Устройство для заряда емкостногонакопителя энергии

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик 813723 (61) Дополнительное к авт. свид-ву — (22) Заявлено 02.03.79 (21) 2733409/18-21 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 03 К 3/53

Гооударствеииый комитет

ll0 делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 15.03.81. Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 25.03.81 (53) УДК 621.373..431 (™088.8)

Д. И. Панфилов, В. Н. Красавин, В. С. Иванов и В. Н.,Сиф (72) Авторы изобретения

Московский институт электронной технйки (71) Заявитель (54) УСТРОЛСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА ЕМКОСТНОГО

НАКОПИТЕЛЯ ЗНЕРГИИ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах питания высокоинтенсивных источников света, применяемых в светосигнальной и осветительной аппаратуре, для накачки лазеров и т. д.

Известны устройства для заряда емкостных накопителей энергии, в которых.для обеспечения высоких технико-экономических показателей преобразователь напряжения обеспечивает амплитудно-импульсное (ступенчатое) регулирование напряжения на входе зарядного контура. При этом зарядный ток на каждой ступени регулируется по определенному закону.

Известно, например, устройство, состоящее из трансформатора, транзисторных ключей и выпрямителей, в котором ступенчатая регулировка выходного напряжения преобразователя. осуществляется за счет изменения коэффициента трансформации трансформатора преобразователя при переключении источника питания на разные отводы трансформатора (1i

Известно устройство, преобразователь которого содержит трансформатор с несколькими вторичными обмотками, нагру2 женными на выпрямитель, причем эти выпрямители через транзисторные ключи соединены по выходу последовательно. Регулировка выходного напряжения происходит последовательным замыканием транзисторных ключей, осуществляющих подключение соответствующего выпрямителя к зарядному контуру. Сигнал на включение транзисторов подается с соответствующего компаратора при заряде емкостного накопителя до определенного уровня. При этом на каждой ступени осуществляется режим постоянной потребляемой мощности за счет управления транзисторов преобразователя сигналом с выхода источника тока 12).

Однако эти устройства имеют сравнительно высокие массогабаритные показате15 ли.

Наиболее близко по технической сущности к предлагаемому устройство для заряда емкостного накопителя энергии, содержащее источник питания, К транзисторных преобразователей напряжения, однополярные входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, а выходы — с входами К мостовых выппямителей, выходы которых соединены

813723 последовательно-согласно и (срез лат >ик зарядного тока подсоединены к обмоткам емкостного накопителя, задающий геп pciтор, выход которого соединен с первым входом блока управления транзисторными преобразователями напряжения. выхолы которого сослинены с базами транзисторов транзисторных преобразователей:!ЯllряжеНИЯ, 2 ВТОРОЙ !3XO;I ОЛОКЯ УППЯВЛЕНИЯ 1 j)3iiЗисторнbDIè преобразоBатслями H3пряж! ния соединен с выхолом блока управлеция ступенями, вход которого соединен с выходом датчика папряжсния, BKlloченного параллельно емкостпому накопителк), б I<»< Y IIравления зарядным Iip0(lcccoxt, вхол которого соединен с выхолом датчика зарядного тока, а выход — c третьим Бхолом блока <:) y IlP2B,1(. H H H T(? ci H3IICTOP1fhI> l1I liPP00 P33 )B

T(ля ми пап ря ж(. н и я. и,?3 Б.(с ни<. за,»ялны м процессом осу(цествляется с)локом управления зарядным процессом lio неизменному основному законх (например, стаоилизируется ток заря(3 смкосгногo накопитсл>.!. )О

ПРИ 3TOVI О;!ОК МП(?с(в IРНИЯ 33PH Hbl>V. HPOUCсом, Воздсйствуя на задаюlций Гепеp3 !op, осу(цсствляет clабилизацию зарялного тока емкостного накопителя, либо парамстричсски, либо с !toxtOH(bio обратной связи ((О то у (3).Hcaoci HT0K данного устройсгва ск!ci

Х ПPЯ В 1(!(>(я Заj? ЯДНЫМ Пj>ОЦ(С(0."1. IICЗБОЛЯ— ет реализовать практиче KH тольf«один =.Q режим заряла p!vIKoclIIQI накоп(:тс,?5; pc-)Kим с l1ocTo5(IIHbIx(;32j?5I,Jilt>ixf r!!K

ЗаЦИЯ жЕ ДРХ ГИХ РежИМ!?! 33P5?. (cl (Б ГО:,> числе и !?IИPHKo п()имс нЯСМОГО f!2 ПP2i

HocThK)j !3 r(3HHoé cx(. ме практичсcKH невоз>cI0)K Hci, IIOCKOË ЬЕУ I IP!I !13 Pci !IC1 () H I C КО?I Зс :

ДЯНИИ ЛЮО<>ГО Д(?МГО(0 Зс(коиа И 3МРИ(I(ИЯ T(!Ксl Н3 Kñ15KÄOI3 CTTПСПИ Б 6,1OK "(I PciB,B!CII 353

:33 pHHIIbl Yl П(>оц< (" i)>>> !I(06XO;. I:

ИПФ()рмс(цик) 0 Ном р((":1(": I (i ..I <Гi!I

b, l 3 lili(>H СX(МС ОТ(>"I С I, ("? )> .

При Ilo "I Оянпо)! запя Тном токе НОГ(?(6 ляемые от и?TÎчника !IliT IIIH5! ток 5:. Мо>ц

HOCTb БО )Рс((1 3!01 В IIPOfICCC! Зс! PH, 3. > Л с

ООС.CIIPcl(HH51 РСЖИ М;< C ПОСТС)51 I!I! h! X!

НЫМ !ОКОМ Нс(Б СХ f!HT! () Ба,(С Заря < ° <<<>

ХОДИ(>10 00(. < !I\ Ч!!ТЬ !>Ы!10 IНСНИС С,(<(>,! I( > СЛОВИЯ

Р 21? сср. >

ГДЕ p — О! i (ПЕР>: (! Ва(>С 1

Н Я .ОПИТСГ(Ь.

Таким образом, моп.ноет(, источ?(Ика питания Должна быть (K3h мин мум! Бдв<><. больш(cpP!flic)< 101(1>loci H. Пс>?сл2В !СмoA емкостной накопитель, что приводи I к Y Бс

;iHЧСllИЮ МсlС<..QI сlосlРИТНЫХ П()КЯЗЯТЕЛСИ >сl

РЯДНОГО " CTPOACTB3. (!сг!(, изооретсния — расгнирение функцис)иаль ых ьозможностей рег;.Лирования зарядным процессом H умень>пенис массоЯбаритпых показателей устройства.

Указ(>иная цель Достигается тем, что устр<>йство лля заряда е (костного л(акопителя

Jl!ppl èè, со;(ержа(цее источник питания, К тр>>азисторных преобразователей напряженияя, однополярные Bxî,(ь которых соединс—

ИЬ. С ОДНИМ ИЗ ВЫХОЛНЕЛИНЕHb! С БХОЛаМИ К мостовы?< выпрямите,lcH, вы:<оды которых (ОСЛИ li Пl>I ПОС,I(Лова СЕЛ ЬНО-СОГ:(ЯСНО И ЧС()ез;(3 Гни(ЗарЯДНОГО ТОК2 !103COClHHCHh! К

Оок. 12 Ткс<."I (?МкостнОГО накопитс;<Я, ЗЯЛЯюц(ий (ператор, вы. Од которо"0 соединен первым Б.<одом блок. управления транзистор(,ыми и>?собразова1(лями на(ря;.-;ения, BblХОЛЫ KO. »РОГО Cс((3 j I (? co 6 j! 2 3(! B 2 Tc H ì è и 2 пряжения соссlинсн (Бb!х и>?я 0.1 !ha "ilp2Bл IIHH СГЗH(IIH. (и, вхо, кот(>Ого сосЛИ(>ен <

ВЫХОДОМ, (31 If K3 НН П ря!!KPI! ИЕ, Ь5, ЮЧ< HHOTO параллельно с якостн(? Му Н3;. <)П>ггслю> блок

УllPci!3 1СПИ Я 33 PH;jlii>I М I! POI?POCO> !, БХОЛ КОторого соедli!!(? ". Бь>х<х(<), датчика зарядIOl 0 ТОКсl, я ВЫХ01 С Гp ÒÜÈМ ВХОДОМ 6ЛОКЯ I I j) 2 Б." (! 1 И Я ТР сl! 3 И C > !? и Ь! (<1 И П >Р>

ТСХ15?,H> .II 2 IIPH>KCli!! H СО, „ Е?) >К Рl " 3ТЧ !" I< > I ">Греблясмого т<)ка, чер=з ко((рый к лр) гому !

3bI YOЛН0Х1У ЗЯЖИ чIМ 5! i. Т ! HHKB П ИТЯ Н И Я Пп,iK 51 К) -I (? Н Ы;>(P > Г: i C О,,1! 0 I l (!, 1 Я О Н Ы С Б Х О." Ы i P Bi Н3(1 СТО, ) HЫX .i!? OО!: ЯЗГ !3c. ГЕ !С И 1<сн!" :ЯЖ(IIИ Я, (! j) ИЧ<>М БЬ ХО 1,(BTN!? К сi I!01 ОЕО.IЯЕ>(ОГО ГОКЯ

i:o(лп!?еп со В" Ор(,п<1 Бхо (о<м 6.1ÎKc уп:)3B.l(ния зарялным ..роцес ом. ! (роме "ого. блок у:!рав, lcliия зарядным нм(сссо!I солержит,?>.Ва компара (!p2, Rx0ы к ° . !Y? ()ь:.; c("..,1>?I t?, ",Д 31 -(иками потреб . i;, i (I i! I i! -c1 » ;I Но! О I CKO2 < ООТБЕТСТВЕН НО.

3 <3 l>l О (I, С() БХО,с>>>(И 3;>ii !H" М,iÍOГО < К(1 >5) са Hb! Y" > Vi t!PH < О ВХ ОБО!

i:!. I:iTC fI!! ПО< I < >I i. < ., :. Я Ь.(я .. H И " ??) ло м 6. О к сl 3 ! t! d В i < !! i>i 5 l 3 " j) 5; . i?! ы м Г! р 0 ц(". с с? ) >

1(:! - !)т(ж(. >()Иь .,i(,; прин(<и(:иальHcя (XPМ i \ (I !)0 I i < TЬ2:I,,! Я ii j! Hf! c ",! КGCl HC I O Hah<>?l(i С,!H -:.<,(.

У ст> р с), > с Г н О < J лс (? < .:->!; .. ч .-. !

f3 ь;>(1:?1>! Ите," H :, . > 2 >

3 - — > (, > К.:!!(> -! С П;> Ь .> >? O < . Л ЕЛО Б 2 i ":. b, i O, T × l i с . (01реб.(ясмого тока. Бк.(ю <синый Б це;::ь

И<."?ОЧИИКЯ ПИТс ? i ИЯ, ДЯТЧ!сК О с> РЯ 1НОГО I OK2, I10.jK„IfOcI(iH!ihI1! i, B!>!X0, ) N>(,С(ВЬ<.; БЫГ,(?5<МИ тс ей, за.(аю..f:(v Генератор (!. 6..<ок 7 yr;,: aB. I(. ни>! 03 ()> ссо>>ным lр - о>6>?2 <ОВ>1 е 1<»» H (1(? ЯЖЕПИ Я, По.,к,l>0

ПЬ!,! lid!;OIHI I i. Ë Ь (?> 1?K. < . >С! Н > и =Л<, ;:с. i !

iH h(. 1 3d PSI>(I(0(О: <)Ка V !И: И = b! X 0Ä:>f, ., <>< "Овь!.< вы(>рямител-.й, д;->чик !() напр:—

813723 жения на накопителе, подключенный параллельно емкостному выпрямителю, блок управления зарядным процессом, в состав которого входят два компаратора 11 и 12, амплитудный селектор 13 и усилитель 14 постоянного тока (УПТ) .

Такое построение схемы устройства позволяет осуществить сложный режим заряда емкостного накопителя, при котором (в самом общем случае) до некоторой ступени поддерживается неизменным зарядный ток, а затем — потребляемая мощность. Изменяя отношение времени, в течении которого поддерживается неизменным зарядный ток к обшему времени заряда t q. можно получить ряд режимов заряда, причем f!редельными случаями являются режим с неизменным зарядным током, когда !„!t- = 1 (режим, используемый в известном устройстве), и режим с неизменой потребляемой мощностью, когда t т (3 — — О. Использование сложного режима заряда позволяет уменьшить массогабаритные показатели 20 устройства.

Для формирования многоступенчатого (в нашем случае и-ступенчатого) выходного напряжения входные зажимы всех транзисторных преобразователей напряжения сое, !и -1ены параллельно, а выходные под::л,-;;:-.0., к выпрямительным мостам, котоti.-.! !t выход, включены послсдовательно.

Возбуждение преобразователей происходит от общего задающего генератора б, опред!еляк1щего частоту переключения транзисторов преобразователей напряжения. При этом очередность включения транзисторных преобразователей напряжения при формировании ступенчатой кривой выходного напряжения определяется блоком 7 управления транзисторными преобразователями напряжения, 35

: —:ыпо::няюшего функции распределения сиг,- ялов =,ада!Ощего генератора по транзистор.11.30б11а3!if3BTO IPM напряжения (хроме

:0 .Омент чк,.", i åíèÿ î Fpe. IEfti."f: гранД f, i о са:.!1;Р»с=,н,1::; Оч-1)е \нов ei 3 iieit!1 .tB!PB да зад;.е,сг- блоком 8 управления ступенями l!0 сигналу:.. татчика 10 напряжения в моме11ты достижения напряжением на емкос1ном накопит::1е заданных значений.

: ., .мь1й .:-:л .: -„1егулиро а-!lift заii ц:естBëÿe w блокс v> Нра в, !еlii-: я 3 "ря,!н01 О и рОцссс; сг1с:д lof! I!3 и образом.

Вначале зарядного процесса и до момента времени, когда начнет формироваться сту- 50

1fe l!; с номером ITI, потребляемые от источника мошность и ток не превышают заданной величины, определяемой уровнем опорного напряжения компаратора 11. В то же время yp013eEI» опорного напряжения ком,=.i FT0pà ?,ОTBEIBprfèf3Båòñÿ таким, что он грабят! Васт Л С1!! аЛа ОбратНОй СВЯЗИ, поступающе!О " датчика 5 зарядного тока.

Этот сигнал, пропорциональный зарядному току, через амплитудный селектор 13 поступает на вход У!П . где усиливается, а затем подается на соответствующий преобразователь (в нашем случае 2 — К) через блок

7 управления преобразователями. Следовательно, в этот промежуток времени Ilpeобразователь 2 — К, выполняющий роль токоформирующего элемента, управляется curíB Io."1, пропорциональным зарядному току, и работает в режиме стабилизации зарядного тока.

Б момент tT мощность и ток в цепи источника питания достигают заданного уровня, !р1. это:; срабатывает компаратор и сигнал i 1,атчика 4 потребляемого тока через амплитудный селектор 13 поступает íà У11Т

14, где усиливается и затем подается через блок 7 на преобразователь напряжения. Таким образом. начиная с момента tT, когда по-.ребляемая MQIJ,ность достигает заданного значения, преобразователь 2 — f(yriравляется сигналом, пропорциональным потребляемой моп1ности, и работает в режиме стабилизации потребляемой мощности.

Форл1ила изобретения

1. Устройство для заряда емкостного након11то. я энергии, содержа1цее источник пи,ания, Ь транзисторных преобразователей напряжения, однополярнь|е входы которых соединены с одним из выходных зажимов источника питания, а выходы соединены с входами f(мостовых выпрямителей. выходы коГОрых соединены последовательно-согласно и через датчик зарядного тока подсоединены к обклBдкам ем костного накопителя, зада1оши13 гснера;0;i, выход которого со,:,1!НС11 с первым входом блока управ»О:.11г! тра нала!сторных1Н f!peo6pB3013BTe, 1 а! р °:" ен1пя, выходы которого соединены с ба.,:-; .:., ранзис-;оров транзисторны.; преоб!

11Я. а в1 оplf!t 13хо,! О. 10, . -.. -;:я i . сторным1! преобразоьагс„ями на 1ряже1ги . соединен с выходом блОка 3 прав.feffffrf с уBeнями, I3xo3 KoTopol со динен с выходом датчика напряжения, включенного параллельно емкостному накопи л!:». блок управления зарядным процес-! ход котор!Но соединен с выходом датаря;ногo !Ока, а выход — с третьим вх» !Ом блока у!.,;;-1вления транзисторными

1;реобразователями напряжения. orëïifàþu.,еее.! тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулирования зарядным процессом и уменьшения массогабаритных показателей устройства, оно содержит датчик потребляемого тока, через который к другому выходному зажиму источника питания подключены другие однополягн1ые входы транзисторных преобразовате. ей напряжения, причем выход датчика потребляемого гока соединен со вторым

813723 входом блока управления зарядным процессом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок управления зарядным процессом содержит два компаратора, входы которых соединены с датчиками потребляемого и зарядного токов соответственно, а выходы— со входами амплитудного селектора, выход которого соединен со входом усилителя постоянного тока, причем выход усилителя постоянного тока является выходом блока 10 управления зарядным процессом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3706022, кл. 320 — 1, 1970.

2. Патент США № 3750005, кл. 321 — 18, 1971, 3. Кофман Д. Б. и др. Улучшение энергетических характеристик и показателей массы источников питания импульсных систем.

Сб. «Электротехническая промышленность», серия «Аппараты высокого напряжения, трансформаторы, силовые конденсаторы», вып. 1/69, 1977 (прототип).

Редактор А. Гук

Заказ 421/77

Составитель В. Чорба

Техред A. Бойкас Корректор С.1Цомак

Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от крытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4