Преобразователь напряжения для зарядки накопительной емкости
Владельцы патента RU 2264027:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зарядки высоковольтного емкостного накопителя. Технический результат заключается в создании надежного и простого преобразователя для зарядки высоковольтной накопительной емкости. Для этого устройство содержит источник питания, инвертор с диодами встречного тока, катушку индуктивности и конденсатор, образующие резонансный контур, нагрузку, также введены повышающий трансформатор, умножитель напряжения, схема обратной связи для контроля выходного напряжения, схема синхронизации включения/выключения генератора импульсов, генератор импульсов и схема распределения импульсов. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для зарядки высоковольтного емкостного накопителя.
Известен способ управления последовательным резонансным инвертором напряжения с диодами встречного тока (см. А.С. №1508325 от 28.12.1987, опубл. в БИ №34, 1989 г.), в котором реализовано устройство, содержащее преобразователь напряжения для зарядки накопительной емкости, который содержит источник питания, подключенный к инвертору с диодами встречного тока, выход которого соединен с последовательно соединенными катушкой индуктивности и конденсатором, образующими резонансный контур, нагрузку. Это устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбрано в качестве прототипа.
Недостатком вышеуказанного устройства является сложность схемной реализации.
Задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является создание надежного и простого преобразователя для зарядки высоковольтной накопительной емкости.
Технический результат достигается тем, что преобразователь напряжения для зарядки накопительной емкости содержит источник питания, подключенный к инвертору с диодами встречного тока, выход которого соединен с последовательно соединенными катушкой индуктивности и конденсатором, образующими резонансный контур, нагрузку.
Новым является то, что дополнительно введены повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с умножителем напряжения, выход которого соединен с нагрузкой, которая является накопительной емкостью, и со входом схемы обратной связи для контроля выходного напряжения, выход которой соединен с первым входом схемы синхронизации включения/выключения генератора импульсов, выход которой соединен со входом генератора импульсов, выход которого соединен со вторым входом схемы синхронизации включения/выключения генератора импульсов и со входом схемы распределения импульсов, выходы которой соединены с управляющими входами инвертора, при этом первичная обмотка повышающего трансформатора подключена последовательно с резонансным контуром.
Указанная совокупность признаков позволяет при простоте реализации схемы обеспечить высокую надежность преобразователя для зарядки накопительной емкости до напряжения 10 кВ и более.
Преобразователь (фиг.1) содержит последовательно включенные источник питания 1, управляемые ключи 2 и 3, шунтированные диодами 4 и 5, резонансный LC-контур, состоящий из катушки индуктивности 6 и конденсатора 7, нагрузку, состоящую из повышающего трансформатора 8, умножителя напряжения 9 и емкостного накопителя 10, схему обратной связи 11, схему синхронизации 12 включения/выключения генератора 13 импульсов и распределитель 14 импульсов управления.
Преобразователь работает следующим образом. В зависимости от соотношения напряжения на накопительном конденсаторе 10 и требуемого напряжения зарядки схема обратной связи 11 формирует логический сигнал, поступающий на схему синхронизации 12, которая формирует сигнал разрешения или запрещения работы генератора 13 импульсов. Включение генератора происходит в момент появления разрешающего сигнала на выходе схемы обратной связи 11. Выключение генератора происходит после появления запрещающего сигнала на выходе схемы обратной связи 11 синхронно с окончанием импульса, сформированного генератором 13. Таким образом, длительность импульсов на выходе генератора 13 не зависит от момента изменения сигнала на выходе схемы обратной связи 11. Импульсы с выхода генератора 13 поступают на вход распределителя 14 импульсов управления. Импульсы, приходящие на вход распределителя, поочередно появляются на его выходах. Поочередное включение ключей 2 и 3 вызывает протекание тока через LC-контур и повышающий трансформатор 8, вторичная обмотка которого через умножитель напряжения 9 заряжает накопительную емкость 10.
На фиг.2 приведены временные диаграммы сигналов управления ключами и токов, протекающих через ключи, диоды и первичную обмотку повышающего трансформатора. Открывание ключей происходит при нулевом токе. В течение времени, равном половине периода резонанса контура, форма коллекторного тока ключа близка к синусоидальной. При этом происходит накопление энергии в LC-контуре и зарядка накопительной емкости через трансформатор и умножитель. Амплитуда тока ограничивается параметрами LC-контура. В течение следующей половины периода неизрасходованная энергия LC-контура возвращается в источник питания через диоды, продолжается зарядка накопительной емкости. Во время возврата энергии ток через ключи не протекает, поэтому при настройке схемы длительность импульсов управления ключами задается в пределах от половины до одного периода резонанса контура. Таким образом, исключаются потери мощности во время переключения ключей. Аналогично работает другое плечо преобразователя. Период следования импульсов управления ключами задается не менее двух периодов резонанса контура.
Описанное устройство преобразователя и принципы его работы обеспечивают работу полупроводниковых ключей в области безопасных режимов не только во время зарядки накопительной емкости, но и в моменты остановки и возобновления работы преобразователя.
Преобразователь напряжения для зарядки накопительной емкости, содержащий источник питания, подключенный к инвертору с диодами встречного тока, выход которого соединен с последовательно соединенными катушкой индуктивности и конденсатором, образующими резонансный контур, нагрузку, отличающийся тем, что дополнительно введен повышающий трансформатор, вторичная обмотка которого соединена с умножителем напряжения, выход которого соединен с нагрузкой, которая является накопительной емкостью, и со входом схемы обратной связи для контроля выходного напряжения, выход которой соединен с первым входом схемы синхронизации включения/выключения генератора импульсов, выход которой соединен со входом генератора импульсов, выход которого соединен со вторым входом схемы синхронизации включения/выключения генератора импульсов и со входом схемы распределения импульсов, выходы которой соединены с управляющими входами инвертора, при этом первичная обмотка повышающего трансформатора подключена последовательно с резонансным контуром.
