RU2760979C1 - Device for forming a sawtooth voltage on capacitor - Google Patents

Device for forming a sawtooth voltage on capacitor Download PDF

Info

Publication number
RU2760979C1
RU2760979C1 RU2021111992A RU2021111992A RU2760979C1 RU 2760979 C1 RU2760979 C1 RU 2760979C1 RU 2021111992 A RU2021111992 A RU 2021111992A RU 2021111992 A RU2021111992 A RU 2021111992A RU 2760979 C1 RU2760979 C1 RU 2760979C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capacitor
inductance
voltage
power source
cycle
Prior art date
Application number
RU2021111992A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Доля
Виктор Иванович Смирнов
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи)
Priority to RU2021111992A priority Critical patent/RU2760979C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2760979C1 publication Critical patent/RU2760979C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/06Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape
    • H03K4/08Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape
    • H03K4/48Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices
    • H03K4/50Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor

Abstract

FIELD: electrical engineering; converter technology.
SUBSTANCE: device for forming a sawtooth voltage on capacitor belongs to the field of electrical engineering and converter technology and can be used for physical exertion. The invention solves technical problem of forming a bipolar sawtooth voltage on capacitor that is several times higher than voltage of the power source. The device includes a power source, a transistor connected in series to it, an inductance and a capacitor, in parallel to which a series-connected recharging inductance and a limiting resistor are connected.
EFFECT: in steady-state process, due to the dissipation of energy on resistor equal to energy coming from power source during capacitor charge, the voltage amplitudes in capacitor remain constant from cycle to cycle.
1 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания физических нагрузок.The invention relates to the field of electrical engineering and conversion technology and can be used to power physical activities.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство для резонансного заряда конденсатора (Патент РФ №2734903, 26.10.2020 «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. Резонансный заряд состоит из нескольких циклов заряда-перезаряда конденсатора, напряжение на котором растет от цикла к циклу и в несколько раз превысит двойное напряжение источника питания. Форма напряжения на конденсаторе - пилообразная. Когда оно достигнет заданного значения, ограничивающий транзистор 6 закрывается, последний цикл состоит только из интервала перезарядки конденсатора через источник питания. Заряженный конденсатор разряжается на физическую нагрузку. Это устройство принимается за прототип. В прототипе форма напряжения на конденсаторе пилообразная с растущей от цикла к циклу амплитудой.A device for the resonant charge of a capacitor is known (RF Patent No. 2734903, 10/26/2020 "A device for a resonant charge of a capacitor"), which includes a capacitor of a power supply, 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 limiting transistor. Resonant charge consists of several charge-recharge cycles of a capacitor, the voltage on which rises from cycle to cycle and is several times higher than twice the voltage of the power source. The voltage waveform across the capacitor is sawtooth. When it reaches a predetermined value, the limiting transistor 6 is closed, the last cycle consists only of the interval of recharging the capacitor through the power supply. The charged capacitor is discharged during exercise. This device is taken as a prototype. In the prototype, the shape of the voltage across the capacitor is sawtooth with an amplitude growing from cycle to cycle.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Технической задачей изобретения является формирование пилообразного напряжения на конденсаторе с постоянными положительной и отрицательной амплитудами до напряжения, в несколько раз превышающего напряжение источника питания.The technical problem of the invention is the formation of a sawtooth voltage across a capacitor with constant positive and negative amplitudes up to a voltage several times higher than the voltage of the power source.

Для решения этой задачи 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 резистор.To solve this problem, a device for resonant charging of a capacitor is proposed, which includes a capacitor of a power source, to which a series-connected transistor, an inductance and a capacitor are connected, and a series-connected recharge inductance and a resistor are connected in parallel with the capacitor.

Фиг 1. Устройство для резонансного заряда конденсатора (прототип).Fig 1. Device for resonant charge of a capacitor (prototype).

1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 6 - ограничивающий транзистор, Un - напряжение источника питания.1 - power supply capacitor, 2 - transistor, 3 - inductance, 4 - capacitor, 5 - recharge inductance, 6 - 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 5 и ограничивающий транзистор 6.The device for resonant charging of the capacitor consists of a capacitor of a power supply 1, in series with which transistor 2, inductance 3, capacitor 4 are connected, in parallel to which recharge inductance 5 and limiting transistor 6 are connected.

Фиг. 2. Временные диаграммы напряжений и токов (прототип).FIG. 2. Timing diagrams of voltages and currents (prototype).

U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение управления ограничивающим транзистором 6, il - ток, текущий через индуктивность 3, i2- ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4.U1 is the control voltage of the transistor 2, U2 is the control voltage of the limiting transistor 6, il is the current flowing through the inductance 3, i2 is the current flowing through the recharge inductance 5, Uc is the voltage across the capacitor 4.

Фиг 3. Устройство для формирования пилообразного напряжения на конденсаторе.Fig 3. A device for forming a sawtooth voltage across a capacitor.

1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 7 - резистор, Un - напряжение источника питания.1 - power supply capacitor, 2 - transistor, 3 - inductance, 4 - capacitor, 5 - recharge inductance, 7 - resistor, Un - power supply voltage.

Устройство для формирования пилообразных импульсов тока на конденсаторе состоит из конденсатора источника питания 1, последовательно с которым включены транзистор 2, индуктивность 3, конденсатор 4, параллельно которому подключены перезарядная индуктивность 5 и резистор 7.A device for forming sawtooth current pulses on a capacitor consists of a capacitor of a power source 1, in series with which a transistor 2, an inductance 3, a capacitor 4 are connected, in parallel to which a recharge inductance 5 and a resistor 7 are connected.

Фиг. 4. Временные диаграммы напряжений и токов.FIG. 4. Timing diagrams of voltages and currents.

U1 - напряжение управления транзистором 2, il - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 5 и резистор 7, Uc - напряжение на конденсаторе 4.U1 is the control voltage of the transistor 2, il is the current flowing through the inductance 3, i2 is the current flowing through the recharge inductance 5 and the resistor 7, Uc is the voltage across the capacitor 4.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 4), на которых: U1- напряжение управления транзистором 2, il - ток, текущий через индуктивность 3, i2 – ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4. Первоначально напряжение на конденсаторе относительно «земли» равно нулю. В момент времени t=0 открываются транзистор 2, происходит первоначальный заряд конденсатора квазисинусоидальным импульсом тока по цепи 1, 2, 3, 4. Ток протекает и по цепи перезарядная индуктивность 5, ограничивающий резистор 7, но он намного ниже зарядного тока, через конденсатор 4, так как величина перезарядной индуктивности 5 в несколько раз больше индуктивности 3. После снижения зарядного тока до нуля и закрытия транзистора 2 (t1) положительно заряженный конденсатор 4 перезаряжается через перезарядную индуктивность 5 и ограничивающий резистор 7 до отрицательного напряжения. При перезаряде в резисторе 7 рассеивается часть энергии, запасенной в конденсаторе. 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 по сравнению с первым циклом, увеличатся и потери в резисторе 7. Напряжение на конденсаторе имеет двухполярную пилообразную форму с растущими от цикла к циклу амплитудами. После нескольких циклов заряда-перезаряда амплитуда напряжения в конденсаторе в несколько раз превысит напряжение источника питания, а рассеиваемая в резисторе энергия сравняется с энергией, поступающей от источника питания в конденсатор, благодаря чему рост напряжения прекращается, наступает установившийся режим.The principle of operation of the device is illustrated by timing diagrams (Fig. 4), in which: U1 is the control voltage of the transistor 2, il is the current flowing through the inductance 3, i2 is the current flowing through the recharge inductance 5, Uc is the voltage across the capacitor 4. Initially, the voltage on the capacitor relative to ground is zero. At the time t = 0, transistor 2 opens, the initial charge of the capacitor occurs with a quasi-sinusoidal current pulse along the circuit 1, 2, 3, 4. The current also flows through the circuit recharging inductance 5, limiting resistor 7, but it is much lower than the charging current through capacitor 4 , since the value of the recharge inductance 5 is several times greater than the inductance 3. After the charging current drops to zero and the transistor 2 (t1) is closed, the positively charged capacitor 4 is recharged through the recharge inductance 5 and the limiting resistor 7 to a negative voltage. When overcharged in the resistor 7, part of the energy stored in the capacitor is dissipated. At the moment t2, the transistor 2 opens, the voltages of the power source and the capacitor are added, the charging current pulse is higher, respectively higher and the voltage across the capacitor increases during this cycle. The second cycle ends at time t4, while the voltage across the capacitor 4 will increase compared to the first cycle, and the losses in the resistor 7 will also increase. The voltage across the capacitor has a bipolar sawtooth shape with amplitudes growing from cycle to cycle. After several charge-recharge cycles, the voltage amplitude in the capacitor will several times exceed the voltage of the power source, and the energy dissipated in the resistor will equal the energy supplied from the power source to the capacitor, due to which the voltage rise stops, and a steady state occurs.

Таким образом, в каждый последующий цикл заряда конденсатора в него вводится энергия, которая полностью рассеивается на резисторе, включенном последовательно с перезарядной индуктивностью.Thus, in each subsequent cycle of the capacitor charging, energy is introduced into it, which is completely dissipated on the resistor connected in series with the recharge inductance.

Расчеты показывают, что при индуктивности 3 - L=0,00036 Гн, перезарядной индуктивности 5 - L=0,015 Гн, конденсаторе 4 - С=0,006 мкФ, резисторе 7 R=80 Ом и напряжении источника питания 60 В, амплитуды напряжения в конденсаторе 4+1570 В и -1470 В, время заряда конденсатора составляет 4,8 мксек, время перезаряда - 21,2 мксек.Calculations show that with inductance 3 - L = 0.00036 H, recharge inductance 5 - L = 0.015 H, capacitor 4 - C = 0.006 μF, resistor 7 R = 80 Ohm and power supply voltage 60 V, voltage amplitude in capacitor 4 +1570 V and -1470 V, the charging time of the capacitor is 4.8 μs, the recharge time is 21.2 μs.

Claims (1)

Устройство для формирования пилообразного напряжения на конденсаторе, включающее конденсатор источника питания, к которому последовательно подключены транзистор, индуктивность и конденсатор, к точке подключения индуктивности и конденсатора подключена перезарядная индуктивность, отличающееся тем, что последовательно с перезарядной индуктивностью включен резистор, второй вывод которого подключен ко второй обкладке конденсатора.A device for forming a sawtooth voltage on a capacitor, including a power supply capacitor, to which a transistor, an inductance and a capacitor are connected in series, a recharge inductance is connected to the connection point of the inductance and the capacitor, characterized in that a resistor is connected in series with the recharge inductance, the second terminal of which is connected to the second capacitor plate.
RU2021111992A 2021-04-26 2021-04-26 Device for forming a sawtooth voltage on capacitor RU2760979C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111992A RU2760979C1 (en) 2021-04-26 2021-04-26 Device for forming a sawtooth voltage on capacitor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111992A RU2760979C1 (en) 2021-04-26 2021-04-26 Device for forming a sawtooth voltage on capacitor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760979C1 true RU2760979C1 (en) 2021-12-02

Family

ID=79174127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021111992A RU2760979C1 (en) 2021-04-26 2021-04-26 Device for forming a sawtooth voltage on capacitor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760979C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4071776A (en) * 1976-08-19 1978-01-31 Rca Corporation Sawtooth voltage generator for constant amplitude sawtooth waveform from varying frequency control signal
US5225714A (en) * 1989-12-19 1993-07-06 Hitachi, Ltd. Sawtooth waveform generator for a convergence correction circuit
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
RU177140U1 (en) * 2017-02-14 2018-02-12 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" DEVICE FOR CHARGING SUPERCAPACITOR BATTERIES
RU2734903C1 (en) * 2020-03-24 2020-10-26 Объединенный Институт Ядерных Исследований Device for resonance charge of capacitor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4071776A (en) * 1976-08-19 1978-01-31 Rca Corporation Sawtooth voltage generator for constant amplitude sawtooth waveform from varying frequency control signal
US5225714A (en) * 1989-12-19 1993-07-06 Hitachi, Ltd. Sawtooth waveform generator for a convergence correction circuit
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
RU177140U1 (en) * 2017-02-14 2018-02-12 Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" DEVICE FOR CHARGING SUPERCAPACITOR BATTERIES
RU2734903C1 (en) * 2020-03-24 2020-10-26 Объединенный Институт Ядерных Исследований Device for resonance charge of capacitor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8941357B2 (en) Heating circuits and methods based on battery discharging and charging using resonance components in series and freewheeling circuit components
Liu et al. A novel high step-up converter with a quasi-active switched-inductor structure for renewable energy systems
US10778120B2 (en) Method, circuit and apparatus for energy management in triboelectric nanogenerator
WO2011115652A1 (en) Converter and method for extracting maximum power from piezo vibration harvester
CN103633839A (en) Improved Z-source boosting DC (direct current)-DC converter
CN107690740A (en) Electric power system
Jiang et al. A new all-solid-state bipolar high-voltage multilevel generator for dielectric barrier discharge
CN203883673U (en) Improved Z-source boost DC-DC converter
RU2734903C1 (en) Device for resonance charge of capacitor
RU2760979C1 (en) Device for forming a sawtooth voltage on capacitor
CN108054920B (en) DCDC converter
CN102723883A (en) Capacitor energy-storage type silicon-controlled switch power supply
CN202997953U (en) Capacitor energy-storage type silicon-controlled switch power source
RU2770864C1 (en) Capacitor resonant charging device
Julian et al. SLR converter design for multi-cell battery charging
CN105207515A (en) Repetition frequency pulse power current source
Zeng et al. An active energy balancing system for lithium-ion battery pack
CN202931191U (en) Storage battery pulse charging and discharging power supply
Hsu et al. A Parellel-SSHI Rectifier for Piezoelectric Energy Harvesting
RU180387U1 (en) Battery Charger
Radmand et al. A novel switched-capacitor based high step-up DC/DC converter for renewable energy system applications
SU1534634A1 (en) Storage battery system for charging with pulsating current of different polarity
Chamanian et al. A self-powered integrated interface circuit for low power piezoelectric energy harvesters
CN208923862U (en) A kind of digit pulse charger and control circuit
RU76527U1 (en) PULSE GENERATOR