического инвертора подключена последовательная RC-цепь. При малых нагрузках или в режиме холостого хода время отпирания полевого транзистора определяется не времязадающим конденсатором, а малой постоянной времени последовательной RC-цепи, при этом напряжение помехи не влияет на работу устройства. Технический результат состоит в исключении потери устойчивости регулирования в режиме холостого хода и повышение надежности устройства в целом. 1 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ электропитания и устройство для его осуществления // 2624822

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено для электропитания различных устройств, использующих в качестве первичных источников энергии электрохимические и (или) конденсаторные аккумуляторы. Техническим результатом изобретения является повышение продолжительности рабочего разряда аккумулятора. Согласно изобретению выполняют схему, состоящую из аккумулятора и генератора реактивных импульсов энергии с накопителем и ключевым элементом, вторичного источника электропитания, причем в генераторе используют в качестве индуктивного накопителя энергии трансформатор, с выхода которого импульсы реактивной энергии через выпрямитель подаются в аккумулятор, при этом длительность накачки накопителя задают периодом и скважностью прерывания тока ключевым элементом, а мощность, приложенную к нагрузке, задают величиной напряжения на выходе вторичного источника электропитания.2 н.и ф-лы, 7 з.п. ф-лы, 5 ил.