RU2701553C1 - Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке - Google Patents

Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке Download PDF

Info

Publication number
RU2701553C1
RU2701553C1 RU2018126218A RU2018126218A RU2701553C1 RU 2701553 C1 RU2701553 C1 RU 2701553C1 RU 2018126218 A RU2018126218 A RU 2018126218A RU 2018126218 A RU2018126218 A RU 2018126218A RU 2701553 C1 RU2701553 C1 RU 2701553C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
inductive load
sequence
control
output
Prior art date
Application number
RU2018126218A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Игоревич Романов
Станислав Владимирович Малецкий
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Драйв" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Application granted granted Critical
Publication of RU2701553C1 publication Critical patent/RU2701553C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/342—Active non-dissipative snubbers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразованию постоянного напряжения в переменное, и предназначено для устранения условия появления кратковременных импульсных электромагнитных помех при получении высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке. Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке заключается в обеспечении с помощью первого управляемого ключа периодических подключений индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения, периодических отключений и подключений цепи управления вторым управляемым ключом с помощью первого управляемого переключателя, а также периодической подачи низковольтного напряжения с выхода источника низковольтного постоянного напряжения в цепь управления второго управляемого ключа через второй управляемый переключатель. 2 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники, и может быть использовано для создания источников высоковольтных импульсов, обеспечивающих минимально возможный уровень электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство.
Аналогичные технические решения известны, см., например, статью Д. Макашова "Техника активного демпфирования в DC – DC конверторах", опубликованную на сайте http://www.twirpx.com/file/482591, а также на сайте http://www.bludger.narod.ru/ActCl.pdf, Техническая сущность описанного способа получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, который выбран в качестве аналога, заключается в следующем:
- создают высоковольтное постоянное напряжение и низковольтное постоянное напряжение,
- формируют последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов;
- задерживают управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов двумя различными элементами задержки и подают задержанные управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов на два различных входа схемы управления;
- с помощью схемы управления формируют вторую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы и подают её на управляющий вход первого управляемого ключа;
- обеспечивают с помощью первого управляемого ключа периодические подключения индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения и получают в индуктивной нагрузке высоковольтное импульсное напряжение;
- с помощью схемы управления формируют третью последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы, подают её на управляющий вход второго управляемого ключа и обеспечивают периодические отключения и подключения нагрузки второго управляемого ключа,
при этом создают условия для возникновения кратковременных импульсных электромагнитных помех.
Общими признаками предлагаемого технического решения и вышеохарактеризованного технического решения являются:
- создание высоковольтного постоянного напряжения и низковольтного постоянного напряжения,
- формирование последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов;
- формирование второй последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы;
- подача управляющих импульсов прямоугольной формы на управляющий вход первого управляемого ключа;
- формирование третьей последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы;
- обеспечение периодических отключений и подключений нагрузки второго управляемого ключа,
- обеспечение с помощью первого управляемого ключа периодических подключений индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения,
- получение в индуктивной нагрузке высоковольтного импульсного напряжения с заранее заданной длительностью импульсов.
Известно также техническое решение, см. заявку на патент США US 20110305048 A1 (опубликована 15 декабря 2011 г.), в котором описан способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке. Данный способ выбран в качестве ближайшего аналога, прототипа, а его техническая сущность заключается в следующем:
- создают высоковольтное постоянное напряжение и низковольтное постоянное напряжение;
- формируют первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов;
- подают сформированную первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа;
- с помощью первого управляемого ключа обеспечивают периодические подключения индуктивной нагрузки к выходам высоковольтного источника постоянного напряжения,
и получают в индуктивной нагрузке высоковольтное импульсное напряжение с заранее заданной длительностью импульсов,
- а также формируют вторую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с другой заранее заданной длительностью импульсов,
подают вторую последовательность управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя,
обеспечивают с помощью первого управляемого переключателя периодические отключения и подключения цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки,
и при этом создают условия для возникновения кратковременных импульсных электромагнитных помех.
Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
создание высоковольтного постоянного напряжения и низковольтного постоянного напряжения,
формирование первой последовательности управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов,
подача первой последовательности управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа,
обеспечение с помощью первого управляемого ключа периодических подключений индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения,
получение в индуктивной нагрузке высоковольтного импульсного напряжения с заранее заданной длительностью импульсов,
а также формирование второй последовательности управляющих импульсов с другой заранее заданной длительностью импульсов,
подача второй последовательности управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя,
и обеспечение с помощью первого управляемого переключателя периодических отключений и подключений цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки.
Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных вышеохарактеризованных технических решений, заключается в исключении появления кратковременных импульсных электромагнитных помех, возникающих в аналогичных технических решениях в процессе получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке.
Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что в известных аналогичных технических решениях вопросам снижения уровня кратковременных импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, должного внимания не уделялось.
Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания средств для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, обеспечивающих минимально возможный уровень кратковременных импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, является актуальной на сегодняшний день.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в известном способе получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, заключающемся в том, что
- создают высоковольтное постоянное напряжение и низковольтное постоянное напряжение;
- формируют первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов;
- подают сформированную первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа;
- с помощью первого управляемого ключа обеспечивают периодические подключения индуктивной нагрузки к выходам высоковольтного источника постоянного напряжения,
и получают в индуктивной нагрузке высоковольтное импульсное напряжение с заранее заданной длительностью импульсов,
- а также формируют вторую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с другой заранее заданной длительностью импульсов,
- подают вторую последовательность управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя,
- обеспечивают с помощью первого управляемого переключателя периодические отключения и подключения цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки, при этом дополнительно преобразуют первую последовательность управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов в третью последовательность управляющих импульсов, опережающих своими задними фронтами задние фронты первой последовательности управляющих импульсов на заранее заданную величину,
и подают третью последовательность управляющих импульсов на управляющий вход второго управляемого переключателя, обеспечивающего периодическую подачу низковольтного напряжения с выхода источника низковольтного постоянного напряжения в цепь управления второго управляемого ключа,
тем самым исключают появление кратковременных импульсных электромагнитных помех при получении высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке.
Дополнительное формирование третьей последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы, опережающих своими задними фронтами задние фронты первой последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы на заранее заданную величину, и подача сформированной третьей последовательности упреждающих импульсов прямоугольной формы на управляющий вход второго управляемого переключателя, обеспечивающего периодическую подачу низковольтного напряжения с выхода источника низковольтного постоянного напряжения в цепь управления второго управляемого ключа, позволяют, в процессе создания высоковольтного постоянного напряжения и низковольтного постоянного напряжения,
формирования первой последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов,
подачи сформированной первой последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа,
обеспечения с помощью первого управляемого ключа периодических подключений индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения
и получения в индуктивной нагрузке высоковольтного импульсного напряжения с заранее заданной длительностью импульсов,
а также в процессе формирования второй последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы с другой заранее заданной длительностью импульсов,
подачи второй последовательности управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя,
и обеспечения периодических отключений и подключений цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки,
устранить появление кратковременных импульсных электромагнитных помех при получении высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке.
В чём и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведённый анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".
Техническая сущность предлагаемого способа получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке заключается в следующем:
создают высоковольтное постоянное напряжение и низковольтное постоянное напряжение,
формируют первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов,
подают первую последовательность управляющих импульсов прямоугольной формы с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа,
обеспечивают с помощью первого управляемого ключа периодические подключения индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения,
получают в индуктивной нагрузке высоковольтное импульсное напряжение с заранее заданной длительностью импульсов,
а также формируют вторую последовательность управляющих импульсов с другой заранее заданной длительностью импульсов,
подают вторую последовательность управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя,
и обеспечивают периодические отключения и подключения цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки,
кроме того, преобразуют первую последовательность управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов в третью последовательность управляющих импульсов, опережающих своими задними фронтами задние фронты первой последовательности управляющих импульсов на заранее заданную величину,
и подают третью последовательность управляющих импульсов на управляющий вход второго управляемого переключателя, обеспечивающего периодическую подачу низковольтного напряжения с выхода источника низковольтного постоянного напряжения в цепь управления второго управляемого ключа.
Предлагаемый способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, реализующего заявляемый способ, а на фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, иллюстрирующие работу указанного устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке.
Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, реализующее заявляемый способ, содержит:
- высоковольтный источник-1 постоянного напряжения;
- индуктивную нагрузку-2 (выполненную в виде обмотки на магнитопроводе и представляющую собой, например, первичную обмотку трансформатора -3 на ферромагнитном сердечнике, к вторичной обмотке которого, например, подсоединён выпрямитель), причём индуктивная нагрузка-2 подсоединена одним своим (первым) выводом-4 к положительному выходу-5 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;
- первый управляемый ключ-6 (выполненный, например, в виде "МОП" транзистора), подсоединённый своим первым выводом-7 (стоком "МОП" транзистора) к другому (второму) выводу-8 индуктивной нагрузки-2 и своим вторым выводом-9 к отрицательному выходу-10 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, (причём между истоком "МОП" транзистора и вторым выводом первого управляемого ключа-6 может быть включён низкоомный резистор-11, ограничивающий величину тока, протекающего в цепи истока МОП-транзистора первого управляемого ключа-6));
- низковольтный источник-12 постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом–13 к отрицательному выходу-10 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;
- схему управления-14, подсоединённую своим положительным входом питания-15 к соответствующему (положительному) выходу-16 низковольтного источника-12 постоянного напряжения, своим отрицательным входом питания-17 к соответствующему (отрицательному) выходу-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения и своим первым выходом-18 к управляющему входу-19 первого управляемого ключа-6 (к затвору "МОП" транзистора);
- первый конденсатор-20, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой-21 к второму выводу-8 индуктивной нагрузки-2;
- диод-22, подсоединённый своим катодом-23 к другой (второй) обкладке-24 первого конденсатора-20;
- первый управляемый переключатель-25, подсоединённый своим первым входом-26 к первой обкладке-21 первого конденсатора-20,
а своим вторым входом-27 к второй обкладке–24 первого конденсатора-20;
- второй управляемый переключатель-28, подсоединённый одним своим (первым) входом-29 к положительному выходу-16 низковольтного источника-12 постоянного напряжения, своим выходом-30 к аноду-31 диода-22, а своим вторым входом-32 к отрицательному выходу-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения;
- преобразователь-33 длительности импульсов прямоугольной формы, подсоединённый своим входом-34 к первому выходу-18 схемы управления-14, своим выходом-35 к управляющему входу-36 второго управляемого переключателя-28, а своими входами питания-37,-38 к соответствующим выходам-16,-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения;
- второй конденсатор-39, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой-40 к положительному выходу-5 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;
- второй управляемый ключ-41 (выполненный, например, в виде "МОП" транзистора), подсоединённый своим первым (основным) выводом-42 (стоком "МОП" транзистора) к другой (второй) обкладке-43 второго конденсатора-39, своим вторым выводом-44 (истоком "МОП" транзистора) к второму выводу-8 индуктивной нагрузки-2 и своим управляющим входом-45 к выходу-46 первого управляемого переключателя-25;
При этом схема управления-14 содержит, например, последовательно соединённые между собой генератор-47 импульсов прямоугольной формы, элемент задержки-48 импульсов прямоугольной формы и преобразователь-49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящий в состав схемы управления-14, причём выход-50 генератора-47 импульсов прямоугольной формы, подсоединённый к входу-51 элемента задержки-48, является одновременно первым выходом-18 схемы управления-14, а выход-52 преобразователя-49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящего в состав схемы управления-14, является вторым выходом-53 схемы управления-14 и подсоединён к управляющему входу-54 первого управляемого переключателя-25.
Представленные на фиг. 2 временные диаграммы напряжений, действующих в устройстве, реализующем заявляемый способ, отображают:
а) постоянное напряжение U0 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;
б) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи1 на первом выходе-18 схемы управления-14;
в) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τпр на выходе-35 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-33, причём τпр = τи1 -∆τ, где
∆τ > τдиода – величина защитного временного интервала, обеспечивающего упреждающее замыкание анода диода-22 на отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения-12;
г) последовательность состояний диода-22: «Диод открыт» – «Диод закрывается в течение τдиода» – «Диод закрыт»;
д) высоковольтное импульсное напряжение между выводами-8,-4 в индуктивной нагрузке-2;
е) управляющие импульсы длительностью τи2 на втором выходе-53 схемы управления-14, задержанные относительно заднего фронта управляющих импульсов прямоугольной формы длительностью τи1 на первом выходе-18 схемы управления-14 на величину τдоп ;
ж) импульсное напряжение пилообразной формы на низкоомном резисторе-11 первого управляемого ключа-6 (отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи1).
Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной, реализующее заявляемый способ, работает следующим образом.
С выхода-18 схемы управления-14 прямоугольные импульсы длительностью τи1 (см. временную диаграмму фиг.2б) поступают на управляющий вход-19 первого управляемого ключа-6 (на затвор МОП-транзистора) и переводят первый управляемый ключ-6 в открытое состояние. При этом потенциал второго вывода-8 индуктивной нагрузки-2 становится близким к нулю относительно потенциала соединённых между собой отрицательного выхода-10 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения и отрицательного выхода-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения. Таким образом, разность потенциалов между выводами-8, -4 индуктивной нагрузки-2 становится близкой к величине выходного напряжения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, и на индуктивной нагрузке-2 начинает формироваться высоковольтный импульс отрицательной полярности (относительно положительного выхода-5 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения), который передаётся во вторичную обмотку трансформатора-3. Одновременно прямоугольные импульсы с первого выхода-18 схемы управления-14 поступают на управляющий вход-34 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-33, который формирует на своём выходе-35 управляющий импульс прямоугольной формы длительностью τпр = τи1-∆τ (см. временную диаграмму фиг.2в), поступающий на управляющий вход-36 второго (дополнительного) управляемого переключателя-28.
Под воздействием указанного управляющего импульса второй управляемый переключатель-28 подключает к своему выходу-30 (соединённому с анодом-31 диода-22) свой первый вход-29 (соединённый с положительным выходом-16 низковольтного источника-12 постоянного напряжения). В результате через второй управляемый переключатель-28, открытый диод-22, первый конденсатор-20 и открытый первый управляемый ключ-6 от положительного выхода-16 низковольтного источника-12 постоянного напряжения начинает течь ток, заряжающий первый конденсатор-20, благодаря чему на обкладках-21 и -24 первого конденсатора-20 формируется напряжение, близкое по величине к выходному напряжению низковольтного источника-12 постоянного напряжения. После окончания управляющего импульса длительностью τпр = τи1-∆τ на управляющем входе-36 второго управляемого переключателя-28, указанный переключатель-28 подключает к своему выходу-30 (соединённому с анодом-31 диода-22) свой второй вход-32 (соединённый с отрицательным выходом-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения).
В результате диод-22 закрывается, поскольку к его катоду-23 приложено напряжение между обкладками ранее заряженного первого конденсатора-20, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения-12, причём из-за инерционности процессов в диоде-22 его закрывание происходит в течение интервала времени τдиода , см. временную диаграмму фиг. 2г).
При выборе длительности управляющего импульса τпр на выходе-35 преобразователя-33 длительности импульсов прямоугольной формы такой, что выполняется соотношение τи1–τпр = ∆τ > τдиода, к моменту окончания управляющего импульса длительностью τи1 на выходе-18 схемы управления-14 диод-22 окажется надёжно закрытым (см. временные диаграммы фиг.2в,г).
После окончания прямоугольного импульса длительностью τи1, поступающего на управляющий вход-19 первого управляемого ключа-6 (на затвор МОП-транзистора), первый управляемый ключ-6 переходит в закрытое состояние, и на его первом выводе-7 (стоке "МОП" транзистора), подсоединённом к другому выводу-8 индуктивной нагрузки-2, возникает высокое напряжение, равное сумме выходного напряжения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения и напряжения между выводами-8 и -4 индуктивной нагрузки-2.
В этот момент разность потенциалов между выводами-8 и -4 индуктивной нагрузки-2 меняет свой знак (см. временную диаграмму фиг.2д), что означает окончание формирования высоковольтного импульсного напряжения отрицательной полярности в индуктивной нагрузке.
Благодаря тому, что к этому моменту диод-22 уже надёжно закрыт (см. временную диаграмму фиг.2г), в устройстве для получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке реализующем заявляемый способ, не возникает бросок импульсного тока через неполностью закрытый диод-22, что имеет место в устройствах, реализующих ранее известный способ.
Импульсное напряжение на низкоомном резисторе-11 первого управляемого ключа-6, отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке-2 во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи1 для заявляемого технического решения приведено на временной диаграмме фиг.2ж. Видно, что в момент окончания формирования высоковольтного импульсного напряжения отрицательной полярности в индуктивной нагрузке-2 мощная кратковременная импульсная помеха, порождаемая в аналогичных устройствах броском импульсного тока через неполностью закрытый диод-22, не возникает, что приводит к улучшению показателей электромагнитной совместимости.
При переходе первого управляемого ключа-6 в закрытое состояние (после окончания управляющего прямоугольного импульса длительностью τи1), на его первом выводе-7 (стоке "МОП" транзистора) с положительного выхода-5 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения через индуктивную нагрузку-2 практически мгновенно формируется напряжение, равное сумме выходного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения-1 и напряжения между выводами-8,-4 индуктивной нагрузки-2, которое поступает на первую обкладку-21 первого конденсатора-20, заряженного ранее до напряжения, равного выходному напряжению низковольтного источника-12 постоянного напряжения. В результате разность потенциалов между первым-26 и вторым-27 входами первого управляемого переключателя-25 остаётся по-прежнему примерно равной величине выходного напряжения низковольтного источника-12 постоянного напряжения, но со смещением (относительно потенциала соединённых между собой отрицательного выхода-10 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения и отрицательного выхода-13 низковольтного источника-12 постоянного напряжения) на величину, равную сумме выходного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения-1 и напряжения между выводами-8,-4 индуктивной нагрузки-2.
С выхода-50 генератора-47 импульсов прямоугольной формы схемы управления-14 прямоугольные импульсы через элемент задержки-48 и преобразователь-49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящий в состав схемы управления-14 (после преобразования согласно диаграмме фиг. 2е) поступают на управляющий вход-54 первого управляемого переключателя-25.
Под воздействием указанных импульсов длительностью τи2 первый управляемый переключатель-25 подключает к своему выходу-46 (соединённому с управляющим входом-45 второго управляемого ключа-41) свой первый вход-27 (соединённый с второй обкладкой-24 первого конденсатора-20).
Вследствие этого второй управляемый ключ-41 переходит в открытое состояние, поскольку потенциал на выходе-46 первого управляемого переключателя-25 оказывается выше, чем потенциал второго вывода-44 (истока "МОП" транзистора) второго управляемого ключа-41 на величину напряжения между обкладками -24 и -21 первого конденсатора-20 (на величину, близкую к выходному напряжению низковольтного источника-12 постоянного напряжения). Пока второй управляемый ключ-41 открыт, происходит перезаряд второго конденсатора-39 по цепи: первый вывод-4 индуктивной нагрузки-2 - второй конденсатор-39 – открытый второй управляемый ключ-41 – второй вывод-8 индуктивной нагрузки-2.
После окончания управляющего импульса прямоугольной формы длительностью τи2 на управляющем входе-54 первого управляемого переключателя-25, управляемые ключи-6 и -41 оказываются закрытыми (см. временные диаграммы фиг.2б, фиг. 2е), и возникают затухающие колебания в резонансном контуре, образованном индуктивностью рассеяния первичной обмотки и паразитной ёмкостью трансформатора-3 (на схеме устройства не показаны), см. временную диаграмму фиг.2д. В момент минимального значения напряжения на первом (основном) выводе-7 (стоке "МОП" транзистора) первого управляемого ключа-6 на его управляющий вход-19 снова подаётся управляющий импульс прямоугольной формы длительностью τи1 с выхода-18 схемы управления-14, и все процессы повторяются.
Таким образом, предлагаемый к патентованию способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке позволяет реализовать устройства, отличающиеся от известных пониженным уровнем помех, излучаемых в окружающее пространство.
Функциональные блоки, входящие в состав описанного устройства, могут быть реализованы различным образом. Преобразователи длительности импульсов прямоугольной формы -33,49 могут быть выполнены, например, в виде ждущего мультивибратора, описанного в книге Р. Трейстер «Радиолюбительские схемы на ИС типа 555»,. М.Мир, 1988, стр. 96-101, или по схеме, приведённой в статье «Ждущий мультивибратор – одновибратор. Расчёт ждущего мультивибратора», см.http://www.meanders.ru/odnovibrator.shtml. Силовой элемент управляемых ключей-7,-41 может быть и МОП-транзистором, и БТИЗ-транзистором, и биполярным транзистором, и тиристором и др. Все остальные элементы, входящие в состав описанного устройства, реализующего заявляемый способ, широко известны и опубликованы в источниках информации по импульсной технике и радиоэлектронике.

Claims (1)


  1. Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке, заключающийся в том, что создают высоковольтное постоянное напряжение и низковольтное постоянное напряжение, формируют первую последовательность управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов, подают первую последовательность управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов на управляющий вход первого управляемого ключа, обеспечивают периодические подключения индуктивной нагрузки к выходам источника высоковольтного постоянного напряжения и получают в индуктивной нагрузке высоковольтное импульсное напряжение с заранее заданной длительностью импульсов, формируют вторую последовательность управляющих импульсов с другой заранее заданной длительностью импульсов, подают вторую последовательность управляющих импульсов на управляющий вход первого управляемого переключателя и обеспечивают периодические отключения и подключения цепи управления вторым управляемым ключом и его нагрузки, отличающийся тем, что преобразуют первую последовательность управляющих импульсов с заранее заданной длительностью импульсов в третью последовательность управляющих импульсов, опережающих своими задними фронтами задние фронты первой последовательности управляющих импульсов на заранее заданную величину и подают третью последовательность управляющих импульсов на управляющий вход второго управляемого переключателя, обеспечивающего периодическую подачу низковольтного напряжения с выхода источника низковольтного постоянного напряжения в цепь управления второго управляемого ключа.
RU2018126218A 2016-05-04 2016-05-04 Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке RU2701553C1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000271 WO2017192058A1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2701553C1 true RU2701553C1 (ru) 2019-09-30

Family

ID=60202958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018126218A RU2701553C1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10355599B2 (ru)
EP (1) EP3454462B1 (ru)
JP (1) JP6782306B2 (ru)
CN (1) CN109075694B (ru)
RU (1) RU2701553C1 (ru)
WO (1) WO2017192058A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3373439B1 (en) * 2017-01-10 2020-05-13 Closed-up Joint-Stock Company Drive Method of converting direct voltage into pulse voltage
WO2018199788A1 (ru) * 2017-04-24 2018-11-01 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU864468A1 (ru) * 1978-06-05 1981-09-15 Институт Электродинамики Ан Усср Преобразователь посто нного напр жени в переменное
US5687067A (en) * 1995-05-30 1997-11-11 Philips Electronics North America Corporation Low noise controller for pulse width modulated converters
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
US20110305048A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corp. Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter
EP2779402A2 (en) * 2013-03-13 2014-09-17 Power Integrations, Inc. Switched mode power converter controller with ramp time modulation

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5173846A (en) * 1991-03-13 1992-12-22 Astec International Ltd. Zero voltage switching power converter
US6069803A (en) * 1999-02-12 2000-05-30 Astec International Limited Offset resonance zero volt switching flyback converter
JP2002027752A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Sony Corp スイッチング電源回路
US6466462B2 (en) * 2000-10-31 2002-10-15 Yokogawa Electric Corporation DC/DC converter having a control circuit to reduce losses at light loads
JP3707409B2 (ja) * 2001-09-10 2005-10-19 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
US7006364B2 (en) * 2004-03-15 2006-02-28 Delta Electronics, Inc. Driving circuit for DC/DC converter
RU2264685C1 (ru) * 2004-04-01 2005-11-20 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие НПП "Поликоммуникационные системы" Стабилизированный преобразователь напряжения
US7286376B2 (en) * 2005-11-23 2007-10-23 System General Corp. Soft-switching power converter having power saving circuit for light load operations
US8488348B2 (en) * 2007-06-20 2013-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Switch mode power supply apparatus having active clamping circuit
US7869235B2 (en) * 2008-04-28 2011-01-11 Fsp Technology Inc. Flyback converter having an active snubber
JP4952807B2 (ja) * 2010-02-10 2012-06-13 サンケン電気株式会社 アクティブスナバ回路及び電源回路
CN102891608B (zh) * 2011-07-21 2016-03-30 山特电子（深圳）有限公司 一种高效率低成本正反激dc-dc变换器拓扑
JP6073077B2 (ja) * 2012-05-30 2017-02-01 株式会社テーケィアール スイッチング電源及びスイッチング電源を備えた電子機器
RU2510764C2 (ru) * 2012-08-07 2014-04-10 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
US9667132B2 (en) * 2013-01-30 2017-05-30 Schneider Electric It Corporation Flyback converter
US10038387B2 (en) * 2013-04-15 2018-07-31 Semiconductor Components Industries, Llc Control circuit for active clamp flyback power converter with predicted timing control
RU2674010C2 (ru) * 2014-05-12 2018-12-04 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
US9991800B2 (en) * 2015-05-20 2018-06-05 Semiconductor Components Industries, Llc Switched mode power supply with efficient operation at light loads and method therefor
US10050516B2 (en) * 2016-03-29 2018-08-14 Semiconductor Components Industries, Llc Active clamp power converter and method of reducing shoot-through current during soft start

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU864468A1 (ru) * 1978-06-05 1981-09-15 Институт Электродинамики Ан Усср Преобразователь посто нного напр жени в переменное
US5687067A (en) * 1995-05-30 1997-11-11 Philips Electronics North America Corporation Low noise controller for pulse width modulated converters
GB2324210A (en) * 1997-04-10 1998-10-14 Api Technology Co Ltd Constant voltage clamping forward conversion switching power supply
US20110305048A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corp. Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter
EP2779402A2 (en) * 2013-03-13 2014-09-17 Power Integrations, Inc. Switched mode power converter controller with ramp time modulation

Also Published As

Publication number Publication date
CN109075694A (zh) 2018-12-21
CN109075694B (zh) 2020-10-23
EP3454462B1 (en) 2022-06-22
US20190165682A1 (en) 2019-05-30
JP6782306B2 (ja) 2020-11-11
JP2020509720A (ja) 2020-03-26
US10355599B2 (en) 2019-07-16
EP3454462A1 (en) 2019-03-13
WO2017192058A1 (ru) 2017-11-09
EP3454462A4 (en) 2019-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10734906B2 (en) Nanosecond pulser
US20090315530A1 (en) Pulse controlled soft start scheme for buck converter
EP2157682A1 (en) Switching power supply device and primary side control circuit
US20210021259A1 (en) Pulse modulator
DE102009045052A1 (de) Bereitstellen einer Versorgungsspannung für eine Ansteuerschaltung eines Halbleiterschaltelements
RU2701553C1 (ru) Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке
Mei et al. A synchronous buck converter using a new predictive analog dead-time control circuit to improve efficiency
RU2703966C1 (ru) Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
JP2012119961A (ja) パルス発生回路
Rafiq et al. A resonant gate driver circuit with turn-on and turn-off dv/dt control
US9729136B2 (en) Circuit arrangement and method for controlling semiconductor switching element
KR101066226B1 (ko) 부트스트랩 커패시터를 이용한 레벨 쉬프터, 및 상기 레벨 쉬프터를 포함하는 인버터
US10840893B2 (en) Apparatus for generating high pulse voltage
JP5594263B2 (ja) ハーフブリッジ回路
WO2018222068A1 (ru) Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение
RU2660674C1 (ru) Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
Kang et al. A 15-V, 40-kHz class-D gate driver IC with 62% energy recycling rate
US20120120686A1 (en) Switch controller and converter including the same
Matoušek et al. Practical aspects of realisation of negative charge pumps
WO2016067443A1 (ja) 交流電力調整器及び交流電力調整制御方法
JP2012120017A (ja) パルス放電発生装置
TW201039545A (en) MOSFET drive apparatus and power supply module