RU2738857C1 - Способ генерации импульсов с инверсией напряжения - Google Patents
Способ генерации импульсов с инверсией напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738857C1 RU2738857C1 RU2020114842A RU2020114842A RU2738857C1 RU 2738857 C1 RU2738857 C1 RU 2738857C1 RU 2020114842 A RU2020114842 A RU 2020114842A RU 2020114842 A RU2020114842 A RU 2020114842A RU 2738857 C1 RU2738857 C1 RU 2738857C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- terminal
- capacitor
- voltage inversion
- inversion
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение КПД и надежности работы, снижение массогабаритных показателей генератора импульсов с инверсией напряжения при генерации импульсов напряжения, близких к «прямоугольным», достигается за счет того, что в каждый каскад генератора, содержащего в силовой части два накопительных конденсатора и блок инверсии напряжения, вводят в состав силовой генераторной части блок коммутации второго конденсатора, обеспечивающий переход от инверсии напряжения на втором конденсаторе к инверсии подключения второго конденсатора, что значительно снижает ток элементов блока инверсии напряжения (тока инверсии). 1 ил.
Description
Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в источниках питания различных электрофизических устройств.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является способ генерации импульсов с инверсией напряжения, заключающийся в том, что в каждом Каскаде генератора импульсов с инверсией напряжения, содержащем в силовой генераторной части два накопительных конденсатора, Блок инверсии напряжения, эквивалентная схема которого состоит из последовательно соединенных индуктивности инверсии напряжения и ключа инверсии напряжения, причем первый вывод первого конденсатора является первым выводом Каскада, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом Блока инверсии напряжения, второй вывод Блока инверсии напряжения является вторым выводом Каскада, второй конденсатор подсоединен между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом Каскада и заряжен до напряжения первого конденсатора в такой полярности, чтобы между импульсами выходное напряжение Каскада было равно нулю, посредством Блока инверсии напряжения в качестве фронта импульса проводят прямую квази-резонансную инверсию напряжения между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом Каскада, т.е. на втором конденсаторе, так, чтобы модуль выходного напряжения Каскада стал равным сумме модулей напряжений на обоих конденсаторах.
Вследствие того, что генератор нагружен на нагрузку резистивного типа, спад импульса напряжения обусловливается разрядом конденсаторов. Недостатками указанного способа являются:
- низкие надежность работы и КПД, большие массо-габаритные показатели генератора импульсов, обусловленные наличием периодического процесса инверсии напряжения на силовом (в данном случае - втором) конденсаторе,
- необходимость применения ключей Блока инверсии напряжения, способных выдерживать токи, многократно превышающие токи нагрузки при генерации импульсов напряжения, близких к «прямоугольным». Действительно, обычными требования к «скосу» напряжения ΔU на «полке» импульса является значение 1% от амплитуды UO при длительности τПП перепадов (нарастания и спада) напряжения не более длительности импульса τИ - Тогда отношение пикового тока инверсии IПП второго конденсатора емкостью С через индуктивность L к току нагрузки IН можно оценить из системы уравнений:
IH×τИ≈С×ΔU IПП≈UО×(C/L)1/2 τПП≈0,7π×(L×С)1/2
Отсюда: IПП/IН≈0,7π×(τИ/τПП)/(ΔU/U)
Тогда для (τИ/τПП)=1 и (ΔU/U)=0,01 получим IПП/IН≈200. Увеличение (τИ/τПП) или уменьшение (ΔU/U) приводит к еще более худшему результату.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение КПД и надежности работы, снижение массо-габаритных показателей генератора импульсов с инверсией напряжения при генерации импульсов напряжения, близких к «прямоугольным».
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат по предлагаемому способу достигается за счет того, что в каждый Каскад генератора импульсов с инверсией напряжения, содержащий в силовой генераторной части два накопительных конденсатора, Блок инверсии напряжения, эквивалентная схема которого состоит из последовательно соединенных индуктивности инверсии напряжения и ключа инверсии напряжения, причем первый вывод первого конденсатора является первым выводом Каскада, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом Блока инверсии напряжения, второй вывод Блока инверсии напряжения является вторым выводом Каскада, посредством Блока инверсии напряжения в качестве фронта импульса проводят квази-резонансную инверсию напряжения между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом Каскада так, чтобы модуль выходного напряжения Каскада стал равным сумме модулей напряжений на обоих конденсаторах, вводят в состав силовой генераторной части Блок коммутации второго конденсатора, содержащий не менее одного ключа, обеспечивающий подключение второго конденсатора требуемой полярностью между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом Каскада согласно алгоритму работы генератора.
Сущность изобретения заключается в значительном снижении тока элементов Блока инверсии напряжения (тока инверсии) посредством перехода от инверсии напряжения на втором конденсаторе к инверсии подключения второго конденсатора.
Предложенный способ может быть осуществлен с помощью различных вариантов устройства Блока коммутации второго конденсатора (далее - БКВК), реализующих различные алгоритмы работы генератора в зависимости от требований к форме выходного напряжения, характеристики нагрузки, условий заряда обоих конденсаторов, надежности работы, КПД и проч. Нагляднее всего работа Каскада может быть продемонстрирована на достаточно общем примере, в котором Блок инверсии напряжения (далее - БИН) представляет собой полно-мостовой инвертор напряжения, а ключ БИН -двунаправленный ключ (фиг. 1).
Каскад 1 генератора, содержащий в силовой генераторной части два накопительных конденсатора - первый 2 и второй 3, блок инверсии напряжения 4, эквивалентная схема которого состоит из последовательно соединенных индуктивности инверсии напряжения 5 и ключа инверсии напряжения 6, причем первый вывод первого конденсатора является первым выводом 7 Каскада, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом БИН, второй вывод БИН является вторым выводом 8 Каскада, и введенный в состав силовой генераторной части Каскада БКВК 9, содержащий полно-мостовой инвертор напряжения с ключами 10-13, причем второй конденсатор подключен к DC-выводам инвертора, соответствующие АС-выводы инвертора подключены между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом Каскада.
Между импульсами ключи 11 к 12 включены, что обеспечивает разнополярное последовательное соединение конденсаторов и, соответственно, при одинаковых модулях напряжения на конденсаторах, нулевое напряжение на выходе Каскада (между выводами 7 и 8) даже при частично индуктивном характере нагрузки.
Для формирования фронта импульса напряжения проводят квази-резонансную инверсию напряжения на АС-выводах БКВК с помощью элементов БКВК. Для этого по внешнему сигналу на начало импульса включают ключ инверсии напряжения, а ключи 11 к 12 не выключают, разгоняя от второго конденсатора ток в дросселе инвертора напряжения до значения, обеспечивающего заданную форму напряжения фронта импульса. Последняя зависит, в частности, от эффективной паразитной емкости между выводами БКВК, состоящей из конструктивных емкостей элементов генератора, емкостей нагрузки генератора, ключей 10-13 и проч.
Затем ключи 11 к 12 выключают, обеспечивая тем самым начало процесса квази-резонансной инверсии напряжения.
После обнуления напряжения на ключах 10 и 13 их открывают и удерживают в открытом состоянии, обеспечивая однополярное последовательное соединение конденсаторов и, соответственно, суммирование модулей напряжения на конденсаторах на выходе Каскада - между выводами 7 и 8, формируя «полку» импульса напряжения.
Ток, протекающий через элементы БИН имеет колоколообразную форму. После прекращения этого тока ключ БИН закрывают.
Процесс спада напряжения, при необходимости, проводят по аналогичному алгоритму.
Таким образом, вместо инверсии напряжения на втором конденсаторе проводят инверсию подключения второго конденсатора. Соответственно, ток инверсии IПП теперь определяется эффективной паразитной емкостью между выводами БКВК, величина которой до нескольких сотен раз меньше емкости второго конденсатора. Соответственно, для сохранения той же длительности фронта τПП≈0,77π×(L×C)1/2, величину индуктивности дросселя БИН увеличивают во столько же раз. Тогда ток инверсии IПП≈UO×(C/L)1/2 снижается примерно во столько же раз. Соответственно, максимальная энергия дросселя БИН, равная L×IППМАХ 2/2, тоже снижается во столько же раз, что приводит к значительному снижению массо-габаритных показателей дросселя БИН и потерь в нем.
Как следует из вышеописанного алгоритма, ток через введенные ключи 10 и 13 является только током нагрузки, а ток ключей 11 и 12 вообще значительно меньше тока нагрузки, поэтому введение этих ключей 10-13 лишь незначительно снижает показатели генератора (за счет увеличения количества деталей) по сравнению с вносимым выигрышем, описанным выше.
Процессы (под-)заряда накопительных конденсаторов и защиты не рассматриваются в силу того, что они не относятся к сути изобретения.
Таким образом, анализ известных технических решений показал, что предложенный способ генерации импульсов с инверсией напряжения проявляет новые свойства, заключающиеся в повышении КПД и надежности работы, снижение массо-габаритных показателей генератора импульсов с инверсией напряжения при генерации импульсов напряжения, близких к «прямоугольным».
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент РФ №1131438, кл. H03K 3/53, Опубликовано: 10.04.2012, ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ С ИНВЕРСИЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ. Татур Валерий Владимирович, Мутницкий Николай Григорьевич.
Claims (1)
- Способ генерации импульсов с инверсией напряжения, заключающийся в том, что в каждом каскаде генератора импульсов с инверсией напряжения, содержащем в силовой генераторной части два накопительных конденсатора и блок инверсии напряжения, эквивалентная схема которого состоит из последовательно соединенных индуктивности инверсии напряжения и ключа инверсии напряжения, причем первый вывод первого конденсатора является первым выводом каскада, второй вывод первого конденсатора соединен с первым выводом блока инверсии напряжения, второй вывод блока инверсии напряжения является вторым выводом каскада, посредством блока инверсии напряжения в качестве фронта импульса проводят прямую квазирезонансную инверсию напряжения между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом каскада так, чтобы модуль выходного напряжения каскада стал равным сумме модулей напряжений на обоих конденсаторах, отличающийся тем, что в состав силовой генераторной части каждого каскада вводят блок коммутации второго конденсатора, содержащий не менее одного ключа, обеспечивающий подключение второго конденсатора требуемой полярностью между вторым выводом первого конденсатора и вторым выводом каскада согласно алгоритму работы генератора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114842A RU2738857C1 (ru) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Способ генерации импульсов с инверсией напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020114842A RU2738857C1 (ru) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Способ генерации импульсов с инверсией напряжения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738857C1 true RU2738857C1 (ru) | 2020-12-17 |
Family
ID=73834877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020114842A RU2738857C1 (ru) | 2020-04-14 | 2020-04-14 | Способ генерации импульсов с инверсией напряжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738857C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1333009A (en) * | 1970-12-11 | 1973-10-10 | Esb Inc | Pulse generating circuits |
| SU1758852A1 (ru) * | 1989-05-22 | 1992-08-30 | Предприятие П/Я В-8719 | Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы |
| RU2322755C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Импульсный генератор |
| RU2690432C2 (ru) * | 2015-05-25 | 2019-06-03 | Константин Дмитриевич Клочков | Высоковольтный генератор с предионизацией в разрядном промежутке |
-
2020
- 2020-04-14 RU RU2020114842A patent/RU2738857C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1333009A (en) * | 1970-12-11 | 1973-10-10 | Esb Inc | Pulse generating circuits |
| SU1758852A1 (ru) * | 1989-05-22 | 1992-08-30 | Предприятие П/Я В-8719 | Формирователь высоковольтных импульсов специальной формы |
| RU2322755C1 (ru) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Импульсный генератор |
| RU2690432C2 (ru) * | 2015-05-25 | 2019-06-03 | Константин Дмитриевич Клочков | Высоковольтный генератор с предионизацией в разрядном промежутке |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11264894B2 (en) | Converter and current control system thereof | |
| RU2652690C2 (ru) | Модульный многоточечный вентильный преобразователь для высоких напряжений | |
| KR100264750B1 (ko) | 멀티레벨 인버터 | |
| EP2475067A1 (en) | Electricity-storage device provided with balancing circuit | |
| CN111510014B (zh) | 一种高电压脉冲发生电路 | |
| Bikdeli et al. | Investigation on fault tolerant capability of a single source switched capacitor multilevel inverter | |
| RU2738857C1 (ru) | Способ генерации импульсов с инверсией напряжения | |
| Ray et al. | A coupled inductor based hybrid circuit breaker topology for subsea hvdc transmission systems | |
| US20230318434A1 (en) | Conversion circuit, conversion circuit precharge control method, and photovoltaic system | |
| CN115549028B (zh) | 一种基于双耦合电感的串联型混合断路器 | |
| EP3346594A1 (en) | Bidirectional chopper circuit | |
| US5804925A (en) | Modulator for generating high power electric pulses | |
| CN108604797A (zh) | 多电平功率变流器及用于控制多电平功率变流器的方法 | |
| Gao et al. | A dc hybrid circuit breaker with buffer capacitor and vacuum interrupters | |
| Khan et al. | A novel single source three phase seven-level inverter topology for grid-tied photovoltaic application | |
| Ali et al. | Quasi-3-level modulation of multilevel nested-t topology | |
| Mobarrez et al. | Impact of DC side fault protection on performance and operation of multi-terminal DC (MTDC) systems | |
| CN117978133B (zh) | 一种重频脉冲电流源发生装置 | |
| Debela et al. | Single DC source boost multilevel inverter (SSBMLI) based soft charging with minimum device count | |
| RU2642866C2 (ru) | Способ питания импульсной нагрузки от источника переменного напряжения и устройства для его осуществления (варианты) | |
| CN115967374B (zh) | 一种基于全固态开关混联的高压脉冲发生装置 | |
| Virdag et al. | Performance analysis of counter-current injection based dc circuit breaker with improved capacitor charging circuit | |
| CN117277850B (zh) | 一种多电平逆变器的拓扑电路及多电平逆变装置 | |
| RU204516U1 (ru) | Устройство заряда высоковольтных конденсаторов большой емкости с импульсным трансформатором | |
| Laali et al. | New cascaded multilevel inverter by using capacitor based basic units with the capability of charge balance control method |