устройство заряда фильтрующего конденсатора

Формула изобретения

Устройство заряда фильтрующего конденсатора, содержащее фильтрующий конденсатор, подключенный к положительному и отрицательному выходным выводам, последний из которых соединен с отрицательным входным выводом, а положительный выходной вывод подключен к катоду тиристора, эмиттеру вспомогательного транзистора и через ограничивающий резистор - к входному положительным выводу и аноду тиристора, с которым соединены первый вывод вспомогательного резистора, первый вывод цепи, состоящей из последовательного соединения стабилитрона и базового резистора, вторым выводом соединенной с базой вспомогательного транзистора, коллектор которого подключен ко второму выводу вспомогательного резистора, отличающееся тем, что в него введены диод, управляющие резистор и конденсатор, включающий транзистор и зарядный резистор, где анод диода соединен с анодом тиристора, а катод через зарядный резистор подключен к точке соединения первых выводов управляющего конденсатора и управляющего резистора, вторые выводы которых подключены к катоду тиристора и коллектору включающего транзистора соответственно, причем эмиттер включающего транзистора соединен с управляющим электродом тиристора, а база - с коллектором вспомогательного транзистора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразователям постоянного (входного) в постоянные (выходные) напряжения, содержащим входной фильтрующий конденсатор значительной емкости.

Известны устройства, в которых для ограничения первоначального пускового тока заряда фильтрующего конденсатора используются индуктивные элементы, например дроссели, позволяющие нормировать ток заряда до нормированных величин (Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электротехнические устройства. - М.: Энергоиздат, 1981, с. 233, рис.8, 20.). Недостатком таких устройств является высокая материалоемкость, неудовлетворительные массогабаритные характеристики и высокая стоимость, а также некачественные переходные процессы при коммутации тока, протекающего через дроссель.

Лучшими характеристиками и качеством переходных процессов обладают схемы с применением активных ограничивающих резисторов с последующим их шунтированием тиристором (Источники электропитания РЭА. Справочник / Под ред. Г.С. Найвельта. - М. : Радио и связь, 1986, с. 403, рис.10.2, д.). Недостатком этих устройств является сложность схемы и ее низкая энергетическая эффективность при высоких входных напряжениях.

Наиболее близким по схемотехнике и сущности происходящих в схеме процессов является устройство для заряда фильтрующего конденсатора, где между источником входного напряжения и фильтрующим конденсатором включен ограничивающий резистор, шунтированный тиристором, для управления которым не требуется обратной связи с напряжением на входе импульсного преобразователя (А.с. СССР 1739451, МКИ Н 02 М 3/335/Сергеев Б.C. Источник вторичного электропитания, опубл. БИ 21, 1992).

Это устройство обладает недостатками, обусловленными следующими обстоятельствами. Существенная нестабильность первичных сетей входного постоянного напряжения требует в некоторых случаях увеличения емкости фильтрующего конденсатора до нескольких десятков или сотен тысяч микрофарад и заставляет применять в качестве них известные импульсные конденсаторы сверхвысокой энергоемкости (Сергеев Б.С., Чечулина А.Н. Источники вторичного электропитания электронной аппаратуры железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1998, с. 20.). В этом случае емкость фильтрующего конденсатора может быть увеличена в еще большей степени - до нескольких единиц или десятков фарад и использование наиболее близкого по технической сущности устройства становится экономически и энергетически неэффективным, так как мощность, рассеиваемая управляющим резистором, велика и в качестве включающего должен использоваться достаточно мощный транзистор, коллекторный ток через который равен току управляющего электрода тиристора, шунтирующего ограничивающий резистор.

Целью изобретения является устранение этих недостатков, а именно снижение мощности потерь, рассеиваемой элементами схемы устройства, а также применение менее мощной элементной базы и, как следствие, - расширение функциональных возможностей применения устройства.

Указанная цель достигается тем, что для включения тиристора используется не потенциальный метод управления, а импульсный, при котором ток управляющего электрода создается ранее заряженным управляющим конденсатором. При этом исключается непрерывное протекание достаточно большого тока через управляющий резистор, а наличие импульсного, существенно меньшего по среднему значению, тока дает возможность использовать менее мощный включающий транзистор.

На чертеже приведена схема устройства заряда фильтрующего конденсатора. Устройство содержит входные положительный 1 и отрицательный 2 выводы и выходные положительный 3 и отрицательный 4 выводы, к которым подключается преобразователь 5 напряжения и фильтрующий конденсатор 6. Вывод 1 устройства соединен с первым выводом ограничивающего резистора 7, анодом тиристора 8, катодом стабилитрона 9, первым выводом вспомогательного резистора 10 и через прямо включенный диод 11 с первым выводом зарядного резистора 12. Второй вывод резистора 12 подключен к первому выводу управляющего резистора 13 и первому выводу управляющего конденсатора 14, второй вывод которого соединен с эмиттером вспомогательного транзистора 15, катодом тиристора 8, вторым выводом ограничивающего резистора 7 и выходным положительным выводом 3. Второй вывод вспомогательного резистора 10 подключен к базе включающего транзистора 16 и к коллектору вспомогательного транзистора 15, база которого через базовый резистор 17 соединена с анодом стабилитрона 9. Управляющий электрод тиристора 8 подключен к эмиттеру включающего транзистора 16, коллектором соединенного со вторым выводом управляющего резистора 13.

Устройство заряда фильтрующего конденсатора работает следующим образом.

При подаче входного напряжения Е_вх на выводы 1 и 2 напряжение на фильтрующем конденсаторе 6 и на входе преобразователя 5 равно нулю, что обусловливает наличие падения напряжения на резисторе 7, равное Е_вх. Напряжение стабилизации стабилитрона 9 выбирается равным: _ст<Е. Вследствие этого вспомогательный транзистор 15 открывается, так как в его базовой цепи начинает протекать ток, величина которого определяется разностью напряжений U= E_вх-U_ст и величиной сопротивления резистора 17.

Одновременно с этим, управляющий конденсатор 14 заряжается полярностью, показанной на схеме, через диод 11 и зарядный резистор 12 от источника напряжения Е_вх. Включающий транзистор 16 заперт, так как ток его базы равен нулю вследствие открытого состояния транзистора 15. Это приводит к отсутствию тока управляющего электрода тиристора 8 и его запертому состоянию.

Происходит заряд фильтрующего конденсатора 6. По мере его заряда ток через него будет снижаться, в соответствии с чем будет уменьшаться падение напряжения U_R7 на резисторе 7. Когда это напряжение снизится до величины U_R7= U_ст, стабилитрон 9 закроется и прекратится базовый ток транзистора 15, что приведет к его запиранию. Это приведет к тому, что появится базовый ток включающего транзистора 16, величина которого определяется сопротивлением вспомогательного резистора 10 и напряжением U_R7. Открывание транзистора 16 приводит к тому, что конденсатор 14 разряжается на управляющий переход тиристора 8, а амплитуда импульса тока разряда, которая требуется для включения тиристора 8, устанавливается изменением сопротивления управляющего резистора 13.

Далее после включения тиристора 8 ток заряда конденсатора 6 определяется внутренним сопротивлением тиристора 8 и паразитными сопротивлениями питающей линии.

Следовательно, в отличие от устройства-прототипа, здесь для открывания тиристора 8 применяется предварительно заряженный управляющий конденсатор 14. Это обусловливает тот факт, что для открывания тиристора 8 используется импульс энергии, среднее значение которой существенно меньше, чем при непрерывном и потенциальном способе управления. Достигаемое при этом снижение мощности потерь будет наиболее значительным при наличии больших величин емкости фильтрующего конденсатора 6.

Таким образом, применение предлагаемого устройства с импульсным управлением тиристора 8 позволяет снизить мощность потерь и применять менее мощный управляющий транзистор 16. Это расширяет функциональные возможности применения устройства заряда фильтрующего конденсатора при больших величинах емкостей фильтрующего конденсатора 6.