RU2810546C1 - Capacitive energy storage charger - Google Patents

Capacitive energy storage charger Download PDF

Info

Publication number
RU2810546C1
RU2810546C1 RU2023126037A RU2023126037A RU2810546C1 RU 2810546 C1 RU2810546 C1 RU 2810546C1 RU 2023126037 A RU2023126037 A RU 2023126037A RU 2023126037 A RU2023126037 A RU 2023126037A RU 2810546 C1 RU2810546 C1 RU 2810546C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
charger
series
capacitors
transistors
voltage
Prior art date
Application number
RU2023126037A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Владимирович Ваняев
Евгений Альбертович Копелович
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2810546C1 publication Critical patent/RU2810546C1/en

Links

Abstract

FIELD: chargers for capacitive energy storage devices.
SUBSTANCE: invention can be used in high-voltage, high-power electrophysical units with a high level of stored energy. A capacitive energy storage charger comprising a constant voltage source, two series-connected metering capacitors, two series-connected diodes, two series-connected transistors shunted by freewheeling diodes, a high-voltage transformer, a high-voltage rectifier, a control device comprising a clock pulse generator, and a two-channel driver, a choke, two groups of additional capacitors, a delay generator, and two 2I logic elements are introduced.
EFFECT: increased reliability of the charger and expanded functionality.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к зарядным устройствам (ЗУ) емкостных накопителей энергии (ЕНЭ) и может быть использовано в высоковольтных электрофизических установках большой мощности с высоким уровнем накапливаемой энергии.The invention relates to chargers (chargers) of capacitive energy storage devices (CES) and can be used in high-voltage, high-power electrical installations with a high level of accumulated energy.

В настоящее время в таких установках широко применяются транзисторно-конденсаторные ЗУ, построенные на базе преобразователей повышенной частоты с резонансным характером процессов в силовых контурах. Дозированный метод передачи энергии в таких устройствах из питающей сети в ЕНЭ позволяет достаточно просто регулировать скорость зарядки и обеспечить параметрическое ограничение тока (выходной мощности) в случае возникновения аварийных режимов в выходных цепях.Currently, in such installations, transistor-capacitor chargers are widely used, built on the basis of high-frequency converters with a resonant nature of processes in power circuits. The dosed method of transferring energy in such devices from the supply network to the CES makes it possible to quite simply regulate the charging speed and provide a parametric limitation of the current (output power) in the event of emergency conditions in the output circuits.

Известны транзисторно-конденсаторные ЗУ повышенной частоты, на основе последовательных резонансных инверторов, в которых конденсаторы резонансного контура могут работать в двух полярном и однополярном по напряжению режиме [1…5].Transistor-capacitor chargers of high frequency are known, based on series resonant inverters, in which the capacitors of the resonant circuit can operate in bipolar and unipolar voltage modes [1...5].

Недостаток ЗУ с последовательным резонансным инвертором, в котором конденсаторы резонансного контура работают в двух полярном по напряжению режиме, состоит в значительной неравномерности потребления из сети тока и мощности и низкой величине коэффициента использования [2] источника постоянного напряжения , где - соответственно, максимальное и среднее значение активной мощности, потребляемой ЗУ на цикле зарядки ЕНЭ. Это ведет к увеличению установленной мощности и стоимости первичного источника постоянного напряжения. Кроме того при соизмеримости мощностей ЗУ и источника постоянного напряжения такой характер потребления энергии в режиме периодического повторения зарядных циклов приводит к пульсациям напряжения первичного источника (сети), что снижает надежность работы других потребителей [4].The disadvantage of a charger with a series resonant inverter, in which the capacitors of the resonant circuit operate in a bipolar voltage mode, is the significant unevenness of current and power consumption from the network and the low utilization factor [2] of the constant voltage source , Where - respectively, the maximum and average value of the active power consumed by the charger during the charging cycle of the CES. This leads to an increase in installed capacity and cost of the primary DC voltage source. In addition, when the power of the charger and the constant voltage source are commensurate, this nature of energy consumption in the mode of periodic repetition of charging cycles leads to voltage ripples of the primary source (mains), which reduces the reliability of other consumers [4].

Этого недостатка лишено ЗУ с последовательным резонансным инвертором, в котором конденсаторы резонансного контура работают в однополярном по напряжению режиме и выполняют функцию дозирования энергии, передаваемой в ЕНЭ (дозирующие конденсаторы) [2, 3, 5].A charger with a series resonant inverter does not have this drawback, in which the capacitors of the resonant circuit operate in a unipolar voltage mode and perform the function of dosing the energy transferred to the CES (dosing capacitors) [2, 3, 5].

Это устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит источник постоянного напряжения, два последовательно соединенных дозирующих конденсатора, присоединенных к положительной и отрицательной клемме источника постоянного напряжения, два последовательно соединенных диода, катод первого из которых присоединен к положительной клемме источника постоянного напряжения, а анод второго к отрицательной клемме этого источника, причем общие точки дозирующих конденсаторов и общие точки диодов соединены между собой, два последовательно соединенных транзистора, зашунтированных обратными диодами, коллектор первого из которых присоединен к положительной клемме источника постоянного напряжения, а эмиттер второго к отрицательной клемме этого источника, высоковольтный трансформатор, один вывод первичной обмотки которого присоединен к общей точке транзисторов, а второй к общей точке диодов, высоковольтный выпрямитель, вход которого подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора, а выход присоединен к емкостному накопителю энергии, устройство управления, формирующее импульсы управления, подаваемые в цепи управления транзисторов.This device, selected as a prototype, contains a constant voltage source, two series-connected metering capacitors connected to the positive and negative terminals of the constant voltage source, two series-connected diodes, the cathode of the first of which is connected to the positive terminal of the constant voltage source, and the anode of the second to the negative terminal of this source, and the common points of the metering capacitors and the common points of the diodes are interconnected, two series-connected transistors, shunted by freewheeling diodes, the collector of the first of which is connected to the positive terminal of the constant voltage source, and the emitter of the second to the negative terminal of this source, a high-voltage transformer , one terminal of the primary winding of which is connected to the common point of the transistors, and the second to the common point of the diodes, a high-voltage rectifier, the input of which is connected to the terminals of the secondary winding of the transformer, and the output is connected to a capacitive energy storage device, a control device that generates control pulses supplied to the control circuit transistors.

При периодическом запирании/отпирании транзисторов происходит заряд и разряд дозирующих конденсаторов и дозированная передача энергии от источника постоянного напряжения в ЕНЭ. When the transistors are periodically locked/unlocked, the metering capacitors are charged and discharged and energy is metered from the DC voltage source to the CES.

При постоянной частоте следования импульсов управления транзисторами мощность, передаваемая в ЕНЭ, постоянна и определяется по формуле [2]At constant frequency following the transistor control pulses, the power transferred to the CES is constant and is determined by the formula [2]

, ,

где - емкость дозирующего конденсатора; - напряжение источника постоянного напряжения; - мощность, потребляемая ЗУ от источника постоянного напряжения; - КПД зарядного устройства. Where - capacity of the dosing capacitor; - DC voltage source voltage; - power consumed by the charger from a constant voltage source; - Efficiency of the charger.

В результате, практически на всем цикле зарядки ЕНЭ, за исключением относительно короткого начального этапа [2] от длительности цикла ЗУ работает в режиме постоянства потребляемой мощности, при этом коэффициент использования источника постоянного напряжения имеет значения .As a result, during almost the entire charging cycle of the CES, with the exception of a relatively short initial stage [2] of the cycle duration, the charger operates in a constant power consumption mode, while the constant voltage source utilization factor is .

Общим недостатком известных устройств является наличие динамических потерь в транзисторах. A common disadvantage of the known devices is the presence of dynamic losses in transistors.

Так в ЗУ с двух полярным по напряжению режиме работы конденсаторов резонансного контура при каждом отпирании силовых транзисторов происходит разряд их выходных емкостей с рассеянием накопленной в этих емкостях энергии во внутренней структуре транзистора. Выделяемая при этом мощность потерь , определяемая по формулеSo, in a charger with a two-polar voltage mode of operation of the resonant circuit capacitors, each time the power transistors are unlocked, their output capacitances are discharged with dissipation of the energy accumulated in these containers in the internal structure of the transistor. The power loss released in this case , determined by the formula

снижает КПД ЗУ, особенно, на повышенных частотах в десятки кГц.reduces the efficiency of the charger, especially at higher frequencies in tens of kHz.

Недостаток ЗУ с однополярным по напряжению режиме работы конденсаторов резонансного контура (ЗУ с дозирующими конденсаторами) состоит в том, что на начальном этапе зарядки, пока напряжение ЕНЭ не достигло граничного значения , определяемого из формулы (3), приведенной в [2],The disadvantage of a charger with a unipolar voltage mode of operation of the resonant circuit capacitors (charger with metering capacitors) is that at the initial stage of charging, until the CES voltage reaches the limit value , determined from formula (3) given in [2],

где и - соответственно, относительная и абсолютная длительность периода следования импульсов управления транзисторами ЗУ (тактовый период); - период собственных колебаний резонансного контура; - относительное значение граничного напряжения ЕНЭ, приведенное к первичной обмотке высоковольтного трансформатора; Q - добротность резонансного контура ЗУ, коммутация транзисторов ЗУ происходит при ненулевом значении протекающего через них тока [2], и сопровождается значительными коммутационными потерями. Это приводит к резкому и значительному возрастанию температуры кристалла транзисторов в течение начального этапа зарядки [2]. На конечном этапе зарядки в известном устройстве также имеют место динамические потери в транзисторах при каждом включении, обусловленные разрядом их выходных паразитных емкостей с рассеянием накопленной в этих емкостях энергии во внутренней структуре транзистора.Where And - respectively, the relative and absolute duration of the repetition period of control pulses of the memory transistors (clock period); - period of natural oscillations resonant circuit; - relative value of the boundary voltage of the CES, reduced to the primary winding of the high-voltage transformer;Q - quality factor of the resonant circuit of the charger, switching of the charger transistors occurs at a non-zero value of the current flowing through them [2], and is accompanied by significant switching losses. This leads to a sharp and significant increase in the temperature of the transistor crystal during the initial charging stage [2]. At the final stage of charging in the known device, there are also dynamic losses in the transistors each time they are turned on, due to the discharge of their output parasitic capacitances with dissipation of the energy accumulated in these containers in the internal structure of the transistor.

За счет этого снижается КПД и надежность работы известного устройства. Кроме того коммутационные процессы приводят к наведению помех в управляющих и информационных сетях, как ЗУ, так и электрофизических установок, что вызывает сбои в их работе и искажению информации, получаемой в ходе физического эксперимента. Это снижает надежность работы и может приводить к аварийным режимам ЗУ и электрофизических установок в целом, а также к необходимости повторения физических экспериментов, что увеличивает затраты на их проведение, что, в свою очередь, сужает функциональные возможности известного устройства и область его применения.Due to this, the efficiency and reliability of the known device are reduced. In addition, switching processes lead to interference in control and information networks, both storage devices and electrical installations, which causes failures in their operation and distortion of information obtained during a physical experiment. This reduces the reliability of operation and can lead to emergency modes of the charger and electrical installations in general, as well as to the need to repeat physical experiments, which increases the cost of their implementation, which, in turn, narrows the functionality of the known device and the scope of its application.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы ЗУ ЕНЭ и расширения его функциональных возможностей.The proposed invention solves the problem of increasing the reliability of the UES charger and expanding its functionality.

Технический результат от использования изобретения состоит в повышении КПД и снижении температуры кристалла транзисторов в течение цикла зарядки ЕНЭ и повышении уровня электромагнитной совместимости ЗУ.The technical result from the use of the invention is to increase the efficiency and reduce the temperature of the transistor crystal during the charging cycle of the CES and increase the level of electromagnetic compatibility of the charger.

Указанный технический результат достигается тем, что в ЗУ ЕНЭ, содержащем источник постоянного напряжения, два последовательно соединенных дозирующих конденсатора, зашунтированных диодами, два последовательно соединенных транзистора зашунтированных обратными диодами, коллектор первого из которых присоединен к положительной клемме источника постоянного напряжения, а эмиттер второго к отрицательной клемме этого источника, высоковольтный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к общим точкам дозирующих конденсаторов и последовательно соединенных транзисторов, высоковольтный выпрямитель, к выходу которого присоединен емкостный накопитель энергии, устройство управления, содержащее двухканальный генератор тактовых импульсов, имеющий один вход, на который поступает внешний сигнал пуска зарядного устройства, и два выхода, которые подключены к двум входам двухканального драйвера, формирующего импульсы управления транзисторами длительностью равной половине тактового периода минус интервал паузы, введены дроссель, две группы дополнительных конденсаторов, каждая из которых содержит два последовательно включенных конденсатора, присоединенных к клеммам источника постоянного напряжения, причем общая точка первой группы соединена с общей точкой последовательно соединенных транзисторов, а общая точка второй группы соединена с первым выводом дросселя, второй вывод которого подключен к общей точке транзисторов, а также генератор задержки, вход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, формирующий прямоугольный импульс, фронт которого задержан относительно фронта внешнего сигнала пуска зарядного устройства на интервал равный четверти тактового периода минус интервал паузы, формируемой драйвером, а выход генератора задержки подключен к первым входам двух логических элементов «2И», вторые входы которых присоединены, соответственно, к первому и второму выходу двухканального генератора тактовых импульсов, а выходы первого и второго логического элемента «2И» подключены, соответственно, к первому и второму входу двухканального драйвера.The specified technical result is achieved by the fact that in the CES memory, containing a constant voltage source, two series-connected metering capacitors, shunted by diodes, two series-connected transistors, shunted by reverse diodes, the collector of the first of which is connected to the positive terminal of the constant voltage source, and the emitter of the second to the negative terminal of this source, a high-voltage transformer, the primary winding of which is connected to the common points of metering capacitors and series-connected transistors, a high-voltage rectifier, to the output of which a capacitive energy storage device is connected, a control device containing a two-channel clock pulse generator having one input, which receives an external signal start of the charger, and two outputs that are connected to two inputs of a two-channel driver that generates transistor control pulses with a duration equal to half the clock period minus the pause interval, a choke is introduced, two groups of additional capacitors, each of which contains two series-connected capacitors connected to the source terminals constant voltage, and the common point of the first group is connected to the common point of series-connected transistors, and the common point of the second group is connected to the first output of the inductor, the second output of which is connected to the common point of the transistors, as well as a delay generator, the input of which is connected to the input of the clock pulse generator, generating a rectangular pulse, the front of which is delayed relative to the front of the external charger start signal by an interval equal to a quarter of the clock period minus the pause interval generated by the driver, and the output of the delay generator is connected to the first inputs of two logical elements “2I”, the second inputs of which are connected, respectively, to the first and second outputs of the two-channel clock generator, and the outputs of the first and second logical element “2I” are connected, respectively, to the first and second input of the two-channel driver.

Введение указанных элементов обеспечивает переключение транзисторов при нулевом значении приложенного к ним напряжения и отсутствие коммутационных потерь на всем протяжении цикла зарядки ЕНЭ. Это позволяет снизить температуру кристаллов транзисторов в течение процесса зарядки, повысить КПД, надежность работы ЗУ и уровень его электромагнитной совместимости.The introduction of these elements ensures switching of transistors at zero voltage applied to them and the absence of switching losses throughout the CES charging cycle. This allows you to reduce the temperature of the transistor crystals during the charging process, increase the efficiency, reliability of the charger and its level of electromagnetic compatibility.

На фиг.1 представлена электрическая схема ЗУ ЕНЭ, где: 1 - источник постоянного напряжения, 2,3 - дозирующие конденсаторы, 4,5 - шунтирующие диоды, 6,7 - транзисторы, 8,9 - обратные шунтирующие диоды, 10 - высоковольтный трансформатор, 11 - высоковольтный выпрямитель, 12 - емкостный накопитель энергии, 13 - генератор тактовых импульсов, 14 - драйвер, 15, 16 - дополнительные конденсаторы первой группы, 17, 18 - дополнительные конденсаторы второй группы, 19 - дроссель; 20 - генератор задержки; 21, 22 - логические элементы «И».Figure 1 shows the electrical circuit of the UES charger, where: 1 - constant voltage source, 2.3 - metering capacitors, 4.5 - shunt diodes, 6.7 - transistors, 8.9 - reverse shunt diodes, 10 - high-voltage transformer , 11 - high-voltage rectifier, 12 - capacitive energy storage, 13 - clock generator, 14 - driver, 15, 16 - additional capacitors of the first group, 17, 18 - additional capacitors of the second group, 19 - inductor; 20 - delay generator; 21, 22 - logical elements “AND”.

На фиг.2 приведены временные диаграммы ЗУ ЕНЭ в начальной стадии цикла зарядки ЕНЭ.Figure 2 shows the time diagrams of the CES charger at the initial stage of the CES charging cycle.

На фиг.3 приведены временные диаграммы ЗУ ЕНЭ в основной и завершающей стадии цикла зарядки ЕНЭ.Figure 3 shows the time diagrams of the CES charger in the main and final stages of the CES charging cycle.

На диаграммах фиг.2 и фиг.3 буквами обозначены: а, б - импульсы управления транзисторами 6 и 7, соответственно, на выходах драйвера 14; в, г - напряжения на дозирующих конденсаторах 2 и 3, соответственно; д - ток первичной обмотки трансформатора 10; е - ток, протекающий по обмотке дросселя 19; ж - ток транзистора 6; з - ток обратного шунтирующего диода 8; и - напряжение сток-исток транзистора 6 и конденсатора 15; к - ток транзистора 7; л - ток обратного шунтирующего диода 9; м - напряжение сток-исток транзистора 7 и конденсатора 16; н, п - токи, протекающие, через дополнительные конденсаторы первой группы 15, 16, соответственно.In the diagrams of Fig. 2 and Fig. 3 the letters indicate: a, b - control pulses of transistors 6 and 7, respectively, at the outputs of the driver 14; c, d - voltages on metering capacitors 2 and 3, respectively; d - current of the primary winding of transformer 10; e - current flowing through the winding of the inductor 19; g - current of transistor 6; h - current of reverse shunt diode 8; and - drain-source voltage of transistor 6 and capacitor 15; k - current of transistor 7; l - current of reverse shunt diode 9; m is the drain-source voltage of transistor 7 and capacitor 16; n, p - currents flowing through additional capacitors of the first group 15, 16, respectively.

На фиг.4 приведены временные диаграммы ЗУ ЕНЭ на первых тактовых периодах процесса зарядки ЕНЭ.Figure 4 shows the timing diagrams of the CES charger at the first clock periods of the CES charging process.

На диаграммах фиг.4 буквами обозначены: а1 - внешний сигнал пуска зарядного устройства; б1, в1 - напряжения на выходах генератора тактовых импульсов 13; г1 - выходное напряжение генератора задержки 20; д1, е1 - выходные напряжения логических элементов 21, 22; ж1, з1 - выходные напряжения драйвера 14; и1 - ток, протекающий по обмотке дросселя 19.In the diagrams of Fig. 4 the letters indicate: a1 - external signal to start the charger; b1, c1 - voltages at the outputs of clock pulse generator 13; g1 - output voltage of delay generator 20; d1, e1 - output voltages of logic elements 21, 22; z1, z1 - output voltages of driver 14; u1 - current flowing through the winding of inductor 19.

На фиг. 5 - 8 приведены временные диаграммы ЗУ ЕНЭ, полученные на имитационной модели предлагаемого устройства при параметрах, взятых в качестве примера: напряжение источника электропитания 1 - 500В; емкость дозирующих конденсаторов 2, 3 - мкФ; индуктивность рассеяния обмоток высоковольтного трансформатора 10, выполняющая функцию элемента резонансного контура, - 10 мкГн; коэффициент трансформации трансформатора 10 ; емкость дополнительных конденсаторов 15, 16 - 30 нФ; емкость дополнительных конденсаторов 17, 18 - 100 мкФ; емкость накопителя энергии 12 - мФ; период следования импульсов управления транзисторами (тактовый период) - мкс; индуктивность дополнительного дросселя 19 - 80 мкГн.In fig. 5 - 8 show the timing diagrams of the UES charger, obtained on a simulation model of the proposed device with parameters taken as an example: power supply voltage 1 - 500V; capacity of dosing capacitors 2, 3 - µF; the leakage inductance of the windings of the high-voltage transformer 10, which performs the function of an element of the resonant circuit, is 10 μH; transformer ratio 10 ; capacity of additional capacitors 15, 16 - 30 nF; capacity of additional capacitors 17, 18 - 100 μF; energy storage capacity 12 - mF; repetition period of transistor control pulses (clock period) - mks; inductance of the additional choke is 19 - 80 μH.

На фиг. 5 приведены временные диаграммы работы предлагаемого устройства с генератором задержки в составе системы управления ЗУ.In fig. Figure 5 shows timing diagrams of the operation of the proposed device with a delay generator as part of the memory control system.

На фиг. 6 приведены временные диаграммы процессов коммутации транзистора (6 или 7) ЗУ в предлагаемом устройстве с генератором задержки в составе системы управления ЗУ на интервале, выделенном на фиг. 5 штриховой овальной кривой. In fig. Figure 6 shows time diagrams of the switching processes of the transistor (6 or 7) of the charger in the proposed device with a delay generator as part of the charger control system in the interval highlighted in Fig. 5 dashed oval curve.

На фиг. 7 приведены временные диаграммы работы ЗУ без генератора задержки в составе системы управления ЗУ.In fig. Figure 7 shows timing diagrams of the memory operating without a delay generator as part of the memory control system.

На фиг. 8 приведены временные диаграммы процессов коммутации транзистора (6 или 7) ЗУ без генератора задержки в составе системы управления ЗУ на интервале, выделенном на фиг. 7 штриховой овальной кривой.In fig. Figure 8 shows time diagrams of switching processes of a transistor (6 or 7) of a charger without a delay generator as part of the charger control system in the interval highlighted in Fig. 7 dashed oval curve.

На диаграммах фиг. 5 - 8 буквами обозначены: а2 - напряжение сток-исток транзистора 6 (7); б2 - ток стока транзистора 6 (7); в2 - ток, протекающий по обмотке дросселя 19.In the diagrams of fig. 5 - 8 letters indicate: a2 - drain-source voltage of transistor 6 (7); b2 - drain current of transistor 6 (7); b2 - current flowing through the winding of inductor 19.

Устройство содержит источник постоянного напряжения 1, к выходу которого подключены два последовательно соединенных дозирующих конденсатора 2, 3, зашунтированных диодами 4, 5, а также два последовательно соединенных транзистора 6, 7 зашунтированных обратными диодами 8, 9, причем коллектор первого транзистора 6 присоединен к положительной клемме источника постоянного напряжения, а эмиттер второго 7 к отрицательной клемме этого источника 1, высоковольтный трансформатор 10, первичная обмотка которого подключена к общим точкам дозирующих конденсаторов 2, 3 и последовательно соединенных транзисторов 6, 7, высоковольтный выпрямитель 11, к выходу которого присоединен емкостный накопитель энергии 12, дроссель 19, две группы дополнительных конденсаторов 15, 16 и 17, 18, каждая из которых содержит два последовательно включенных конденсатора, присоединенных к клеммам источника постоянного напряжения 1, причем общая точка первой группы 15, 16 соединена с общей точкой последовательно соединенных транзисторов 6, 7, а общая точка второй группы 17, 18 соединена с первым выводом дросселя 19, второй вывод которого подключен к общей точке транзисторов 6, 7, устройство управления, содержащее двухканальный генератор тактовых импульсов 13, имеющий один вход, на который поступает внешний сигнал пуска зарядного устройства, и два выхода которые подключены к двум входам двухканального драйвера 14, формирующего импульсы управления транзисторами 6, 7, генератор задержки 20, вход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов 13, а выход генератора задержки 20 подключен к первым входам двух логических элементов 21, 22, вторые входы которых присоединены, соответственно, к первому и второму выходу двухканального генератора тактовых импульсов 13, а выходы первого и второго логических элементов 21, 22 подключены, соответственно, к первому и второму входу двухканального драйвера 14.The device contains a constant voltage source 1, to the output of which are connected two series-connected metering capacitors 2, 3, shunted by diodes 4, 5, as well as two series-connected transistors 6, 7 shunted by reverse diodes 8, 9, and the collector of the first transistor 6 is connected to the positive terminal of the constant voltage source, and the emitter of the second 7 to the negative terminal of this source 1, high-voltage transformer 10, the primary winding of which is connected to the common points of metering capacitors 2, 3 and series-connected transistors 6, 7, high-voltage rectifier 11, to the output of which a capacitive storage is connected energy 12, inductor 19, two groups of additional capacitors 15, 16 and 17, 18, each of which contains two series-connected capacitors connected to the terminals of the constant voltage source 1, and the common point of the first group 15, 16 is connected to the common point of series-connected transistors 6, 7, and the common point of the second group 17, 18 is connected to the first terminal of the inductor 19, the second terminal of which is connected to the common point of the transistors 6, 7, a control device containing a two-channel clock generator 13, having one input, which receives an external signal start of the charger, and two outputs that are connected to the two inputs of the two-channel driver 14, which generates control pulses for transistors 6, 7, a delay generator 20, the input of which is connected to the input of the clock pulse generator 13, and the output of the delay generator 20 is connected to the first inputs of two logic elements 21, 22, the second inputs of which are connected, respectively, to the first and second outputs of the two-channel clock generator 13, and the outputs of the first and second logical elements 21, 22 are connected, respectively, to the first and second inputs of the two-channel driver 14.

Принцип работы предлагаемого устройства поясняется диаграммами, приведенными на фиг. 2, 3, 4 и заключается в следующем.The operating principle of the proposed device is illustrated by the diagrams shown in Fig. 2, 3, 4 and is as follows.

Система управления ЗУ формирует импульсы управления транзисторами 6, 7, сдвинутыми по времени друг относительно друга на полупериод их следования и имеющих длительность , равную полупериоду их следования (тактовому полупериоду ) минус длительность фиксированной паузы The memory control system generates control pulses for transistors 6, 7, time-shifted relative to each other by their half-cycle and having a duration , equal to their half-period (clock half-period ) minus the duration of the fixed pause

. .

Длительность фиксированной паузы определяют из условия обеспечения в течение нее зарядки конденсаторов 15, 16, шунтирующих транзисторы 6, 7 от нуля до напряжения питания ЗУ при близких к нулю токах ЕНЭ в конце его цикла зарядки, и устанавливают выбором или настройкой драйвера 14 с требуемым значением .Fixed pause duration determined from the condition of ensuring during it the charging of capacitors 15, 16, shunting transistors 6, 7 from zero to supply voltage The charger is at close to zero CES currents at the end of its charging cycle, and is installed by selecting or setting driver 14 with the required value .

На интервале проводящего состояния транзистора 6 происходит колебательный разряд дозирующего конденсатора 2 по цепи: конденсатор 2, транзистор 6, первичная обмотка трансформатора 10, конденсатор 2. При этом энергия дозирующего конденсатора 2 через трансформатор 10, выпрямитель 11 передается в ЕНЭ, а часть ее накапливается в магнитном поле индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора 10, которые выполняют функцию дросселя резонансного контура, образованного этими индуктивностями и дозирующими конденсаторами 2, 3. Одновременно происходит зарядка дозирующего конденсатора 3, поскольку всегда выполняется равенствоIn the interval of the conducting state of transistor 6, an oscillatory discharge of the metering capacitor 2 occurs along the circuit: capacitor 2, transistor 6, primary winding of the transformer 10, capacitor 2. In this case, the energy of the metering capacitor 2 through the transformer 10, rectifier 11 is transferred to the CES, and part of it is accumulated in magnetic field of the leakage inductances of the windings of the transformer 10, which perform the function of a choke of the resonant circuit formed by these inductances and metering capacitors 2, 3. At the same time, the metering capacitor 3 is charged, since the equality is always satisfied

, ,

где - напряжения на дозирующих конденсаторах 2 и 3, соответственно.Where - voltage on metering capacitors 2 and 3, respectively.

При разряде дозирующего конденсатора 2 до нуля и заряде дозирующего конденсатора 3 до напряжения питания и в момент времени (кривые «в» и «г» на фиг. 2 и 3) отпирается диод 4, шунтирующий дозирующий конденсатор 2 и ток резонансного контура замыкается по цепи: шунтирующий диод 4, транзистор 6, первичная обмотка трансформатора 10, шунтирующий диод 4. Энергия, накопленная в магнитном поле индуктивностей рассеяния обмоток трансформатора, через трансформатор 10 и выходной выпрямитель 11 передается в ЕНЭ 12. При этом ток первичной обмотки трансформатора 10 снижается. Одновременно через открытый транзистор 6 протекает нарастающий по величине ток дросселя 19 по цепи: транзистор 6, дроссель 19, дополнительный конденсатор 17, транзистор 6.When discharging the metering capacitor 2 to zero and charging the metering capacitor 3 to the supply voltage and at the moment (curves “c” and “d” in Fig. 2 and 3) diode 4 is unlocked, shunt metering capacitor 2 is unlocked and the resonant circuit current is closed along the circuit: shunt diode 4, transistor 6, primary winding of transformer 10, shunt diode 4. Energy, The leakage inductance accumulated in the magnetic field of the transformer windings is transmitted through the transformer 10 and the output rectifier 11 to the CES 12. In this case, the current of the primary winding of the transformer 10 is reduced. At the same time, an increasing current of inductor 19 flows through the open transistor 6 along the circuit: transistor 6, inductor 19, additional capacitor 17, transistor 6.

Импульс управления транзистором 6 завершается в момент времени (кривая «а» на фиг.2 и 3) и далее после фиксированной паузы генератор тактовых импульсов 13 в момент времени подает импульс управления на транзистор 7 (кривая «б» на фиг.2 и 3).The control pulse of transistor 6 ends at the moment (curve “a” in Figs. 2 and 3) and then after a fixed pause clock generator 13 at time supplies a control pulse to transistor 7 (curve “b” in Figs. 2 and 3).

Начиная с момента , происходит запирание транзистора 6 и его ток (кривая «ж» на фиг.2 и 3) быстро (десятки наносекунд [6]) снижается до нуля при относительно медленном (сотни наносекунд) практически линейном нарастании на нем напряжения сток-исток (кривая «и» на фиг.2 и 3). Такой характер процессов на запираемом транзисторе 6 обусловлен зарядкой конденсатора 15, который включен параллельно транзистору 6, практически неизменным на этом интервале током равным половине суммарного тока резонансного контура и тока дросселя 19 (кривая «н» на фиг. 2, 3) и классифицируется как «мягкая» коммутация при нулевом напряжении (ПНН) [7 стр.318]. Since the moment , transistor 6 is turned off and its current (curve “g” in Figs. 2 and 3) quickly (tens of nanoseconds [6]) decreases to zero with a relatively slow (hundreds of nanoseconds) almost linear increase in the drain-source voltage on it (curve “ and" in Figs. 2 and 3). This nature of the processes on the turn-off transistor 6 is due to the charging of the capacitor 15, which is connected in parallel to the transistor 6, with a practically constant current over this interval equal to half the total current of the resonant circuit and the current of the inductor 19 (curve “n” in Fig. 2, 3) and is classified as “ soft" switching at zero voltage (PVN) [7 p. 318].

Одновременно с нарастанием напряжения на конденсаторе 15 происходит разряд конденсатора 16, шунтирующего транзистор 7, таким же по величине током, напряжение на котором линейно снижается (кривая «м» на фиг.2 и 3) в соответствии с равенствомSimultaneously with the increase in voltage on capacitor 15, capacitor 16 is discharged, shunting transistor 7, with the same current, the voltage on which decreases linearly (curve “m” in Figs. 2 and 3) in accordance with the equality

, ,

где - напряжения на дополнительных конденсаторах 15 и 16, соответственно.Where - voltages on additional capacitors 15 and 16, respectively.

На начальной стадии цикла зарядки ЕНЭ процессы заряда/разряда каждого из дополнительных конденсаторов 15, 16 обусловлены половиной суммарного тока (кривые «н» и «п», соответственно, на фиг. 2, 3) первичной обмотки трансформатора 10 (кривая «д» на фиг.2 и 3) и дросселя 19 (кривая «е» на фиг.2 и 3) за счет энергии, накопленной в магнитном поле дросселя 19, и в магнитном поле индуктивностей рассеяния трансформатора 10.At the initial stage of the CES charging cycle, the charge/discharge processes of each of the additional capacitors 15, 16 are caused by half of the total current (curves “n” and “p”, respectively, in Fig. 2, 3) of the primary winding of the transformer 10 (curve “d” in Figs. 2 and 3) and inductor 19 (curve “e” in Figs. 2 and 3) due to the energy accumulated in the magnetic field of inductor 19 and in the magnetic field of the leakage inductances of transformer 10.

При разряде конденсатора 16, до нуля в момент времени (кривая «м» на фиг.2 и 3) отпирается обратный диод 9 (ток диода - кривая «л» на фиг.2 и 3), шунтирующий транзистор 7, и ток резонансного контура начинает протекать по цепи: обратный диод 9 транзистора 7, первичная обмотка трансформатора 10, шунтирующий диод 4, источник постоянного напряжения 1, обратный диод 9. Энергия, оставшаяся от предыдущего интервала в магнитном поле обмоток трансформатора 10, через трансформатор и выходной выпрямитель 11 передается в ЕНЭ 12, а также в источник постоянного напряжения 1. Одновременно начинается снижение тока дросселя 19, протекающего по цепи: обратный диод 9 транзистора 7, дроссель 19, дополнительный конденсатор 18, обратный диод 9 за счет передачи его энергии в источник постоянного напряжения, а также начинается разряд дозирующего конденсатора 3 по цепи: конденсатор 3, первичная обмотка трансформатора 10, обратный диод 9, конденсатор 3. При этом к транзистору 7 приложено небольшое обратное напряжение (кривая «м» на фиг.2 и 3), равное падению напряжения на открытом диоде 9 (на кривой «м» фиг.2 и 3 это падение принято равным нулю).When capacitor 16 discharges, to zero at the moment of time (curve “m” in Figs. 2 and 3) the reverse diode 9 is unlocked (diode current - curve “l” in Figs. 2 and 3), the shunt transistor 7, and the resonant circuit current begins to flow through the circuit: reverse diode 9 of transistor 7 , primary winding of transformer 10, shunt diode 4, constant voltage source 1, reverse diode 9. The energy remaining from the previous interval in the magnetic field of the windings of transformer 10 is transmitted through the transformer and output rectifier 11 to the CES 12, as well as to the constant voltage source 1 At the same time, the current of inductor 19 flowing through the circuit begins to decrease: reverse diode 9 of transistor 7, inductor 19, additional capacitor 18, reverse diode 9 due to the transfer of its energy to a constant voltage source, and the discharge of metering capacitor 3 begins along the circuit: capacitor 3 , the primary winding of the transformer 10, the reverse diode 9, the capacitor 3. In this case, a small reverse voltage is applied to the transistor 7 (curve “m” in Fig. 2 and 3), equal to the voltage drop across the open diode 9 (on the curve “m” in Fig. 2 and 3, this drop is assumed to be zero).

После снижения суммарного тока первичной обмотки трансформатора 10 и дросселя 19, протекающего через обратный диод 9 до нуля, он меняет свое направление и начинает протекать через транзистор 7 (кривая «к» на фиг. 2, 3), на который уже начиная с момента времени (фиг.2, 3) подан импульс управления. Такое включение также соответствует «мягкой» коммутации при нуле напряжения [7].After the total current of the primary winding of the transformer 10 and the inductor 19 flowing through the reverse diode 9 is reduced to zero, it changes its direction and begins to flow through the transistor 7 (curve “k” in Fig. 2, 3), to which already starting from the moment of time (Fig.2, 3) a control pulse is supplied. This switching also corresponds to “soft” switching at zero voltage [7].

На основной и завершающей стадии цикла зарядки ЕНЭ ток резонансного контура, протекающий на интервале проводимости диода 4, шунтирующего дозирующий конденсатор 2, при обычно выбираемом соотношении тактовой частоты преобразователя и частоты собственных колебаний резонансного контура < [2] снижается до нуля ранее момента запирания транзистора 6 (см. фиг. 3). Поэтому заряд/разряд каждого из дополнительных конденсаторов 15, 16 обусловлен только половиной тока дросселя 19 и, следовательно, время нарастания/спада напряжения на силовых электродах транзисторов увеличивается. В остальном последовательность и сущность процессов, происходящих в ЗУ на рассмотренных временных интервалах, остается неизменной.At the main and final stage of the CES charging cycle, the resonant circuit current flows in the conductivity range of the diode 4 shunting the metering capacitor 2, at the usually selected clock frequency ratio converter and natural frequency resonant circuit < [2] decreases to zero before the moment turning off transistor 6 (see Fig. 3). Therefore, the charge/discharge of each of the additional capacitors 15, 16 is due to only half the current of the inductor 19 and, consequently, the rise/fall time of the voltage at the power electrodes of the transistors increases. Otherwise, the sequence and essence of the processes occurring in the memory during the considered time intervals remains unchanged.

Описанный характер коммутационных процессов при включении/выключении транзисторов ЗУ подтверждается диаграммами на фиг.5, 6, полученными на имитационной модели предлагаемого устройства в среде MATLAB Simulink.The described nature of the switching processes when switching on/off the storage transistors is confirmed by the diagrams in Figs. 5, 6, obtained on a simulation model of the proposed device in the MATLAB Simulink environment.

Для обеспечения процесса «мягкой» (ПНН) коммутации транзисторов и повышения надежности работы ЗУ необходимо на протяжении всего цикла зарядки ЕНЭ, начиная с первого тактового периода, обеспечить постоянство амплитудных значений тока дросселя 19 (кривая «е» фиг. 2, 3), при которых происходит коммутация. To ensure the process of “soft” switching of transistors and increase the reliability of the charger, it is necessary to ensure constant amplitude values throughout the entire charging cycle of the CES, starting from the first clock period inductor current 19 (curve “e” Fig. 2, 3), at which switching occurs.

Это достигается путем введения в схему предлагаемого устройства генератора задержки 20, вход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов 13, а выход генератора задержки 20 подключен к первым входам двух логических элементов 21, 22, вторые входы которых присоединены, соответственно, к первому и второму выходу генератора тактовых импульсов 13. В свою очередь, выходы логических элементов 21, 22 подключены, соответственно, к первому и второму входу двухканального драйвера 14.This is achieved by introducing into the circuit of the proposed device a delay generator 20, the input of which is connected to the input of the clock pulse generator 13, and the output of the delay generator 20 is connected to the first inputs of two logic elements 21, 22, the second inputs of which are connected, respectively, to the first and second outputs clock generator 13. In turn, the outputs of logic elements 21, 22 are connected, respectively, to the first and second input of the two-channel driver 14.

Задержка отпирания в начале цикла зарядки ЕНЭ первого из включаемых транзисторов на интервал длительностью, равной Delay in unlocking at the beginning of the CES charging cycle of the first of the switched-on transistors for an interval duration equal

, ,

обеспечивает неизменное амплитудное значение тока дросселя 19 равное к концу первого тактового полупериода и всех последующих периодов (фиг. 2, 3, 4). provides a constant amplitude value of the inductor current 19 equal to by the end of the first clock half-cycle and all subsequent periods (Fig. 2, 3, 4).

При поступлении внешнего сигнала пуска зарядного устройства (кривая а1) на фиг. 4) генератор тактовых импульсов 13 начинает формировать на своих выходах противофазные прямоугольные импульсы с тактовым периодом и длительностью равной половине тактового периода (кривые б1 и в1 на фиг. 4). Одновременно генератор задержки 20 формирует прямоугольный импульс (кривая г1 на фиг. 4), фронт которого задержан относительно фронта внешнего сигнала пуска (кривая а1 на фиг. 4) зарядного устройства на интервал длительностью, равной When an external signal to start the charger is received (curve a1) in Fig. 4) clock pulse generator 13 begins to generate antiphase rectangular pulses with a clock period at its outputs and a duration equal to half the clock period (curves b1 and b1 in Fig. 4). At the same time, the delay generator 20 generates a rectangular pulse (curve r1 in Fig. 4), the front of which is delayed relative to the front of the external start signal (curve a1 in Fig. 4) of the charger for an interval duration equal

. .

Этот импульс поступает на первые входы двух логических элементов 21, 22 «2И»,This pulse arrives at the first inputs of two logical elements 21, 22 “2I”,

на вторые входы которых поступают выходные сигналы генератора тактовых импульсов 13. В результате, на выходах логических элементов 21, 22 «2И» формируются две последовательности прямоугольных импульсов (кривые д1 и е1 на фиг. 4) первый импульс одной из которых (кривая д1 на фиг. 4) имеет длительность , равнуюthe second inputs of which receive the output signals of the clock pulse generator 13. As a result, at the outputs of logic elements 21, 22 “2I” two sequences of rectangular pulses are formed (curves d1 and e1 in Fig. 4), the first pulse of one of which (curve d1 in Fig. 4) has a duration , equal to

. .

Выходные сигналы логических элементов 21, 22 далее поступают на входы драйвера 14, который формирует импульсы управления (кривые ж1 и з1 на фиг. 4) транзисторами 6 и 7 с уменьшенной на величину длительностью , определяемой из равенстваThe output signals of logic elements 21, 22 are then supplied to the inputs of driver 14, which generates control pulses (curves w1 and z1 in Fig. 4) by transistors 6 and 7 with a reduced value duration , determined from the equality

Расчетное выражение тока дросселя 19 на интервале проводящего состояния транзисторов 6 и 7 ЗУ определяется из выраженияCalculated current expression inductor 19 in the interval of the conducting state of transistors 6 and 7 of the memory is determined from the expression

где - индуктивность дросселя 19, - напряжение дополнительных конденсаторов 17, 18. Where - inductance of the inductor 19, - voltage of additional capacitors 17, 18.

При выборе емкости дополнительных конденсаторов 17, 18 из условия When choosing a container additional capacitors 17, 18 from the condition

напряжение на них не зависит от тока дросселя 19 и равно . voltage on them does not depend on the inductor current 19 and is equal to .

Ток дросселя 19 в соответствии с формулой (2) на интервалах проводимости транзисторов 6, 7 изменяется по линейному законуThe current of the inductor 19 in accordance with formula (2) at the conductivity intervals of transistors 6, 7 changes according to a linear law

где - начальное на соответствующем интервале значение тока дросселя 19. Where - initial value of the inductor current at the corresponding interval 19.

Согласно выражению (4) с учетом (1) и (2) приращение тока дросселя 19 на интервале , на котором , будет According to expression (4), taking into account (1) and (2), the current increment throttle 19 at interval , on which , will

На первых тактовых периодах работы ЗУ суммарный ток зарядки/разрядки конденсаторов 15, 16 имеет относительно большие значения и фактическая величина интервала заряда/разряда этих конденсаторов (см. фиг. 2) относительно невелика. В этих условиях длительность нарастания тока дросселя 19 от нуля до наибольшего значения на этих периодах согласно диаграммам фиг. 4 также составляет четверть тактового периода , потому приращения и амплитудные значения тока дросселя также одинаковы на первых тактовых периодах работы ЗУ. Это обеспечивает стабильные условия коммутации транзисторов 6 и 7 при зарядке ЕНЭ.During the first clock periods of the charger operation, the total charging/discharging current of capacitors 15, 16 has relatively large values and the actual value of the interval The charge/discharge of these capacitors (see Fig. 2) is relatively small. Under these conditions, the duration of the increase in the current of the inductor 19 from zero to the highest value during these periods according to the diagrams in Fig. 4 is also a quarter of a clock period , therefore the increments and amplitude values The inductor currents are also the same during the first clock periods of the memory. This ensures stable switching conditions for transistors 6 and 7 when charging the CES.

При отсутствии задержки первого импульса одной из последовательностей прямоугольных импульсов, подаваемых на входы драйвера 14, при включении транзисторов 6, 7 в кривой тока дросселя 19 наблюдается переходный колебательный процесс. In the absence of a delay of the first pulse of one of the sequences of rectangular pulses supplied to the inputs of the driver 14, when transistors 6, 7 are turned on, a transient oscillatory process is observed in the current curve of the inductor 19.

Это приводит к колебаниям амплитуды тока дросселя и нарушению процесса коммутации, неполному разряду одного из конденсаторов 15, 16 (например, конденсатора 15, кривая а2 на фиг. 8)) на интервале паузы и последующему его разряду импульсным током большой амплитуды (кривая б2 на фиг.8) при отпирании транзистора 6 с выделением накопленной в конденсаторе 15 энергии во внутренней структуре этого транзистора. Разряд вызывает перегрев полупроводниковой структуры транзистора, что снижает надежность работы устройства.This leads to fluctuations in the amplitude of the inductor current and disruption of the switching process, incomplete discharge of one of the capacitors 15, 16 (for example, capacitor 15, curve a2 in Fig. 8)) during the pause interval and its subsequent discharge with a pulsed current of large amplitude (curve b2 in Fig. 8) when transistor 6 is unlocked with the release of energy accumulated in capacitor 15 in the internal structure of this transistor. The discharge causes overheating of the semiconductor structure of the transistor, which reduces the reliability of the device.

Кроме того переходный процесс сопровождается значительным (до двукратного значения, кривая в2 на фиг.8) превышением током дросселя 19 его амплитудного значения в установившемся режиме, что увеличивает его расчетную энергоемкость, массу и габариты.In addition, the transient process is accompanied by a significant (up to double value, curve b2 in Fig. 8) excess current of the inductor 19 of its amplitude value in steady state, which increases its calculated energy intensity, weight and dimensions.

Задержка первого импульса, подаваемого на вход драйвера 14, на интервал исключает колебания амплитуды тока дросселя и аномальные режимы коммутации транзисторов ЗУ (см. фиг. 5, 6), повышает надежность его работы, а также позволяет снизить энергоемкость, массу и габариты дросселя 19.Delay of the first pulse supplied to the input of driver 14 by interval eliminates fluctuations in the amplitude of the inductor current and abnormal switching modes of the memory transistors (see Fig. 5, 6), increases the reliability of its operation, and also makes it possible to reduce the energy consumption, weight and dimensions of the inductor 19.

Источники информации:Information sources:

1. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии / О.Г. Булатов, В.С. Иванов, Д.И. Панфилов. - М.: Радио и связь, 1986. - 160 с. (стр.43). 1. Semiconductor chargers for capacitive energy storage devices / O.G. Bulatov, V.S. Ivanov, D.I. Panfilov. - M.: Radio and communication, 1986. - 160 p. (p.43).

2. Копелович Е.А., Хватов С.В., Ваняев В.В., Троицкий М.М., Флат Ф.А. Транзисторно-конденсаторные зарядные устройства мегаджоульных ёмкостных накопителей энергии. Электротехника, №7, 2010. - с. 11-16. 2. Kopelovich E.A., Khvatov S.V., Vanyaev V.V., Troitsky M.M., Flat F.A. Transistor-capacitor chargers for megajoule capacitive energy storage devices. Electrical engineering, No. 7, 2010. - p. 11-16.

3. Pokryvailo A., Carp C., Scapellati C. A High Power High Voltage Power Supply for Long Pulse Applications// URL: www.spellmanhv.com3. Pokryvailo A., Carp C., Scapellati C. A High Power High Voltage Power Supply for Long Pulse Applications // URL: www.spellmanhv.com

4. Кныш В.А. Полупроводниковые преобразователи в системах заряда накопительных конденсаторов. - Ленинград: Энергоатомиздат, 1981. - 160 с. 4. Knysh V.A. Semiconductor converters in storage capacitor charging systems. - Leningrad: Energoatomizdat, 1981. - 160 p.

5. Патент на полезную модель №94089 РФ, МПК Н 03 К 3/53. Зарядное устройство накопительного конденсатора. Копелович Е.А. Опубл. в Бюллетене «Изобретения, полезные модели», 2010, № 13.5. Utility model patent No. 94089 of the Russian Federation, IPC N 03 K 3/53. Storage capacitor charger. Kopelovich E.A. Publ. in the Bulletin “Inventions, utility models”, 2010, No. 13.

6. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-FF2MR12KM1P-DataSheet-v02_00-EN.pdf?6. https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-FF2MR12KM1P-DataSheet-v02_00-EN.pdf?

7. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. - М.: Техносфера, 2006. -632 с.7. Meleshin V.I. Transistor converter technology. - M.: Tekhnosphere, 2006. -632 p.

Claims (1)

Зарядное устройство емкостного накопителя энергии, содержащее источник постоянного напряжения, два последовательно соединенных дозирующих конденсатора, зашунтированных диодами, два последовательно соединенных транзистора, зашунтированных обратными диодами, коллектор первого из которых присоединен к положительной клемме источника постоянного напряжения, а эмиттер второго к отрицательной клемме этого источника, высоковольтный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к общим точкам дозирующих конденсаторов и последовательно соединенных транзисторов, высоковольтный выпрямитель, к выходу которого присоединен емкостный накопитель энергии, устройство управления, содержащее генератор тактовых импульсов, имеющий один вход, на который поступает внешний сигнал пуска зарядного устройства, и два выхода, которые подключены к двум входам двухканального драйвера, формирующего импульсы управления транзисторами длительностью, равной половине тактового периода минус интервал паузы, отличающееся тем, что в устройство введены дроссель, две группы дополнительных конденсаторов, каждая из которых содержит два последовательно включенных конденсатора, присоединенных к клеммам источника постоянного напряжения, причем общая точка первой группы соединена с общей точкой последовательно соединенных транзисторов, а общая точка второй группы соединена с первым выводом дросселя, второй вывод которого подключен к общей точке транзисторов, а также генератор задержки, вход которого соединен с входом генератора тактовых импульсов, формирующий прямоугольный импульс, фронт которого задержан относительно фронта внешнего сигнала пуска зарядного устройства на интервал, равный четверти тактового периода минус интервал паузы, формируемой драйвером, а выход генератора задержки подключен к первым входам двух логических элементов «2И», вторые входы которых присоединены, соответственно, к первому и второму выходам двухканального генератора тактовых импульсов, а выходы первого и второго логических элементов «2И» подключены, соответственно, к первому и второму входам двухканального драйвера.A capacitive energy storage charger containing a constant voltage source, two series-connected metering capacitors, shunted by diodes, two series-connected transistors, shunted by reverse diodes, the collector of the first of which is connected to the positive terminal of the constant voltage source, and the emitter of the second to the negative terminal of this source, a high-voltage transformer, the primary winding of which is connected to the common points of metering capacitors and series-connected transistors, a high-voltage rectifier, to the output of which a capacitive energy storage device is connected, a control device containing a clock pulse generator having one input, which receives an external signal to start the charger, and two outputs that are connected to two inputs of a two-channel driver that generates transistor control pulses with a duration equal to half the clock period minus the pause interval, characterized in that a choke is introduced into the device, two groups of additional capacitors, each of which contains two series-connected capacitors connected to terminals of a constant voltage source, and the common point of the first group is connected to the common point of series-connected transistors, and the common point of the second group is connected to the first terminal of the inductor, the second terminal of which is connected to the common point of the transistors, as well as a delay generator, the input of which is connected to the input of the clock generator pulses, forming a rectangular pulse, the front of which is delayed relative to the front of the external charger start signal for an interval equal to a quarter of the clock period minus the pause interval generated by the driver, and the output of the delay generator is connected to the first inputs of two logical elements “2I”, the second inputs of which are connected, respectively, to the first and second outputs of the two-channel clock generator, and the outputs of the first and second logical elements “2I” are connected, respectively, to the first and second inputs of the two-channel driver.
RU2023126037A 2023-10-11 Capacitive energy storage charger RU2810546C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810546C1 true RU2810546C1 (en) 2023-12-27

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6538906B1 (en) * 2002-02-11 2003-03-25 Delta Electronics, Inc. Energy storage circuit for DC-DC converter
RU88488U1 (en) * 2009-07-08 2009-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) ACCUMULATOR CAPACITOR CHARGER
RU2601437C1 (en) * 2015-10-19 2016-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Charging device of capacitive energy storage
CN111030283A (en) * 2019-12-03 2020-04-17 东莞南方半导体科技有限公司 Operation power supply system and power electronic transformer system
RU2749382C1 (en) * 2020-11-20 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Battery charger for capacitive energy storage device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6538906B1 (en) * 2002-02-11 2003-03-25 Delta Electronics, Inc. Energy storage circuit for DC-DC converter
RU88488U1 (en) * 2009-07-08 2009-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) ACCUMULATOR CAPACITOR CHARGER
RU2601437C1 (en) * 2015-10-19 2016-11-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Charging device of capacitive energy storage
CN111030283A (en) * 2019-12-03 2020-04-17 东莞南方半导体科技有限公司 Operation power supply system and power electronic transformer system
RU2749382C1 (en) * 2020-11-20 2021-06-09 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Battery charger for capacitive energy storage device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9985516B2 (en) DC/DC converter and method for zero voltage switching
CN103066855B (en) System and method used for no-voltage switch in power source transformation system
US8411470B2 (en) Synchronous rectification control device, method for synchronous rectification control, and insulated type switching power supply
US11682977B2 (en) Controller and control system for DC/DC converter
US20220255429A1 (en) Voltage converter
Pedersen et al. Self-oscillating galvanic isolated bidirectional very high frequency dc-dc converter
RU2810546C1 (en) Capacitive energy storage charger
RU2601437C1 (en) Charging device of capacitive energy storage
RU2339158C2 (en) High-voltage pulse modulator with pulse amplitude stabilisation and electronic switch for it (versions)
RU2749382C1 (en) Battery charger for capacitive energy storage device
RU2510862C1 (en) Stabilised quasiresonent converter
Chen et al. Combined bidirectional buck–boost DC–DC chopper-mode inverters with high-frequency link
CN202384988U (en) Switching power supply circuit
RU2709453C2 (en) Quasi-resonance single-cycle forward-path voltage converter with switching at zero current
Wen et al. Analysis on the effect of secondary side devices for the operation of GaN based LLC resonant converter
RU2510871C1 (en) Method for dc voltage pulse conversion and device for its implementation
RU2741969C1 (en) Single-cycle voltage converter
Ding et al. Switched-coupled inductor DC-DC converters
US20190199216A1 (en) Power supply apparatus, microbial fuel cell voltage boosting circuit and microbial fuel cell voltage boosting system
Ulrich Multi-Level Flying Capacitor ZVS Clamp-Switch Boost Converter
RU2301438C1 (en) Secondary power supply
RU2742290C1 (en) Two-stroke dc-dc converter with throttle in supply circuit
RU2554926C2 (en) Control method of charging device of capacitive energy storage unit with dosing capacitors
WO2022121073A1 (en) Isolated power conversion method for demagnetization iteration control, and power conversion circuit
CN114079385B (en) LLC resonant circuit series-parallel conversion power supply circuit based on synchronous drive