Устройство для резонансного заряда конденсатора
CAPACITOR RESONANT CHARGING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок.
Уровень техники
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, 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 наличие ограничивающего транзистора в цепи перезаряда усложняет схему управления, а отсутствие перезаряда конденсатора в последнем цикле несколько снижает на нем величину напряжения.
Сущность изобретения
Технической задачей изобретения является заряд конденсатора до напряжения в несколько раз превышающего напряжение источника питания, причем полярность напряжения на конденсаторе противоположна полярности напряжения источника питания.
Для этого 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 диод, второй вывод которого подключен ко второй обкладке конденсатора.
Описание фигур.
Фиг. 1. Упрощенная схема прототипа.
1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 6 - ограничивающий транзистор, Un - напряжение источника питания.
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.
Фиг. 2. Временные диаграммы напряжений и токов.
U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение управления ограничивающим транзистором 6, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4.
Фиг. 3. Устройство для резонансного заряда конденсатора. 1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 5 - перезарядная индуктивность, 7 - диод.
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 диод 7.
Фиг. 4. Временные диаграммы напряжений и токов.
U1 - напряжение управления транзистором 2, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 5, Uc - напряжение на конденсаторе 4.
Осуществление изобретения
Принцип работы устройства поясняется временными диаграммами (фиг. 4), на которых: U1 - напряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - , 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 квази синусоидальным импульсом тока по цепи 1, 2, 3, 4. Ток протекает и по цепи перезарядная индуктивность 5 и диод 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 диод 7 до отрицательного напряжения, более чем в два раза превышающего напряжение источника питания. 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. После нескольких циклов заряд-перезаряд напряжение на конденсаторе в несколько раз превысит двойное напряжение источника питания и приблизится к требуемому значению.
Когда оно достигнет заданного значения, транзистор 2 закрывается, происходит перезарядка конденсатора через перезарядную индуктивность 5 и диод 7 (tn+1-tn+2). Заряженный до заданного отрицательного напряжения конденсатор разряжается на физическую нагрузку.
Расчеты показывают, что при индуктивности 3 - L=0,1 Гн, перезарядной индуктивности 5 - L=0,7 Гн, конденсаторе 4 - С=1Ф после шестого цикла напряжение на конденсаторе 4 без перезаряда его через перезарядную индуктивность 5 превысит напряжение источника питания в 10,4 раза, а при перезаряде через перезарядную индуктивность 5 напряжение на конденсаторе 4 превысит напряжение источника питания в -10.88 раз, т.е. на 4,6%.