SU853784A2 - Устройство дл зар да конденсатора - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА

1

Изобретение относитс  к области электротехники и может быть использовано дл  зар да накопительных конденсаторов , наход щих применение в качестве источников импульсной мощности , вход щих в состав автономных источников питани  бортовых систем,

.Известно устройство дл  зар да конденсатора по основному авт.св. № 554613, содержащее первичный источник питани , импульсный регул тор , входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и выходным конденсаторами, накопительный конденсатор и подключенный первым входом к первому выходу импульсного регул тора транзисторный конвертор , состо щий из двух транзис- торовJ эмиттеры которых объединены и подключены к минусовой клемме источника питани , а коллекторы - к выводам первичной обмотки трансформатора , средн   точка которой объе .динена с анодом первого разделительного диода, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам диодов, катоды которых объединены, плюсова  клемма первичного источника питани  соедине- на с первым входом импульсного ре- .

гул тора, а минусова  клемма - через резистор - со вторым входом импульсного регул тора, причем импульсный регул тор содержит устройство управлени , подключенное одним входом через источник опорного напр жени  к минусовой клемме первичного источника питани  транзистор , соединенный коллектором

10 с первым входом импульсного регул тора , а базой - с первым выходом устройства управлени , дроссель, первый конец вторичной обмотки которого соединен с вторым входом

15 устройства управлени , ивключенную между первым концом .его вторичной обмотки и вторым входсэм импульсного регул тора цепочку из Д1зух резисторов , точка соединени  которых

20 подключена к первому концу первич-ной обмотки дроссел , второй конец которой, соединенный с эмиттером транзистора и вторым -выходом устройства управлени , подключен

25 через первый разделительный, диод к первому выходу импульсного регул тора , а второй конец вторичной обмотки дроссел  подключен через второй разделительный диод к одной

30 из обкладок накопительного конденсатора , втора  обкладка которого соединена со входом импульсного регул тора Известное устройство обеспечивает преобразование посто нного напр жени  первичного источника в напр жение большей величины с выходной нагрузочной характеристикой , содержащей участки неизменного ,тока (начальный участок), неизменно мощности (в процессе зар да накопительного конденсатора) и неизменного напр жени  (после зар да накопительного конденсатора до требуемого номинального уровн ).

Недостатком известного устройства  вл етс  зависимость его максимального выходного напр жени  (максимального напр жени  на накопительном конденсаторе) от изменени  входного напр жени  vcтpoйcтвa (от напр жени  первичного источника питани ) .

Это обсто тельство налагает жесткие требовани  на стабильность напр жени  первичных источников питани  и, следовательно, на выбор источника питани .

Дл  поддержани  требуемого максимального уровн  выходного напр жени  (напр жение на накопительном конденсаторе) в устройстве дл  зар да конденсатора используют высокостабильные первичные источники питани , которые имеют, как правило , большой вес и габариты, что ограничивает возможности использовани  таких устройств, например, в качестве автономных источников питани  бортовых систем.

Уменьшение же напр жени  первичного источника питани  (наприме в результате старени  или разр да) ниже номинального уровн  приводит к снижению максимального напр жени на накопительном конденсаторе ниже допустимого значени , т.е. ведет к сокращению срока службы устройства в целом.

Целью изобретени   вл етс  увеличение срока слу55 бы, уменьшение веса и габаритов устройства дл  зар да конденсатора путем уменьшени  вли ни  изменений входного напр жени  устройства на максимальный уровень его выходного напр жени .

Поставленна  цель достигаетс  тем,что в устройство дл  зар да конд| нсатора, содержащее первичный источник питани , импульсный регул тор , входы и выходы которого зашунтированы соответственно входным и вЕзисодным конденсаторами, накопительныЛ конденсатор и подклю .ченный первым входом к первому выходу импульсного регул тора транзисторный конвертор, состо щий из двух транзисторов, эмиттеры которых об7 единены и 11олк;и;-1сиы к MUHycoBOft клег-1ме источника питани  а коллекторы - к выводам первичноП обмотки трансформат(зра, средн   точка котороп объединена с анодом первого разделительного диода, выводы вторичной обмотки трансформатора подключены к анодам диодов, катоды которых объединены, плюсова  клемма первичного источника питани  соединена с первым входом импульсного регул тора, а минусова  клемма - через резистор со вторым входом импульсного регул тора, причем импульсный регул тор содержит устройство управлени , подключенное одним входом через источник опорного напр жени  к минусовой клемме первичного источника питани  транзистор, соединенный коллектором с первым входом импульсного регул тора , а базой - с первым выходом устройства управлени , дроссель, первый конец вторичной обмотки которого соединен с вторым входом устройства управлени , и включенную между первым концом его вторичной обмотки и вторым входом импульсного регул тора цепочку из двух резисторов, точка соединени  которых подключена к первому концу первичной обмотки дроссел , второй конец которой, соединенный с эмиттером транзистора и вторым выходом устройства управлени , подключен через первый разделительный диод к первому выходу импульсного регул тора ,, второй конец вторичной обмотки дроссел  подключен через второй разделительный диод к одной из обкладок накопительного конденсатора втора  обкладка которого соединена со BTOptJM входом импульсного регул тора , введены второй источник опорного напр жени , подключенный минусом к точке соединени  эмиттеров транзисторов конвертора,втора  цепочка из двух резисторов, включенна  между средней точкой первичной обмотки трансформатора транзисторного конвертора и минусом второго источника опорного напр жени , второе устройство управлени , подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напр жени , а выходами - соответственно к базам транзисторов конвертора, устройство сравнени , один вход которого подключен к плюсу второго источника опорного напр жени , другой - к точке соединени  резисторов второй цепочки, а выход - ко второму входу второго устройства управлени , 1 второй дроссель, включенный между объединенными катодами диодов и плюсовой клеммой источника питани .

Такое схемное решение устройства дл  зар да конденсатора позвол ст по достижении на накопительном конденсаторе требуемого уровн  напр жени  осуществл ть регулирование величины напр жени , при котором происходит рекупераци  мощности, благодар  чему обеспечиваетс  стабилизаци  напр жени  питани  конветора и, как следствие, стабилизаци  максимального уровн  зар да накопительного конденсатора.

На чертеже представлена принципиальна  электрическа  схема устройства дл  зар да конденсатора.

Устройство дл  зар да конденсатора содержит устройство управлени  1, первый разв зывающий диод 2 транзисторный конвертор 3, накопительный конденсатор 4, второй раз ,в зывающий диод 5, первичный источник питани  6, источник опорного напр жени  7, резисторы 8-10, транзистор 11, дроссель 12 и импульсный регул тор 13 с выходным конденсатором 14, при этом первичный источник питани  6 соединен плюсовой клеммой с коллектором транзистора 11, эмиттер которого соединен с выходом устройства управлени  1, первый вход которого чере источник опорного напр жени  7 соединен с отрицательной клеммой источника питани  6, котора  соединена с цепочкой резисторов 8, 9 и 10, обща  точка резисторов 9 и 10 подсоединена к выводу первичной обмотки дроссел  12, другой вывод которой подсоединен к общей точке эмиттера транзистора 11 и катода первого диода 2, а вторична  обмотка дроссел  12 подсоединена одним выводом к свободному выводу резистора 9, другим выводом к катоду второго диода 5, анод которого подсоединен к одной обкладке накопительного конденсатора, втора  обкладка которого соединена с общей точкой резисторов 8 и 10, транзисторный конвертор 3 содержит транзисторы 15 и 16, эмиттеры которых объединены, а коллекторы подкл эчены к выводам первичной обмотки трансформатора 17, и диоды 18 и 19, подключенные анодами к выводам вторичной обмотки трансформатора 17, второй источник опорного напр жени  20, втору э цепочку из двух резисторов 21 и 22, включенну между первичной обмоткой трансформатора 17 и минусом второго источника опорного напр жени  20, второе устройство 23 управлени , выполненное в виде широтно-импульсно модул тора, подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напр жени  20, а вьлходами - соответственно к базам транзисторов 15 и 16, и устройство сравнени  24, один вход которого подключен к плюсу второго источниЧа опорного напр жени  20, второй к точке соединени  резисторов 21 и 22, а выход - ко второму входу устройства управлени  23, второй дроссель 25 включен между транзисторным конвертором 3 и первичным источником питани  6, а плюсова  клемма первичного источника питани  соединена с входным конденсатором 26, друга  обкладка которого соединена с общей точкой ре0 зисторов 8 и 10.

Устройство дл  зар да конденсатора работает следующим образом.

Устройство управлени  1 вырабатывает импульсы тока, отпирающие

5 на врем  накоплени  транзистор 11 и запира ощие его на врем  отдачи энергии. Накопление энергии дросселем 12 осуществл етс  подключением его первичной обмотки I через отпер0 тый транзистор 11 к первичному источнику питани  6, а отдача энергии происходит через разделительный диод 2, первичную обмотку I дроссел  12, резистор 10 в выходной конденсатор 14 импульсного регул тора

5 13, и через второй разделительный диод 5, вторичную обмотку It дроссел  12, резисторы 9 и 10 - в накопительный конденсатор 4.

0

На начальном участке зар да накопительного конденсатора 4 ток, протека о1дий во врем  накоплени  энергии дросселем 12 через резистор 8, имеет незначительную величину, i

5 вследствие чего падение напр жени  на резисторе 8 не превышает величины напр жени  источника опорного напр жени  7 и поэтому не оказывает вли ни  на работу устройст0 ва управлени  1.

Во врем  отдачи энергии дросселем 12 токи, протекающие через резисторы 9 и 10, имеют значительную величину,и, следовательно, Псщение напр жени  на последовательно соеди5 ненных резисторах 9, 10 значительно больще падени  напр жени  на резисторе 8.

В тот ,когда падение напр жени  на резисторах 9, 10 превы0 сит величину напр жени  источника опорного напр жени  7, во входной цепи устройства управлени  измен етс  пол рность напр жений, что вызывает уменьшение- длительнос5 ти .отпирающих импульсов и увеличение длительности запирающих импульсов , т.е. ведет к уменьшению времени накоплени  и увеличению времени отдачи энергии.

0

Таким образом, на начальном участке зар да накопительного конденсатора 4 осуществл етс  стабилизаци  величины его зар дного тока, т.е. устройство работает в режиме

5 посто нного тока.

В процессе дальнейшего зар да накопительного конденсатора 4 происходит узеличение энергии, накопленной дросселем 12, что обусловлено возрастанием тока, потребл емого импульсным регул тором 13 от первичного источника питани  6. В то же врем  происходит уменьшение тока, протекающего по цеп м первичной I и вторичной II обмоток дроссел  12, во врем  отдачи энергии. Поэтому падение напр жени  на последовательно соединенных резистора 9, 10 становитс  меньше падени  напр жени  на резисторе 8.

В тот момент, когда падение напр жени  на резисторе 8 превышает величину напр жени  источника опорного напр жени  7, произойдет дальнейшее уменьшение длительности отпирающих импульсов и соответственное увеличение длительности запирающих импульсов, вырабатываемых устройством управлени  1. Величина входного тока, протекающего через транзистор 11, при этом уменьшаетс .

Таким образом, по мере увеличени  напр жени  на накопительном коденсаторе 4 ток зар да измен етс  по такому закону, что величина мощ ности, отбираемой от первичного источника питани  6, поддерживаетс  неизменной , и устройство работает в. режиме неизменной мощности.

По мере роста напр жени  на накопительном конденсаторе 4 возрастет величина выходного напр жени  импульсного регул тора 13, и соответственно , величина выходного напр жени  транзисторного конвертора 3.

В тот момент, когда выходное напр жение транзисторного конвертора 3 превысит величину напр жени  первичного источника питани  б, происходит отпирание выполненного диодах 18, 19 двухполупериодного выпр мител , и энерги , отбираема  импульсным регул тором 13 от источника питани  б, возвращаетс  через транзисторный конвертор 3 на вход импульсного регул тора 13. В этом случае мощность, отбираема  от источни а б, расходуетс  лишь на покрьЗтие потерь в импульсном регул торе 13 и транзисторном коизгрторе 3, следовательно, напр женке :ia выхсйе импульсного регул тор i-3 (т.4...на входе транзисторного конвертора 3) поддерживаетс  пссто нным , что обеспечивает посто п7г:чй максимальный уровень напр жени  на накопительном конденсаторе 4, и устройство работает в режиме неизменного напр жени .

Максимальный уровень зар да накопительного конденсатора 4 должен быть несколько ниже его прздельного уровн  зар да, ограниченного возможност ми первичного источника питани  б и коэффициентом трансформации дроссел  12, и этот уровень определ етс  выбором величины напр жени  второго источника опорного напр жени  20.

Второе устройство управлени  23 управл ет транзисторами 15, 16 конвертора 3, подава  в их цепь управлени  отпирающие импульсы, начальную длительность которых устанавливают существенно .меньше Т/2, где Т - пёриод преобразовани .

Импульсы такой длительности поступают в цепь управлени  транзисторов 16, 15 в процессе зар да накопительного конденсатора 4, т.е. при работе устройства в режимах посто нного тока и посто нной мощности

При зар де накопительного конденсатора 4 до требуемого максимального уровн , напр жение на конверторе 3 достигает значени , при котором падение напр жени  на резисторе 22 превышает установленное опорное напр жение источника опорного напр жени  20, что вызывает изменение пол рности сигнала, поступающего на вход устройства 23 упрвлени  с выхода устройства 24 сравнени . В результате увеличиваетс  длительность отпирающих импульсов, формируемых устройством управлени  23, причем тем больше, чем больше превышение действительного напр жени  на накопительном конденсаторе 4 над требуемым максимальным уровнем .

При изменении длительности отпирающих импульсов измен етс  уровень напр жени , при котором начинаетс  рекупераци  мощности, бл годар чему обеспечиваетс  стабилизци  выходного напр жени  импульсного регул тора 13, и соответственн стабилизаци  максимального уроЕНЯ напр жени -, накопленного на конденсаторе 4. Дроссель 25 обеспечивает усреднение мощности, возвра1даемой через транзисторный конвертор 3 на вход импульсного регул тора 13. .

Если ) напр жение на накопительном конденсаторе 4 опускаетс  ниже требуемого максимального уровн , то устройство дл  зар да конденсатора работает в описанном ранее режиме посто нной мощности, пока конденсатор 4 не зар дитс  до требуемого уровн .

В случае снижени  напр жени  первичного источника питани  б ниже номинального значени  (например, з результате старени  или разр да) устройство продолжает поддерживать требуемый максимальный уровень выходного напр х ени  за счет превышен предельного уровн  зар да накопителного конденсатора 4 над требуемым,

установленным с помощью второго источника опорного напр жени  20.

Таким образом, введение в устройство дл  зар да конденсатора новых элементов значительно уменьшает вли ние изменений входного напр жени  на максимальный уровень его выходного напр жени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  зар да конденсатора по авт. св. № 554613, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  срока службы, уменьшени  веса и габаритов устройства, в него введены второй источник опорного напр жени , подключенный минусом к точке соединени  эмиттеров транзисторов конвертора, втора  цепочка из двух резисторов, включенна  меходу средней точкой первичной

   обмотки трансформатора транзисторного конвертора и минусом второго источника опорного напр жени , второе устройство управлени , подключенное первым входом к минусу второго источника опорного напр жени , а выходами - соответственно к базам транзисторов конвертора, устройство сравнени , один вход которого подключен к плюсу второго источника опорного напр жени , друo гой - к точке соединени  резисторов второй цепочки, а выход - ко второму входу второго устройства управлени , и второй дроссель, включенный меходу объединенными

   5 катодами диодов и плюсовой клеммой источника питани .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР

   0 № 554613, кл, Н 03 К 4/50, 1977.