RU2754580C1 - Power source for pulse load - Google Patents
Power source for pulse load Download PDFInfo
- Publication number
- RU2754580C1 RU2754580C1 RU2021102823A RU2021102823A RU2754580C1 RU 2754580 C1 RU2754580 C1 RU 2754580C1 RU 2021102823 A RU2021102823 A RU 2021102823A RU 2021102823 A RU2021102823 A RU 2021102823A RU 2754580 C1 RU2754580 C1 RU 2754580C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pulse
- load
- choke
- storage capacitor
- power supply
- 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
- H03K3/57—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 the switching device being a semiconductor device
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности, преобразовательной техники, и может быть использовано при проектировании вторичных источников электропитания различного назначения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, conversion technology, and can be used in the design of secondary power supplies for various purposes.
Значительная часть различной радиоэлектронной аппаратуры потребляет электрическую энергию в виде кратковременных импульсов. Это радиопередающие устройства, установки для импульсной обработки металлов и др. [1, 2].A significant part of various electronic equipment consumes electrical energy in the form of short-term impulses. These are radio transmitting devices, installations for pulse processing of metals, etc. [1, 2].
При проектировании источников питания важным является вопрос о необходимости гальванической развязки отрицательной шины питающей сети (бортсети), отрицательного вывода вторичного источника питания и отрицательного вывода потребителя. При исключении требования гальванической развязки обеспечивается существенное снижение объема и массы источника питания и повышение его надежности. Предполагаемое изобретение относится к источникам питания для импульсной нагрузки без ее гальванической развязки с сетью.When designing power supplies, an important issue is the need for galvanic isolation of the negative bus of the supply network (on-board network), the negative output of the secondary power supply and the negative output of the consumer. By eliminating the requirement for galvanic isolation, a significant reduction in the volume and weight of the power supply and an increase in its reliability are provided. The proposed invention relates to power supplies for impulse loads without galvanic isolation from the mains.
Известны источники питания для импульсной нагрузки, содержащие накопительный конденсатор, входной сглаживающий дроссель и преобразователь напряжения, рассчитанный на полную мощность потребителя. В состав преобразователя входят ключевые транзисторы, трансформатор и устройство управления [3-5]. Недостатками этого источника питания являются большие объем и масса и низкая надежность.Known power supplies for a pulsed load, containing a storage capacitor, an input smoothing choke and a voltage converter, designed for the full power of the consumer. The converter includes key transistors, a transformer and a control device [3-5]. The disadvantages of this power supply are large volume and weight and low reliability.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, которое может быть принято за прототип, является источник питания для импульсной нагрузки (без гальванической развязки сетью), который содержит накопительный конденсатор и сглаживающий (зарядный) дроссель [5, 6].The closest to the proposed technical solution, which can be taken as a prototype, is a power supply for a pulsed load (without galvanic isolation by the network), which contains a storage capacitor and a smoothing (charging) choke [5, 6].
Достоинствами этого источника питания являются его простота, высокие надежность и КПД. Недостатками - нестабильность амплитуды импульсов тока нагрузки (напряжения на нагрузке), зависящей от нестабильности напряжения питающей сети, а также большое изменение мгновенной величины импульсов за время их действия (скос импульсов). Нестабильность параметров импульсов приводит к ухудшению функциональных характеристик потребителя, причем наиболее критичным, в частности для радиопередатчика, является скос импульсов. При этом, уменьшение нестабильности амплитуды импульсов может быть обеспечено при применении стабилизированной питающей сети, тогда как скол импульсов, при высоких требованиях потребителя к их прямоугольности, может быть уменьшена только путем увеличения емкости накопительного конденсатора. Однако, это приведет к значительному увеличению его объема и массы, т.к. величина скоса импульсов обратно пропорциональна емкости накопительного конденсатора. В предлагаемом источнике питания, содержащем в своем составе импульсный стабилизатор, по сравнению с известными источниками питания, емкость конденсатора может быть уменьшена при одинаковом скосе импульсов или величина скоса импульсов может быть уменьшена при одинаковой емкости конденсатора.The advantages of this power supply are its simplicity, high reliability and efficiency. The disadvantages are the instability of the amplitude of the load current pulses (voltage across the load), depending on the instability of the supply voltage, as well as a large change in the instantaneous value of the pulses during their action (pulse skew). The instability of the parameters of the pulses leads to a deterioration in the functional characteristics of the consumer, and the most critical, in particular for a radio transmitter, is the bevel of the pulses. At the same time, a decrease in the instability of the amplitude of the pulses can be ensured with the use of a stabilized supply network, while the cleavage of pulses, with high consumer requirements for their squareness, can be reduced only by increasing the capacity of the storage capacitor. However, this will lead to a significant increase in its volume and mass, because the value of the skew of the pulses is inversely proportional to the capacity of the storage capacitor. In the proposed power supply containing a pulse stabilizer, in comparison with known power supplies, the capacitance of the capacitor can be reduced with the same pulse skew or the value of the pulse skew can be reduced with the same capacitor capacitance.
В предлагаемом источнике питания решается задача уменьшения нестабильности амплитуды импульсов тока и напряжения на нагрузке при одновременном уменьшении объема и массы накопительного конденсатора.The proposed power source solves the problem of reducing the instability of the amplitude of the current and voltage pulses at the load while reducing the volume and mass of the storage capacitor.
Для достижения технического результата в известный источник питания для импульсной нагрузки, состоящий из накопительного конденсатора и основного дросселя, введен высокочастотный повышающий импульсный стабилизатор напряжения с параллельным ключевым элементом, вход которого подключен к питающей сети, а выход - к накопительному конденсатору.To achieve the technical result, a high-frequency step-up pulse voltage regulator with a parallel key element is introduced into the known power supply for a pulsed load, consisting of a storage capacitor and a main choke, the input of which is connected to the mains, and the output to the storage capacitor.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства.FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device.
Источник питания содержит накопительный конденсатор 1, подключенный к питающей сети через основной (зарядный, сглаживающий) дроссель 2, высокочастотный повышающий импульсный стабилизатор напряжения с параллельным ключевым элементом, вход которого подключен к питающей сети, а выход - к накопительному конденсатору 2. Импульсный стабилизатор напряжения состоит из дополнительного дросселя 3, обратного диода 4, ключевого регулирующего транзистора 5 и устройства управления 6. Дополнительный дроссель 3 включен последовательно с обратным диодом 4 и включен параллельно основному дросселю 2, коллектор транзистора 5 подключен к аноду обратного диода 4, эмиттер транзистора подключен к общей шине источника питания, а его база - к выходу устройства управления 6.The power supply contains a storage capacitor 1 connected to the mains through the main (charging, smoothing)
Устройство управления 6 состоит из согласующего устройства 7, задающего генератора 8, времязадающего конденсатора 9, компаратора 10, операционного усилителя 11, резисторного делителя напряжения 12 и источника опорного напряжения 13. Инвертирующий вход операционного усилителя 11 подключен к средней точке резисторного делителя напряжения 12, подключенного к накопительному конденсатору 1, а неинвертирующий вход операционного усилителя подключен к источнику опорного напряжения 13.The
Устройство управления импульсного стабилизатора напряжения может быть выполнено и по другой, отличной от описанной, структурной схеме.The control device of the switching voltage regulator can be made according to another structural scheme different from the described one.
Нагрузка 14 подключена к выходу источника питания через коммутатор 15, который является принадлежностью функциональной аппаратуры, например радиопередатчика, и в состав источника питания не входит.The
На фиг. 2 представлена структурная схема источника питания, в котором основной 2 и дополнительный дроссель 3 размещены на одном магнитопроводе и включены согласно.FIG. 2 shows a block diagram of a power source, in which the main 2 and
Источник питания работает следующим образом.The power supply works as follows.
Коммутатор 15 периодически замыкается и размыкается с частотой F и подключает нагрузку 14 к выходу источника питания. При разомкнутом коммутаторе, во время паузы между импульсами тока нагрузки, происходит заряд накопительного конденсатора 1 от питающей сети через основной дроссель 2, а также через дополнительный дроссель 3 и обратный диод 4 импульсного стабилизатора. При этом, дроссели 2 и 3 обеспечивают уменьшение бросков тока при включении источника питания, а также сглаживание пульсаций тока потребления при его работе.Switch 15 periodically closes and opens with frequency F and connects the
В течение всего периода повторения импульсов тока нагрузки Т=1/F происходит передача энергии от питающей сети: в накопительный конденсатор 1 - при разомкнутом коммутаторе 15 или в нагрузку 14 - при замкнутом коммутаторе. Основная энергия поступает через основной дроссель 2, а дополнительная - через элементы импульсного стабилизатора -дополнительный дроссель 3 и обратный диод 4. Дополнительная энергия состоит из двух частей: первая часть передается непосредственно, без дополнительных преобразований при разомкнутом ключевом транзисторе 5, а вторая - предварительно запасается в дополнительном дросселе 2 во время замкнутого состояния ключевого транзистора 5. Частота переключений импульсного стабилизатора f примерно на порядок выше частоты импульсов нагрузки F.During the entire repetition period of the load current pulses T = 1 / F, energy is transferred from the supply network: to the storage capacitor 1 - with the
При замкнутом коммутаторе 15 происходит передача энергии в нагрузку 14, которая складывается из двух составляющих. Первая составляющая - это часть энергии, запасенной в накопительном конденсаторе 1 во время паузы между импульсами нагрузки, а вторая - поступает непосредственно от питающей сети через основной дроссель 2, а также через дополнительный дроссель 3 и обратный диод 4 импульсного стабилизатора при разомкнутом ключевом транзисторе 5.When the
В течение периода Т коэффициент заполнения импульсного напряжения стабилизатора изменяется следующим образом. Во время паузы между импульсами тока нагрузки, в момент размыкания коммутатора 15, имеет максимальное значение и начинает уменьшаться. При замыкании коммутатора 15 имеет минимальное значение. С этого момента начинает снова возрастать и доходит до максимального значения. Далее процесс повторяется. Таким образом, в течение всего периода Т система автоматического регулирования импульсного стабилизатора устанавливает значение таким, чтобы обеспечивалась минимальная нестабильность и практически прямоугольная форма импульсов тока нагрузки (минимальный скос импульсов). Импульсный стабилизатор обеспечивает стабилизацию мгновенного значения напряжения на выходе источника питания (на накопительном конденсаторе 1) с коэффициентом стабилизации, определяемом параметрами устройства управления 6.During the period T, the duty cycle of the pulse voltage of the stabilizer changes as follows. During the pause between load current pulses, at the moment of opening the
Вследствие того, что выходное напряжение параллельного импульсного стабилизатора при любом больше, чем его входное напряжение, обеспечивается возможность получения амплитуды импульсов напряжения на нагрузке большей, чем напряжение питающей сети. При этом мощность импульсного стабилизатора значительно меньше мощности всего источника питания, т.к. стабилизатор обеспечивает только небольшую часть его мощности, необходимую для того, чтобы скорректировать форму импульсов тока нагрузки. Частота импульсного стабилизатора f во много раз выше, чем частота импульсов нагрузки F. Вследствие этого, введение импульсного стабилизатора незначительно увеличивает объем и массу источника питания. При выборе оптимального соотношения между емкостью накопительного конденсатора и мощностью импульсного стабилизатора обеспечиваются минимальные объем и масса источника питания.Due to the fact that the output voltage of the parallel switching regulator at any more than its input voltage, it is possible to obtain the amplitude of the voltage pulses at the load greater than the supply voltage. In this case, the power of the switching regulator is much less than the power of the entire power source, since the stabilizer provides only a small part of its power required in order to correct the shape of the load current pulses. The frequency of the switching regulator f is many times higher than the frequency of the load pulses F. As a result, the introduction of the switching regulator insignificantly increases the volume and mass of the power supply. When choosing the optimal ratio between the capacity of the storage capacitor and the power of the switching regulator, the minimum volume and weight of the power supply are provided.
Источник питания, схема которого приведена на рис. 2, работает аналогично с источником питания, схема которого изображена на рис. 1. При использовании объединенного дросселя с основной 2 и дополнительной 3 обмотками, расположенными на одном магнитопроводе, обеспечивается уменьшение объема и массы источника питания.The power supply, the diagram of which is shown in Fig. 2, works in a similar way with a power supply, the circuit of which is shown in Fig. 1. When using a combined inductor with the main 2 and additional 3 windings located on the same magnetic circuit, a decrease in the volume and weight of the power source is provided.
Новым в изобретении является введение в источник питания для импульсной нагрузки (без гальванической развязки с питающей сетью), содержащий накопительный конденсатор и сглаживающий дроссель, высокочастотного повышающего импульсного стабилизатора напряжения, частота которого не менее чем на порядок выше, чем частота импульсов тока нагрузки, включенного параллельно сглаживающему дросселю.New in the invention is the introduction into the power supply for a pulsed load (without galvanic isolation from the mains), containing a storage capacitor and a smoothing choke, a high-frequency step-up switching voltage regulator, the frequency of which is not less than an order of magnitude higher than the frequency of the load current pulses connected in parallel smoothing throttle.
На основании изложенного может быть сделан вывод, что предлагаемое устройство обеспечивает положительный эффект.Based on the above, it can be concluded that the proposed device provides a positive effect.
ЛитератураLiterature
1. Рогинский В.Ю. Расчет устройств электропитания аппаратуры электросвязи. М.: Связь, 1972, с. 236-248.1. Roginsky V.Yu. Calculation of power supply devices for telecommunication equipment. M .: Communication, 1972, p. 236-248.
2. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981.2. Knysh V.A. Semiconductor converters in storage capacitor charging systems. L .: Energoizdat, Leningrad branch, 1981.
3. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 113-182.3. Moin B.C. Stabilized transistor converters. M .: Energoatomizdat, 1986, p. 113-182.
4. Виленкин А.Г. Импульсные транзисторные стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1970, с. 4-29.4. Vilenkin A.G. Pulse transistor voltage stabilizers. M .: Energy, 1970, p. 4-29.
5. Микроэлектронные системы. Применение в радиоэлектронике / Ю.И. Конев, Г.Н. Гулякович, К.П. Полянин и др. Под ред. Ю.И. Конева. - М.: Радио и связь, 1987, с. 68-186.5. Microelectronic systems. Application in radio electronics / Yu.I. Konev, G.N. Gulyakovich, K.P. Polyanin, etc. Ed. Yu.I. Konev. - M .: Radio and communication, 1987, p. 68-186.
6. Шуваев Ю.Н., Соловей Б.З. Система вторичного электропитания. Авт. свид. №1802897, H02J 9/06, Б.И., 1993, №10.6. Shuvaev Yu.N., Nightingale B.Z. Secondary power supply system. Auth. wit. No. 1802897, H02J 9/06, BI, 1993, No. 10.
7. Шуваев Ю.Н. Системы вторичного электропитания для импульсной нагрузки без гальванической развязки с сетью. Электронные компоненты, 2013, №1.7. Shuvaev Yu.N. Secondary power supply systems for impulse loads without galvanic isolation from the mains. Electronic components, 2013, No. 1.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102823A RU2754580C1 (en) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Power source for pulse load |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021102823A RU2754580C1 (en) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Power source for pulse load |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2754580C1 true RU2754580C1 (en) | 2021-09-03 |
Family
ID=77669937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021102823A RU2754580C1 (en) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | Power source for pulse load |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2754580C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218574U1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "АваЭл" | Avalanche pulsed S-diode electrical switching device |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3512007A (en) * | 1967-06-19 | 1970-05-12 | Marconi Co Ltd | Pulse generators |
SU923013A1 (en) * | 1980-04-09 | 1982-04-23 | Предприятие П/Я А-3771 | Reservoir capacitor charging device |
RU2339158C2 (en) * | 2006-11-13 | 2008-11-20 | Виктор Анатольевич Алексеев | High-voltage pulse modulator with pulse amplitude stabilisation and electronic switch for it (versions) |
RU98648U1 (en) * | 2010-07-06 | 2010-10-20 | Артур Отарович Халатов | PULSE CURRENT STABILIZER |
-
2021
- 2021-02-05 RU RU2021102823A patent/RU2754580C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3512007A (en) * | 1967-06-19 | 1970-05-12 | Marconi Co Ltd | Pulse generators |
SU923013A1 (en) * | 1980-04-09 | 1982-04-23 | Предприятие П/Я А-3771 | Reservoir capacitor charging device |
RU2339158C2 (en) * | 2006-11-13 | 2008-11-20 | Виктор Анатольевич Алексеев | High-voltage pulse modulator with pulse amplitude stabilisation and electronic switch for it (versions) |
RU98648U1 (en) * | 2010-07-06 | 2010-10-20 | Артур Отарович Халатов | PULSE CURRENT STABILIZER |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU218574U1 (en) * | 2023-03-09 | 2023-05-31 | Общество с ограниченной ответственностью "АваЭл" | Avalanche pulsed S-diode electrical switching device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7545654B2 (en) | Control circuit for current and voltage control in a switching power supply | |
US10171000B2 (en) | Reduction of audible noise in a power converter | |
US8498134B2 (en) | Voltage converter circuit and method for a clock supply of energy to an energy storage | |
US10615703B2 (en) | DC-DC converter | |
CN109120153B (en) | BUCK circuit and switching power supply | |
RU2754580C1 (en) | Power source for pulse load | |
JP6398773B2 (en) | Control circuit and switching power supply | |
Jin et al. | Single-inductor multiple-output inverter with precise and independent output voltage regulation | |
RU2653580C2 (en) | Pulse voltage regulator | |
RU2670102C2 (en) | Method of low voltage accumulator electric power supply and device for its implementation | |
RU2717232C1 (en) | Two-cycle resonance dc-dc converter | |
RU2749382C1 (en) | Battery charger for capacitive energy storage device | |
RU2305888C1 (en) | Pulse load power supply | |
RU2810546C1 (en) | Capacitive energy storage charger | |
RU2767171C1 (en) | Pulse voltage stabilizer | |
RU194732U1 (en) | CHARGER AND DISCHARGE DEVICE | |
RU2741969C1 (en) | Single-cycle voltage converter | |
RU2431178C1 (en) | Secondary power supply | |
RU2752252C1 (en) | Operated starting device | |
RU2637491C1 (en) | Power source of transmit-receive module | |
RU2560103C1 (en) | Corrector of power ratio | |
US6198640B1 (en) | Three-switch add/subtract DC to DC converter | |
RU2260894C1 (en) | Converter | |
SU1594664A1 (en) | D.c. to d.c. voltage converter | |
SU1365312A1 (en) | D.c.voltage converter |