RU2030098C1 - Device to charge reservoir capacitor - Google Patents
Device to charge reservoir capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2030098C1 RU2030098C1 SU4770602A RU2030098C1 RU 2030098 C1 RU2030098 C1 RU 2030098C1 SU 4770602 A SU4770602 A SU 4770602A RU 2030098 C1 RU2030098 C1 RU 2030098C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- output
- input
- voltage
- storage capacitor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронике, а именно к системам накопления энергии, и может быть использовано, например, при создании устройств накачки частотных твердотельных лазеров. The invention relates to electronics, and in particular to energy storage systems, and can be used, for example, to create pumping devices for frequency solid-state lasers.
Известно устройство заряда накопительного конденсатора, содержащее понижающий трансформатор напряжения, подключенный к питающей сети, к вторичной обмотке которого через выпрямитель подключен подстроечный резистор. К выходу последнего подключен компаратор, через схему управления коммутирующий зарядный ключ. Недостатком данного устройства является нестабильность напряжения на накопительном конденсаторе более 1% при изменении напряжения сети более, чем на ±5%, что обусловлено неточным соответствием закона заряда накопительного конденсатора синусоидальному закону изменения входного напряжения. A device for charging a storage capacitor, comprising a step-down voltage transformer connected to a mains supply, to the secondary winding of which a tuning resistor is connected through a rectifier. A comparator is connected to the output of the latter, through a control circuit, a switching charging key. The disadvantage of this device is the instability of the voltage at the storage capacitor more than 1% when the voltage of the network is more than ± 5%, due to inaccurate correspondence of the charge law of the storage capacitor to the sinusoidal law of the input voltage.
Известно также устройство заряда накопительного конденсатора, содержащее зарядный контур, два вспомогательных LC контура, один из которых выполнен с насыщающимся дросселем, три управляемых ключа, схему релейной обратной связи и схему задержки. Недостатками данного устройства являются
нестабильность напряжения на накопительном конденсаторе, обусловленная тем, что момент прекращения заряда выбирается без учета энергии, запасенной в индуктивности монтажа в течение заряда накопительного конденсатора;
низкий КПД устройства, так как осуществляется двукратная передача энергии, запасенной в зарядном дросселе к моменту прекращения заряда;
невозможность достижения высоких частот следования колебательных и переходных процессов во вспомогательных контурах;
худшие массогабаритные показатели устройства, так как вспомогательные контуры должны запасать энергию, соизмеримую с энергией, запасаемой накопительным конденсатором;
жесткая зависимость между величинами емкостей накопительного и шунтирующего конденсаторов.Also known is a storage capacitor charge device comprising a charging circuit, two auxiliary LC circuits, one of which is made with a saturable choke, three controlled keys, a relay feedback circuit and a delay circuit. The disadvantages of this device are
the instability of the voltage across the storage capacitor, due to the fact that the moment of termination of the charge is selected without taking into account the energy stored in the inductance of the installation during the charge of the storage capacitor;
low efficiency of the device, since the energy stored in the charging throttle by the time the charge ceases is double transmitted;
the impossibility of achieving high frequencies of vibrational and transient processes in auxiliary circuits;
the worst overall dimensions of the device, since the auxiliary circuits must store energy commensurate with the energy stored by the storage capacitor;
a rigid relationship between the capacitance values of the storage and shunt capacitors.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для заряда накопительного конденсатора, содержащее выпрямитель, накопительный конденсатор, коммутирующий элемент и устройство управления коммутирующим элементом, которое содержит датчик зарядного тока, включенного последовательно в зарядную цепь, перемножитель, один вход которого через датчик напряжения подключен к накопительному конденсатору, в другой соединен с датчиком зарядного тока, причем к выходу перемножителя через интегратор подключен компаратор, выход которого подключен к входу устройства управления коммутирующим элементом. Однако данное устройство обладает малой стабильностью напряжения на накопительном конденсаторе, так как перемножитель сигналов, построенный на основе широтно-импульсного модулятора, обладает большой погрешностью при перемножении динамических сигналов, а поскольку в сигналах на входах перемножителя присутствуют компоненты, обусловленные пульсациями напряжения источника питания, то они являются динамическими. Кроме того, малая стабильность напряжения на накопительном конденсаторе обусловлена необходимостью медленного выключения коммутирующего элемента, так как при быстром выключении на его электродах появляется импульс перенапряжения, обусловленный наличием индуктивности проводов зарядного контура и индуктивности выпрямителя. Малая стабильность напряжения на накопительном конденсаторе также обусловлена его зарядом одним импульсом, измеренная величина энергии которого зависит от уровня помех, воздействующих на известное устройство. The closest in technical essence and the achieved result is a device for charging a storage capacitor, comprising a rectifier, a storage capacitor, a switching element and a switching element control device, which contains a charging current sensor connected in series to the charging circuit, a multiplier, one input of which is connected through a voltage sensor to the storage capacitor, in the other connected to the charging current sensor, and connected to the output of the multiplier through the integrator a comparator, the output of which is connected to the input of the control device of the switching element. However, this device has low voltage stability on the storage capacitor, since the signal multiplier, built on the basis of a pulse-width modulator, has a large error when multiplying dynamic signals, and since the signals at the inputs of the multiplier contain components due to ripple of the power supply voltage, they are dynamic. In addition, the low voltage stability at the storage capacitor is due to the need for slow switching off of the switching element, since during a fast shutdown an overvoltage pulse appears on its electrodes due to the presence of the inductance of the wires of the charging circuit and the inductance of the rectifier. The low voltage stability at the storage capacitor is also due to its charge with a single pulse, the measured energy of which depends on the level of interference affecting the known device.
Устройство имеет низкий КПД, так как в начальный момент времени зарядный ток накопительного конденсатора ограничен только внутренним сопротивлением питающей сети. Кроме того, отсутствие токоограничивающего элемента в цепи заряда создает в питающей сети мощную трудноустранимую помеху. При запирании тиристора в питающей сети поступает импульсная помеха, обусловленная разрядом запирающего конденсатора. The device has a low efficiency, since at the initial time, the charging current of the storage capacitor is limited only by the internal resistance of the supply network. In addition, the absence of a current-limiting element in the charge circuit creates a powerful intractable noise in the supply network. When the thyristor is locked in the supply network, a pulsed noise arises due to the discharge of the locking capacitor.
Целью изобретения является повышение стабильности энергии, запасенной накопительным конденсатором, и уменьшение наводок в питающую сеть. The aim of the invention is to increase the stability of the energy stored by the storage capacitor, and reduce interference in the supply network.
Это достигается за счет того, что в устройство, содержащее источник питания, накопительный конденсатор с подключенным к нему первым датчиком напряжения, первый датчик тока, включенный в зарядную цепь накопительного конденсатора, первый перемножитель сигналов, входы которого подключены к первому датчику тока и первому датчику напряжения, а выход - к входу первого интегратора сигнала, и компаратор сигналов, выход которого подключен к системе управления, введены последовательно соединенные инвертор напряжения, индуктивно-емкостный преобразователь (или любая другая зарядная цепь) и выпрямитель, которые включены между источником питания и накопительным конденсатором, второй датчик напряжения, подключенный к источнику питания, второй датчик тока, включенный в шину питания инвертора напряжения, причем выходы второго датчика напряжения и второго датчика тока подключены к входам второго перемножителя сигналов, выход которого подключен к входу второго интегратора сигнала, первый делитель сигналов, к первому входу которого подключен выход первого интегратора сигнала, а к второму - выход второго интегратора сигнала. При этом выход первого делителя сигналов подключен к второму входу второго делителя сигналов, первый вход второго делителя сигналов соединен с шиной напряжения уставки, выход второго делителя сигналов подключен к второму входу компаратора сигналов, к первому входу компаратора сигналов подключен выход второго интегратора сигнала. Выход системы управления соединен с входом инвертора напряжения. This is achieved due to the fact that in the device containing the power source, the storage capacitor with the first voltage sensor connected to it, the first current sensor included in the charging circuit of the storage capacitor, the first signal multiplier, the inputs of which are connected to the first current sensor and the first voltage sensor and the output is to the input of the first signal integrator, and the signal comparator, the output of which is connected to the control system, a voltage inverter, an inductive-capacitive converter A generator (or any other charging circuit) and a rectifier that are connected between the power source and the storage capacitor, a second voltage sensor connected to the power source, a second current sensor connected to the voltage bus of the voltage inverter, the outputs of the second voltage sensor and the second current sensor connected to the inputs of the second signal multiplier, the output of which is connected to the input of the second signal integrator, the first signal divider, to the first input of which the output of the first signal integrator is connected, and to the second CB - second integrator output signal. The output of the first signal splitter is connected to the second input of the second signal splitter, the first input of the second signal splitter is connected to the setpoint voltage bus, the output of the second signal splitter is connected to the second input of the signal comparator, the output of the second signal integrator is connected to the first input of the signal comparator. The output of the control system is connected to the input of the voltage inverter.
На чертеже показана структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of a device.
К источнику 1 питания подключены последовательно соединенные инвертор 2 напряжения, индуктивно-емкостный преобразователь (ИЕП) 3 и выпрямитель 4. К выпрямителю 4 подключен накопительный конденсатор 5 с подключенным к нему первым датчиком 6 напряжения. Первый датчик 7 тока включен в зарядную цепь конденсатора 5. Выходы датчика 6 и датчика 7 подключены к входам первого перемножителя 8 сигналов, выход которого подключен к входу первого интегратора 9. Второй датчик 10 напряжения подсоединен к источнику 1, второй датчик 11 тока включен в шину питания статического инвертора 2. Выходы вторых датчиков 10 и 11 подключены к входам второго перемножителя 12 сигналов, выход которого подключен к входу второго интегратора 13 сигнала. Выходы первого 9 и второго 13 интеграторов сигналов подключены соответственно к первому и второму входам первого делителя 14 сигналов, выход которого подключен к второму входу второго делителя 15 сигналов. На первый вход делителя 15 подают сигнал уставки Uy. Выход делителя 15 подключен к второму входу компаратора 16 сигналов. Выход компаратора 16 подключен к входу системы 17 управления, выход которой подключен к инвертору 2.A voltage inverter 2, an inductive-capacitive converter (IEI) 3 and a rectifier 4 are connected to the power supply 1 in series. A storage capacitor 5 is connected to the rectifier 4 with the first voltage sensor 6 connected to it. The first current sensor 7 is included in the charging circuit of the capacitor 5. The outputs of the sensor 6 and sensor 7 are connected to the inputs of the first signal multiplier 8, the output of which is connected to the input of the first integrator 9. The second voltage sensor 10 is connected to source 1, the second current sensor 11 is connected to the bus power supply of the static inverter 2. The outputs of the second sensors 10 and 11 are connected to the inputs of the second signal multiplier 12, the output of which is connected to the input of the second signal integrator 13. The outputs of the first 9 and second 13 signal integrators are connected respectively to the first and second inputs of the first signal splitter 14, the output of which is connected to the second input of the second signal splitter 15. At the first input of the divider 15 serves the setpoint signal U y . The output of the divider 15 is connected to the second input of the comparator 16 signals. The output of the comparator 16 is connected to the input of the control system 17, the output of which is connected to the inverter 2.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.
В начальный момент времени компаратор 16 вырабатывает сигнал, который поступает в систему 17. Последняя вырабатывает сигналы управления инвертором 2. Начинается процесс заряда накопительного конденсатора 5 через ИЕП 3 (либо зарядную цепь любого другого вида) и выпрямитель 4. At the initial moment of time, the comparator 16 generates a signal that enters the system 17. The latter generates control signals for the inverter 2. The process of charging the storage capacitor 5 through IEI 3 (or a charging circuit of any other kind) and a rectifier 4 begins.
Стабилизация энергии накопительного конденсатора осуществляется следующим образом. Информационный сигнал, пропорциональный напряжению на конденсаторе 5, снимается с датчика 6 и поступает на один вход перемножителя 8. Информационный сигнал, пропорциональный зарядному току, подается на второй вход перемножителя 8. Перемножитель 8 вырабатывает сигнал, пропорциональный произведению входных сигналов, т.е. пропорциональный мгновенной зарядной мощности накопительного конденсатора 5. Данный сигнал интегрируется интегратором 9, выходной сигнал которого пропорционален энергии, запасенной накопительным конденсатором 5. Сигнал с выхода интегратора 9 подается на первый вход делителя 14, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный энергии, поступившей в предлагаемое устройство из источника 1. Данный сигнал получают точно так же, как и сигнал, пропорциональный энергии, запасенной конденсатором 5. С датчиков 10 и 11 сигналы поступают на второй перемножитель 12, а с его выхода- на интегратор 13, сигнал на его выходе пропорционален энергии, поступившей в предлагаемое устройство из источника 1. На выходе первого делителя 14 получают сигнал, пропорциональный отношению величины сигнала, подаваемого на первый вход делителя, к величине сигнала, подаваемого на второй вход делителя 14. Таким образом на выходе первого делителя получают сигнал, пропорциональный КПД зарядного устройства. Этот сигнал поступает на второй вход второго делителя 15, первый вход которого подключен к напряжению Uу уставки, пропорциональному энергии, которую должен запасти конденсатор 5 к окончанию зарядного цикла. На выходе делителя 15 получают сигнал с величиной, пропорциональной энергии, которую необходимо отобрать от источника 1 зарядному устройству для того, чтобы накопительный конденсатор 5 запас требуемую величину энергии. Сигнал с выхода делителя 15 поступает на вход компаратора 16, на другой вход которого поступает сигнал с выхода интегратора 13, пропорциональный энергии, отобранной зарядным устройством от источника питания. Таким образом на входы компаратора 16 поступают сигнал пропорциональной энергии, которая поступила в устройство от источника питания, и сигнал, пропорциональный энергии, которую необходимо отобрать у источника питания, причем в величине второго сигнала учтен КПД зарядного процесса. При совпадении величин сигналов, поступивших на входы компаратора 16, он вырабатывает сигнал, который через систему 17 выключает инвертор 2 и прекращает процесс заряда накопительного конденсатора 7. Следует отметить, что вместо отключения инвертора 2 система 17 может отключить ИЕП 3 последовательным ключом от инвертора 2 или закоротить выход ИЕП 3 ключом переменного тока, или закоротить выход выпрямителя 4 ключом постоянного тока (при этом появляется дополнительный диод, включенный последовательно с конденсатором 5), или выключить источник 1 (в этом случае источник должен быть управляемым).The energy stabilization of the storage capacitor is as follows. An information signal proportional to the voltage across the capacitor 5 is removed from the sensor 6 and fed to one input of the multiplier 8. An information signal proportional to the charging current is fed to the second input of the multiplier 8. The multiplier 8 generates a signal proportional to the product of the input signals, i.e. proportional to the instantaneous charging power of the storage capacitor 5. This signal is integrated by the integrator 9, the output signal of which is proportional to the energy stored by the storage capacitor 5. The signal from the output of the integrator 9 is fed to the first input of the divider 14, the second input of which receives a signal proportional to the energy supplied to the proposed device from source 1. This signal is received in the same way as a signal proportional to the energy stored by capacitor 5. From sensors 10 and 11, the signals are fed to the second multiplier 12, and from its output to the integrator 13, the signal at its output is proportional to the energy supplied to the proposed device from the source 1. At the output of the first divider 14, a signal proportional to the ratio of the magnitude of the signal supplied to the first input of the divider to the magnitude of the signal supplied to the second input of the divider 14. Thus, the output of the first divider receives a signal proportional to the efficiency of the charger. This signal is fed to the second input of the second divider 15, the first input of which is connected to the voltage U at the setpoint, proportional to the energy that the capacitor 5 must store at the end of the charging cycle. At the output of the divider 15, a signal is obtained with a value proportional to the energy that must be taken from the source 1 to the charger so that the storage capacitor 5 supplies the required amount of energy. The signal from the output of the divider 15 is fed to the input of the comparator 16, the other input of which receives a signal from the output of the integrator 13, proportional to the energy taken by the charger from the power source. Thus, the inputs of the comparator 16 receive a signal proportional to the energy that came into the device from the power source, and a signal proportional to the energy that needs to be taken from the power source, and the efficiency of the charging process is taken into account in the magnitude of the second signal. If the values of the signals received at the inputs of the comparator 16 coincide, it generates a signal that turns off the inverter 2 through the system 17 and stops the process of charging the storage capacitor 7. It should be noted that instead of turning off the inverter 2, the system 17 can disconnect the IEP 3 with the serial key from the inverter 2 or short-circuit the output of IEP 3 with an AC key, or short-circuit the output of a rectifier 4 with a DC key (an additional diode appears, connected in series with capacitor 5), or turn off source 1 (in in this case, the source must be managed).
На основе изобретения был разработан блок питания импульсного твердотельного лазера с частотой повторения импульсов накачки до 10 Гц и с энергией накачки до 200 Дж. Based on the invention, a pulsed solid-state laser power supply was developed with a pulse repetition rate of up to 10 Hz and a pump energy of up to 200 J.
Устройство выполнено следующим образом. The device is as follows.
Источник 1 представляет собой мост Ларионова со средней точкой, работающий от трехфазной сети 380/220 В, 50 Гц. Инвертор 2 и система 17 собраны по известной схеме. Частота преобразования f = 20-50 кГц. Нагрузкой инвертора служит Т-ИЕП, собранный на альсиферах марки Т4-60 и конденсаторах типа ССГ-2 или К78-2. На выходе ИЕПа 3 установлен высоковольтный трансформаторно-выпрямительный модуль (ВТВМ). Сердечник трансформатора собран на ферритах М 3000НМС ПК 40 х 18, а выпрямитель - на диодах КД 213. В качестве накопительного конденсатора 5 использованы четыре конденсатора типа К 75-40а-2000В-100 мкФ, соединенные параллельно-последовательно. Датчики напряжения 6 и 10 выполнены на резистивных делителях, датчиками тока 7, 11 также служат резисторы. Перемножители 8 и 12 собраны на микросхеме К525ПС2А. Делители сигналов 14 и 15 также собраны на микросхеме К 525ПС2А, но работающей в режиме деления. Интеграторы 9 и 13 собраны на микросхеме К 140УД14, а компаратор - на микросхеме К 554СА3. Source 1 is a Larionov bridge with a midpoint operating from a three-phase network 380/220 V, 50 Hz. Inverter 2 and system 17 are assembled in a known manner. Conversion frequency f = 20-50 kHz. The load of the inverter is T-IEP, assembled on T4-60 grade alsifer and SSG-2 or K78-2 type capacitors. At the output of IEP 3, a high-voltage transformer-rectifier module (VTVM) is installed. The transformer core is assembled on M 3000NMS PK 40 x 18 ferrites, and the rectifier is assembled on KD 213 diodes. Four storage capacitors of type K 75-40a-2000V-100 μF connected in parallel-series are used as storage capacitor 5. Voltage sensors 6 and 10 are made on resistive dividers, resistors are also used as current sensors 7, 11. Multipliers 8 and 12 are assembled on a K525PS2A chip. The signal dividers 14 and 15 are also assembled on a K 525PS2A microcircuit, but operating in the division mode. Integrators 9 and 13 are assembled on the K 140UD14 chip, and the comparator is assembled on the K 554CA3 chip.
Нестабильность энергии, запасаемой накопительным конденсатором, оценивается во всем диапазоне регулировки энергии накачки и изменения частоты следования импульсов накачки путем измерения нестабильности напряжения на накопительном конденсаторе при помощи анализатора импульсов АИ-1024. Нестабильность напряжения на накопительном конденсаторе при использовании предлагаемого устройства < 0,2% при нестабильности напряжения сети 10%. The instability of the energy stored by the storage capacitor is estimated over the entire range of adjustment of the pump energy and the change in the repetition rate of the pump pulses by measuring the instability of the voltage across the storage capacitor using an AI-1024 pulse analyzer. The instability of the voltage at the storage capacitor when using the proposed device <0.2% when the voltage instability of the network 10%.
Изобретение позволяет обеспечить более высокий КПД, так как в известном устройстве заряд осуществляется через резистор (η ≅ 50%), не создавать модуляции напряжения питающей сети (отбор мощности осуществляется более равномерно) и импульсных помех в сети, обусловленных запиранием зарядного тиристора. Кроме того, обеспечивается требуемое время заряда накопительного конденсатора, что также повышает стабильность напряжения на накопительном конденсаторе. Имеется возможность получить любое напряжение на накопительном конденсаторе и нарастить мощность на нагрузке. The invention allows for a higher efficiency, since in the known device the charge is carried out through a resistor (η ≅ 50%), it does not create a modulation of the supply network voltage (power is taken out more evenly) and impulse noise in the network due to the locking of the charging thyristor. In addition, the required charge time of the storage capacitor is provided, which also increases the stability of the voltage across the storage capacitor. It is possible to obtain any voltage on the storage capacitor and increase the power at the load.
Использование предлагаемого устройства, например, в источниках питания лазеров позволяет получить высокостабильное выходное излучение лазера, что в свою очередь позволяет эффективно использовать их во всех спектроскопических исследованиях, в прецизионных лазерных измерительных приборах, в устройствах связи и локации. Using the proposed device, for example, in laser power sources allows you to get highly stable laser output radiation, which in turn allows you to effectively use them in all spectroscopic studies, in precision laser measuring devices, in communication and location devices.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4770602 RU2030098C1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Device to charge reservoir capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4770602 RU2030098C1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Device to charge reservoir capacitor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2030098C1 true RU2030098C1 (en) | 1995-02-27 |
Family
ID=21485406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4770602 RU2030098C1 (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Device to charge reservoir capacitor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2030098C1 (en) |
-
1989
- 1989-12-18 RU SU4770602 patent/RU2030098C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 391714, кл. H 03 K 3/53, 1979. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5146398A (en) | Power factor correction device provided with a frequency and amplitude modulated boost converter | |
| CA1070763A (en) | Ac inverter with constant power output | |
| US4833582A (en) | Frequency converter circuit including a single-ended blocking frequency converter | |
| US4355351A (en) | High repetition rate power pulse generator | |
| RU2030098C1 (en) | Device to charge reservoir capacitor | |
| US4131938A (en) | Digital chopper regulator | |
| US3855518A (en) | Switching regulator using gate-turn-off scr | |
| US4744020A (en) | Switching mode power supply | |
| Takahashi et al. | High power factor switching regulator with no rush current | |
| US3573596A (en) | Electronic converter for use in the voltage transformation and regulation of a uni-directional voltage | |
| US3515973A (en) | Constant power source periodically energized loads | |
| SU1713064A1 (en) | Regulated dc voltage inverter | |
| SU1716593A1 (en) | Semi-bridge transistor converter with pulse-width modulation | |
| SU736289A1 (en) | Stabilized transistorized converter | |
| SU658542A1 (en) | Dc voltage supply source | |
| Deib et al. | A new-shunt-type active filter for high-precision DC magnet power supplies | |
| SU641417A1 (en) | Pulsed dc voltage stabilizer | |
| SU961069A1 (en) | Stabilized power source | |
| SU1658322A1 (en) | Regulated dc voltage converter | |
| SU1765881A1 (en) | Reservoir capacitor changing device | |
| SU1735978A1 (en) | Regulated secondary power supply | |
| SU960772A1 (en) | Stabilized dc voltage source | |
| SU1399867A1 (en) | Secondary d.c. voltage supply source | |
| RU1774442C (en) | Multichannel power supply unit | |
| SU1111139A1 (en) | Ac voltage pulse stabilizer |