Устройство для резонансного заряда конденсатора

Авторы патента:

Смирнов Виктор Иванович (RU)

Доля Сергей Николаевич (RU)

H02M3/135 - с использованием только полупроводниковых приборов

Владельцы патента RU 2770864:

Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) (RU)

Устройство для резонансного заряда конденсатора относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок. Изобретение решает техническую задачу заряда конденсатора до напряжения, в несколько раз превышающего напряжение источника питания, и сокращения времени заряда. Устройство включает источник питания, последовательно подключенный к нему транзистор, индуктивность и конденсатор. Параллельно конденсатору подключены перезарядная индуктивность и диод. Благодаря перезаряду конденсатора до напряжения противоположного знака амплитуды тока заряда от цикла к циклу возрастают по величине, тем самым от цикла к циклу увеличивается энергия, передаваемая конденсатору, и сокращается время заряда конденсатора. 4 ил.

Область техники

Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок.

Уровень техники

Известно устройство для резонансного заряда конденсатора (Патент РФ №2734903, 26.10.2020 «Устройство для резонансного заряда конденсатора»), включающее конденсатор источника питания, к которому подключены последовательно включенные транзистор, индуктивность и конденсатор, а параллельно с конденсатором включены последовательно соединенные перезарядная индуктивность и ограничивающий транзистор. Резонансный заряд состоит из нескольких циклов заряда-перезаряда конденсатора, напряжение на котором растет от цикла к циклу, в несколько раз превысит двойное напряжение-источника питания. Форма напряжения на конденсаторе - пилообразная. Когда оно достигнет заданного значения, ограничивающий транзистор 6 закрывается, последний цикл состоит только из интервала перезарядки конденсатора через источник питания. Заряженный конденсатор разряжается на физическую нагрузку. Это устройство принимается за прототип. В прототипе наличие ограничивающего транзистора в цепи перезаряда усложняет схему управления, а отсутствие перезаряда конденсатора в последнем цикле несколько снижает на нем величину напряжения.

Сущность изобретения

Технической задачей изобретения является заряд конденсатора до напряжения в несколько раз превышающего напряжение источника питания, причем полярность напряжения на конденсаторе противоположна полярности напряжения источника питания.

Для этого предлагается устройство для резонансного заряда конденсатора, включающее конденсатор источника питания, к которому подключены последовательно включенные транзистор, индуктивность и конденсатор, а параллельно с конденсатором включены последовательно соединенные перезарядная индуктивность и диод, второй вывод которого подключен ко второй обкладке конденсатора.

Описание фигур.

Фиг. 1. Упрощенная схема прототипа.

1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 6 - ограничивающий транзистор, Un - напряжение источника питания.

Устройство для резонансного заряда конденсатора состоит из конденсатора источника питания 1, последовательно с которым включены транзистор 2, индуктивность 3, конденсатор 4, параллельно которому подключены перезарядная индуктивность 5 и ограничивающий транзистор 6.

Фиг. 2. Временные диаграммы напряжений и токов.

U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение управления ограничивающим транзистором 6, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4.

Фиг. 3. Устройство для резонансного заряда конденсатора. 1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 7 - диод.

Фиг. 4. Временные диаграммы напряжений и токов.

U1 - напряжение управления транзистором 2, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4.

Осуществление изобретения

Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 4), на которых: U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - , текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4. Первоначально напряжение на конденсаторе относительно «земли» равно нулю. В момент времени t=0 открываются транзистор 2, происходит первоначальный заряд конденсатора квази синусоидальным импульсом тока по цепи 1, 2, 3, 4. Ток протекает и по цепи перезарядная индуктивность 5 и диод 7, но он намного ниже зарядного тока через конденсатор 4, так как величина перезарядной индуктивности 5 в несколько раз больше индуктивности 3. После снижения зарядного тока до нуля и закрытия транзистора 2 (t1) положительно заряженный конденсатор 4 перезаряжается через перезарядную индуктивность 5 и диод 7 до отрицательного напряжения, более чем в два раза превышающего напряжение источника питания. В момент t2 открывается транзистор 2, напряжения источника питания и конденсатора складываются, импульс зарядного тока выше, соответственно выше и увеличение напряжения на конденсаторе при этом цикле. Второй цикл заканчивается в момент t4, при этом напряжение на конденсаторе 4 увеличится по сравнению с первым циклом. После нескольких циклов заряд-перезаряд напряжение на конденсаторе в несколько раз превысит двойное напряжение источника питания и приблизится к требуемому значению.

Когда оно достигнет заданного значения, транзистор 2 закрывается, происходит перезарядка конденсатора через перезарядную индуктивность 5 и диод 7 (tn+1-tn+2). Заряженный до заданного отрицательного напряжения конденсатор разряжается на физическую нагрузку.

Расчеты показывают, что при индуктивности 3 - L=0,1 Гн, перезарядной индуктивности 5 - L=0,7 Гн, конденсаторе 4 - С=1Ф после шестого цикла напряжение на конденсаторе 4 без перезаряда его через перезарядную индуктивность 5 превысит напряжение источника питания в 10,4 раза, а при перезаряде через перезарядную индуктивность 5 напряжение на конденсаторе 4 превысит напряжение источника питания в -10.88 раз, т.е. на 4,6%.

Устройство для резонансного заряда конденсатора, включающее конденсатор источника питания, к которому последовательно подключены транзистор, индуктивность и конденсатор, к точке подключения индуктивности и конденсатора параллельно подключена перезарядная индуктивность, отличающееся тем, что последовательно с перезарядной индуктивностью включен диод, второй вывод которого подключен ко второй обкладке конденсатора.

Предлагаемое изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в импульсных DC-DC преобразователях. Целью изобретения является получение линейной регулировочной характеристики DC-DC преобразователей во всем диапазоне регулирования выходного напряжения.

Устройство для резонансного заряда конденсатора // 2734903

Преобразователь мощности // 2679618

Использование: для создания преобразователя мощности. Сущность изобретения заключается в том, что преобразователь мощности содержит: два переключающих элемента, соединенных последовательно; обкладку положительного электрода, соединенную с клеммой высокого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов; обкладку отрицательного электрода, соединенную с клеммой низкого напряжения последовательного соединения двух переключающих элементов; обкладку в средней точке, соединенную со средней точкой последовательного соединения двух переключающих элементов; первый теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом первый теплоотвод, расположен напротив обкладки положительного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой положительного электрода, и первый теплоотвод расположен напротив обкладки отрицательного электрода, с первым изолирующим слоем, расположенным между первым теплоотводом и обкладкой отрицательного электрода, при этом первый теплоотвод соединен с клеммой заземления, поддерживаемой с нулевым потенциалом; и второй теплоотвод, обладающий электропроводностью, при этом второй теплоотвод расположен напротив обкладки в средней точке со вторым изолирующим слоем, расположенным между вторым теплоотводом и обкладкой в средней точке, при этом второй теплоотвод изолирован от клеммы заземления.

Система преобразования энергии и способ преобразования энергии // 2676676

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для преобразования энергии постоянного тока в энергию переменного тока. Техническим результатом является повышение качества преобразования энергии.

Способ электропитания низковольтной нагрузки от аккумулятора и устройство для его осуществления // 2670102

Изобретение относится к области электротехники. Способ и устройство предназначены для электроснабжения преимущественно мобильных потребителей электроэнергии, применяющих в качестве первичного источника электричества электрохимические аккумуляторы.

Двухтактный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения в постоянное // 2581600

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное. Техническим результатом является увеличение надежности и повышение коэффициента полезного действия.

Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное // 2565577

Изобретение относится к преобразовательной технике. Способ управления ключевыми преобразователями постоянного напряжения в постоянное, содержащими индуктивный элемент в выходном фильтре или в индуктивном накопителе энергии.

Способ генерации энергии и индуктивный генератор для его осуществления // 2558693

Изобретение относится к сильнотоковой импульсной технике и может быть использовано в качестве вторичного источника электрической мощности для питания нагрузок. Согласно изобретению, через последовательно включенные индуктивный накопитель энергии, первичный источник питания и коммутатор электрической цепи пропускают ток накачки индуктивного накопителя энергии и после достижения током накачки заданного значения размыкают общую цепь коммутатором, а энергию импульса экстратока размыкания выводят в нагрузку, причем для увеличения отношения энергии экстратока размыкания к энергии тока накачки первичным источником питания выполняют электрическую цепь, содержащую активное сопротивление и индуктивность накопителя с такими значениями номиналов, при которых длительность тока накачки меньше постоянной времени индуктивного накопителя на заданную величину.

Обратимый понижающий преобразователь постоянного напряжения // 2549194

Изобретение относится к системам электропитания, в частности электрическим преобразователям постоянного напряжения в постоянное напряжение заданного уровня, ограниченного верхним уровнем напряжения источника питания, и может быть использовано для электроснабжения активной нагрузки с возможностью рекуперации энергии от активной нагрузки в источник питания для его подзарядки в долевых режимах работы.

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.