RU2734903C1 - Device for resonance charge of capacitor - Google Patents
Device for resonance charge of capacitor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734903C1 RU2734903C1 RU2020112371A RU2020112371A RU2734903C1 RU 2734903 C1 RU2734903 C1 RU 2734903C1 RU 2020112371 A RU2020112371 A RU 2020112371A RU 2020112371 A RU2020112371 A RU 2020112371A RU 2734903 C1 RU2734903 C1 RU 2734903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- inductance
- voltage
- cycle
- transistor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/125—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M3/135—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок. Уровень техникиThe invention relates to the field of electrical engineering and converting technology and can be used to power pulse loads. State of the art
Известно устройство для заряда суперконденсаторных батарей, в котором реализован способ резонансного заряда («Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей» RU 177140 U1 от 14.02.2017), упрощенная схема которого приведена на фиг. 1. Оно состоит из конденсатора источника питания 1, подключенных к нему транзистора 2 и 6, конденсатора 4, подключенных к нему транзисторов 5 и 7, между общими точками транзисторов 2, 6 и транзисторов 5, 7 подключена индуктивность 3. Первый цикл зарядки, (фиг. 2), происходит от конденсатора источника питания 1 по последовательной цепи транзистор 2, индуктивность 3, транзистор 6, конденсатор 4. До определенных величин емкости конденсатора 4 за первый цикл он теоретически может зарядиться до двойного напряжения источника питания. Каждый последующий цикл подзарядки конденсатора 4 происходит в два этапа: при подключении индуктивности 3 к конденсатору источника питания 1 через транзисторы 2, 7 в ней происходит накопление энергии, при переключении ее к конденсатору 4 через транзисторы 5,6 происходит его подзарядка. За несколько таких циклов напряжение на конденсаторе может в несколько раз превышать напряжение источника питания. Поэтому это устройство и принимается в качестве прототипа, хотя оно и несколько отличается схематически от предлагаемого устройства.A device for charging supercapacitor batteries is known, which implements the method of resonant charging ("Device for charging supercapacitor batteries" RU 177140 U1 dated 02.14.2017), a simplified diagram of which is shown in Fig. 1. It consists of a capacitor of the
В прототипе за один цикл подзарядки в конденсатор передается фиксированная энергия, потому что амплитуда тока в индуктивности определяется только величиной напряжения на входном конденсаторе, что ограничивает амплитуду зарядного тока и увеличивает время заряда конденсатора. Кроме того отключение транзистора 2, через который передается энергия в индуктивность, происходит при максимальном токе, что приводит к повышенным потерям (жесткая коммутация транзисторов).In the prototype, in one charging cycle, a fixed energy is transferred to the capacitor, because the amplitude of the current in the inductance is determined only by the voltage across the input capacitor, which limits the amplitude of the charging current and increases the charging time of the capacitor. In addition, the
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Технической задачей изобретения является заряд конденсатора до напряжения в несколько раз превышающего напряжение источника питания и сокращение времени заряда. 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 ограничивающий транзистор.The technical problem of the invention is to charge the capacitor to a voltage several times higher than the voltage of the power supply and to reduce the charging time. For this, a device for resonant charging of a capacitor is proposed, including a capacitor of a power source, to which a series-connected transistor, an inductance and a capacitor are connected, and in parallel with the capacitor, a series-connected recharge inductance and a limiting transistor are connected.
Описание фигур.Description of figures.
Фиг. 1. Упрощенная схема прототипа.FIG. 1. Simplified diagram of the prototype.
1 - конденсатор источника питания, 2, 5, 6, 7 - транзисторы, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор.1 - power supply capacitor, 2, 5, 6, 7 - transistors, 3 - inductance, 4 - capacitor.
Прототип (фиг. 1) состоит из конденсатора источника питания 1, к которому подключены последовательно включенные транзисторы 2 и 6, конденсатора 4, которому подключены последовательно включенные транзисторы 5 и 7, между общими точками транзисторов 2, 6 и транзисторов 5 и 7 подключена индуктивность 3.The prototype (Fig. 1) consists of a
Фиг. 2. Временные диаграммы токов и напряжений и токов прототипа.FIG. 2. Timing diagrams of currents and voltages and currents of the prototype.
i1 - ток через индуктивность, i2 - ток через конденсатор, Uc - напряжение на выходном конденсатореi1 is the current through the inductance, i2 is the current through the capacitor, Uc is the voltage across the output capacitor
Принцип работы прототипа заключается в следующем (фиг. 2).The principle of operation of the prototype is as follows (Fig. 2).
В интервале времени 0-t1 через последовательно включенные транзистор 2, индуктивность 3, транзистор 5 и конденсатор 4 протекает ток, который заряжает конденсатор 4 от нуля до некоторого напряжения. В интервале времени t1-t2 через последовательно включенные транзисторы 2, 7 и индуктивность 3 протекает ток, при этом в индуктивности 3 запасается энергия, которая в интервале времени t2-t3 подзаряжает конденсатор 4. Во времена третьего и последующих циклов величина передаваемой в конденсатор энергии не меняется.In the time interval 0-t1, a current flows through the series-connected
Фиг. 3. Устройство для резонансного заряда конденсатора.FIG. 3. Device for resonant charging of a capacitor.
1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 8 - перезарядная индуктивность, 9 - ограничивающий транзистор, Un - напряжение источника питания.1 - power supply capacitor, 2 - transistor, 3 - inductance, 4 - capacitor, 8 - recharge inductance, 9 - limiting transistor, Un - power supply voltage.
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 8 и ограничивающий транзистор 9.The device for resonant charging of the capacitor consists of a capacitor of a
Фиг. 4. Временные диаграммы напряжений и токов.FIG. 4. Timing diagrams of voltages and currents.
U1 - инапряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение управления ограничивающим транзистором 9, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 8, Uc - напряжение на конденсаторе 4.U1 is the control voltage of the
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 4), на которых: U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 8, Uc - напряжение на конденсаторе 4. Первоначально напряжение на конденсаторе относительно «земли» равно нулю. В момент времени t=0 открываются транзистор 2 и ограничивающий транзистор 9, происходит первоначальный заряд конденсатора квазисинусоидальным импульсом тока по цепи 1, 2, 3, 4. Ток протекает и по цепи перезарядная индуктивность 8, ограничивающий транзистор 9, но он намного ниже зарядного тока через конденсатор 4, так как величина перезарядной индуктивности 8 в несколько раз больше чем индуктивности 3. После снижения зарядного тока до нуля и закрытия транзистора 2 (t1) (мягкая коммутация) положительно заряженный конденсатор 4 перезаряжается через перезарядную индуктивность 5 и ограничивающий транзистор 8 до отрицательного напряжения, более чем в два раза превышающего напряжение источника питания. Ограничивающий транзистор 8 постоянно открыт до заряда конденсатора 4 до заданного напряжения. 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 сравнению с первым циклом. После нескольких циклов заряд-перезаряд напряжение на конденсаторе в несколько раз превысит двойное напряжение источника питания. Когда оно достигнет заданного значения, ограничивающий транзистор 8 закрывается, последний цикл состоит только из интервала перезарядки конденсатора через источник питания (tn-tn+1). Заряженный конденсатор разряжается на физическую нагрузку.The principle of operation of the device is illustrated by timing diagrams (Fig. 4), in which: U1 is the control voltage of the
Расчеты показывают, что при индуктивности 3 - L=0,004 Гн, перезарядной индуктивности 5 - L=0,025 Гн, конденсаторе 4 - С=6 мкФ после первого цикла напряжение на конденсаторе 4 превысит напряжение источника питания в 2,51 раза, через 5 циклов - в 10,2 раза, а через 10 циклов - в 20,6 раз (для прототипа через 5 циклов в 2,23 раза, через 10 циклов в 3,16 раза).Calculations show that with inductance 3 - L = 0.004 H, recharge inductance 5 - L = 0.025 H, capacitor 4 - C = 6 μF after the first cycle, the voltage on
Таким образом, в каждый последующий цикл заряда конденсатора в него вводится большая энергия по сравнению с предыдущим циклом. Этот результат достигается за счет того, что параллельно конденсатору подключены перезарядная индуктивность и ограничивающий транзистор. Благодаря этому, после цикла заряда конденсатора, от конденсатора источника питания происходит резонансный перезаряд конденсатора от положительного напряжения до отрицательного без ввода энергии, а амплитуда зарядного тока каждого последующего цикла определяется суммой напряжений на конденсаторе источника питания и возрастающего от цикла к циклу напряжения на конденсаторе.Thus, in each subsequent cycle of charging the capacitor, more energy is introduced into it compared to the previous cycle. This result is achieved due to the fact that a recharge inductance and a limiting transistor are connected in parallel to the capacitor. Due to this, after a cycle of charging the capacitor, a resonant recharging of the capacitor from positive voltage to negative without energy input occurs from the capacitor of the power supply, and the amplitude of the charging current of each subsequent cycle is determined by the sum of the voltages on the capacitor of the power supply and the voltage on the capacitor increasing from cycle to cycle.
Литература.Literature.
1. Полезная модель к изобретению «Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей» RU 177140 U1 от 14.02.2017.1. Utility model to the invention "Device for charging supercapacitor batteries" RU 177140 U1 dated 02.14.2017.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112371A RU2734903C1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Device for resonance charge of capacitor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020112371A RU2734903C1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Device for resonance charge of capacitor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734903C1 true RU2734903C1 (en) | 2020-10-26 |
Family
ID=72949109
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020112371A RU2734903C1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Device for resonance charge of capacitor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734903C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760979C1 (en) * | 2021-04-26 | 2021-12-02 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Device for forming a sawtooth voltage on capacitor |
RU2770864C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-04-22 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Capacitor resonant charging device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2155425C1 (en) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Capacitor bank charging device |
RU165105U1 (en) * | 2016-03-11 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТАЙТЭН ПАУЭР СОЛЮШН" | BOOST DC / DC CONVERTER |
US9742266B2 (en) * | 2013-09-16 | 2017-08-22 | Arctic Sand Technologies, Inc. | Charge pump timing control |
RU177140U1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-02-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" | DEVICE FOR CHARGING SUPERCAPACITOR BATTERIES |
-
2020
- 2020-03-24 RU RU2020112371A patent/RU2734903C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2155425C1 (en) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Capacitor bank charging device |
US9742266B2 (en) * | 2013-09-16 | 2017-08-22 | Arctic Sand Technologies, Inc. | Charge pump timing control |
RU165105U1 (en) * | 2016-03-11 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТАЙТЭН ПАУЭР СОЛЮШН" | BOOST DC / DC CONVERTER |
RU177140U1 (en) * | 2017-02-14 | 2018-02-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" | DEVICE FOR CHARGING SUPERCAPACITOR BATTERIES |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2760979C1 (en) * | 2021-04-26 | 2021-12-02 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Device for forming a sawtooth voltage on capacitor |
RU2770864C1 (en) * | 2021-09-14 | 2022-04-22 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Capacitor resonant charging device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6853898B2 (en) | Friction Nanogenerator Power Management Modules, Management Methods, Energy Systems and Friction Electronics Energy Extractors | |
RU2734903C1 (en) | Device for resonance charge of capacitor | |
Lee et al. | A power-efficient wireless capacitor charging system through an inductive link | |
CN103633839A (en) | Improved Z-source boosting DC (direct current)-DC converter | |
Do et al. | A rectifier for piezoelectric energy harvesting system with series synchronized switch harvesting inductor | |
Angelov et al. | A fully integrated multilevel synchronized-switch-harvesting-on-capacitors interface for generic PEHs | |
JP2015154627A (en) | Voltage step-down circuit and voltage step-down and charge circuit using the same | |
CN203883673U (en) | Improved Z-source boost DC-DC converter | |
JP2017022953A (en) | Step-down circuit and step-down charging circuit using the same | |
CN203537232U (en) | Charge pump device | |
RU177140U1 (en) | DEVICE FOR CHARGING SUPERCAPACITOR BATTERIES | |
Cheng et al. | A 0.25 μm HV-CMOS synchronous inversion and charge extraction (SICE) interface circuit for piezoelectric energy harvesting | |
KR101753753B1 (en) | Energy harvester using piezoelectric element | |
de Queiroz et al. | Electrostatic energy harvesting using doublers of electricity | |
CN103326576B (en) | Switch type regulator and control method thereof | |
RU2770864C1 (en) | Capacitor resonant charging device | |
Jain et al. | High gain resonant boost converter for PV micro-converter system | |
CN110380643B (en) | Micro-scale vibration energy collecting system and energy capturing method thereof | |
RU83160U1 (en) | PULSE LOAD POWER SUPPLY DEVICE | |
TWI684314B (en) | Pwm/pfm dual mode charging system | |
CN103475221B (en) | The boost chopper that two metal-oxide-semiconductor no-voltage is opened is realized under discontinuous conduct mode | |
RU2760979C1 (en) | Device for forming a sawtooth voltage on capacitor | |
CN203590034U (en) | Switch power supply circuit | |
Chamanian et al. | A self-powered integrated interface circuit for low power piezoelectric energy harvesters | |
RU2658624C1 (en) | Charging-discharging device |