RU2734903C1 - Устройство для резонансного заряда конденсатора - Google Patents
Устройство для резонансного заряда конденсатора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734903C1 RU2734903C1 RU2020112371A RU2020112371A RU2734903C1 RU 2734903 C1 RU2734903 C1 RU 2734903C1 RU 2020112371 A RU2020112371 A RU 2020112371A RU 2020112371 A RU2020112371 A RU 2020112371A RU 2734903 C1 RU2734903 C1 RU 2734903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- inductance
- voltage
- cycle
- transistor
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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
- H02M3/02—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC
- H02M3/04—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters
- H02M3/10—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/125—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M3/135—Conversion of DC power input into DC power output without intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Устройство для резонансного заряда конденсатора относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок. Изобретение решает техническую задачу заряда конденсатора до напряжения, в несколько раз превышающего напряжение источника питания, и сокращения времени заряда. Устройство включает источник питания, последовательно подключенный к нему транзистор, индуктивность и конденсатор. Параллельно конденсатору подключены перезарядная индуктивность и ограничивающий транзистор. Благодаря перезаряду конденсатора до напряжения противоположного знака, амплитуды тока заряда от цикла к циклу возрастают по величине и тем самым от цикла к циклу увеличивается энергия, передаваемая конденсатору, и сокращается время заряда конденсатора. 4 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области электротехники и преобразовательной техники и может применяться для питания импульсных нагрузок. Уровень техники
Известно устройство для заряда суперконденсаторных батарей, в котором реализован способ резонансного заряда («Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей» RU 177140 U1 от 14.02.2017), упрощенная схема которого приведена на фиг. 1. Оно состоит из конденсатора источника питания 1, подключенных к нему транзистора 2 и 6, конденсатора 4, подключенных к нему транзисторов 5 и 7, между общими точками транзисторов 2, 6 и транзисторов 5, 7 подключена индуктивность 3. Первый цикл зарядки, (фиг. 2), происходит от конденсатора источника питания 1 по последовательной цепи транзистор 2, индуктивность 3, транзистор 6, конденсатор 4. До определенных величин емкости конденсатора 4 за первый цикл он теоретически может зарядиться до двойного напряжения источника питания. Каждый последующий цикл подзарядки конденсатора 4 происходит в два этапа: при подключении индуктивности 3 к конденсатору источника питания 1 через транзисторы 2, 7 в ней происходит накопление энергии, при переключении ее к конденсатору 4 через транзисторы 5,6 происходит его подзарядка. За несколько таких циклов напряжение на конденсаторе может в несколько раз превышать напряжение источника питания. Поэтому это устройство и принимается в качестве прототипа, хотя оно и несколько отличается схематически от предлагаемого устройства.
В прототипе за один цикл подзарядки в конденсатор передается фиксированная энергия, потому что амплитуда тока в индуктивности определяется только величиной напряжения на входном конденсаторе, что ограничивает амплитуду зарядного тока и увеличивает время заряда конденсатора. Кроме того отключение транзистора 2, через который передается энергия в индуктивность, происходит при максимальном токе, что приводит к повышенным потерям (жесткая коммутация транзисторов).
Сущность изобретения
Технической задачей изобретения является заряд конденсатора до напряжения в несколько раз превышающего напряжение источника питания и сокращение времени заряда. 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 ограничивающий транзистор.
Описание фигур.
Фиг. 1. Упрощенная схема прототипа.
1 - конденсатор источника питания, 2, 5, 6, 7 - транзисторы, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор.
Прототип (фиг. 1) состоит из конденсатора источника питания 1, к которому подключены последовательно включенные транзисторы 2 и 6, конденсатора 4, которому подключены последовательно включенные транзисторы 5 и 7, между общими точками транзисторов 2, 6 и транзисторов 5 и 7 подключена индуктивность 3.
Фиг. 2. Временные диаграммы токов и напряжений и токов прототипа.
i1 - ток через индуктивность, i2 - ток через конденсатор, Uc - напряжение на выходном конденсаторе
Принцип работы прототипа заключается в следующем (фиг. 2).
В интервале времени 0-t1 через последовательно включенные транзистор 2, индуктивность 3, транзистор 5 и конденсатор 4 протекает ток, который заряжает конденсатор 4 от нуля до некоторого напряжения. В интервале времени t1-t2 через последовательно включенные транзисторы 2, 7 и индуктивность 3 протекает ток, при этом в индуктивности 3 запасается энергия, которая в интервале времени t2-t3 подзаряжает конденсатор 4. Во времена третьего и последующих циклов величина передаваемой в конденсатор энергии не меняется.
Фиг. 3. Устройство для резонансного заряда конденсатора.
1 - конденсатор источника питания, 2 - транзистор, 3 - индуктивность, 4 - конденсатор, 8 - перезарядная индуктивность, 9 - 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 8 и ограничивающий транзистор 9.
Фиг. 4. Временные диаграммы напряжений и токов.
U1 - инапряжение управления транзистором 2, U2 - напряжение управления ограничивающим транзистором 9, i1 - ток, текущий через индуктивность 3, i2 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 8, 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 - ток, текущий через перезарядную индуктивность 8, Uc - напряжение на конденсаторе 4. Первоначально напряжение на конденсаторе относительно «земли» равно нулю. В момент времени t=0 открываются транзистор 2 и ограничивающий транзистор 9, происходит первоначальный заряд конденсатора квазисинусоидальным импульсом тока по цепи 1, 2, 3, 4. Ток протекает и по цепи перезарядная индуктивность 8, ограничивающий транзистор 9, но он намного ниже зарядного тока через конденсатор 4, так как величина перезарядной индуктивности 8 в несколько раз больше чем индуктивности 3. После снижения зарядного тока до нуля и закрытия транзистора 2 (t1) (мягкая коммутация) положительно заряженный конденсатор 4 перезаряжается через перезарядную индуктивность 5 и ограничивающий транзистор 8 до отрицательного напряжения, более чем в два раза превышающего напряжение источника питания. Ограничивающий транзистор 8 постоянно открыт до заряда конденсатора 4 до заданного напряжения. 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 сравнению с первым циклом. После нескольких циклов заряд-перезаряд напряжение на конденсаторе в несколько раз превысит двойное напряжение источника питания. Когда оно достигнет заданного значения, ограничивающий транзистор 8 закрывается, последний цикл состоит только из интервала перезарядки конденсатора через источник питания (tn-tn+1). Заряженный конденсатор разряжается на физическую нагрузку.
Расчеты показывают, что при индуктивности 3 - L=0,004 Гн, перезарядной индуктивности 5 - L=0,025 Гн, конденсаторе 4 - С=6 мкФ после первого цикла напряжение на конденсаторе 4 превысит напряжение источника питания в 2,51 раза, через 5 циклов - в 10,2 раза, а через 10 циклов - в 20,6 раз (для прототипа через 5 циклов в 2,23 раза, через 10 циклов в 3,16 раза).
Таким образом, в каждый последующий цикл заряда конденсатора в него вводится большая энергия по сравнению с предыдущим циклом. Этот результат достигается за счет того, что параллельно конденсатору подключены перезарядная индуктивность и ограничивающий транзистор. Благодаря этому, после цикла заряда конденсатора, от конденсатора источника питания происходит резонансный перезаряд конденсатора от положительного напряжения до отрицательного без ввода энергии, а амплитуда зарядного тока каждого последующего цикла определяется суммой напряжений на конденсаторе источника питания и возрастающего от цикла к циклу напряжения на конденсаторе.
Литература.
1. Полезная модель к изобретению «Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей» RU 177140 U1 от 14.02.2017.
Claims (1)
- Устройство для резонансного заряда конденсатора, включающее конденсатор источника питания, к которому подключены последовательно включенные транзистор, индуктивность и конденсатор, отличающееся тем, что параллельно с конденсатором включены последовательно соединенные перезарядная индуктивность и ограничивающий транзистор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020112371A RU2734903C1 (ru) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Устройство для резонансного заряда конденсатора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020112371A RU2734903C1 (ru) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Устройство для резонансного заряда конденсатора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734903C1 true RU2734903C1 (ru) | 2020-10-26 |
Family
ID=72949109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020112371A RU2734903C1 (ru) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Устройство для резонансного заряда конденсатора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734903C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760979C1 (ru) * | 2021-04-26 | 2021-12-02 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для формирования пилообразного напряжения на конденсаторе |
| RU2770864C1 (ru) * | 2021-09-14 | 2022-04-22 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для резонансного заряда конденсатора |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155425C1 (ru) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Зарядное устройство конденсаторной батареи |
| RU165105U1 (ru) * | 2016-03-11 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТАЙТЭН ПАУЭР СОЛЮШН" | Повышающий dc/dc преобразователь |
| US9742266B2 (en) * | 2013-09-16 | 2017-08-22 | Arctic Sand Technologies, Inc. | Charge pump timing control |
| RU177140U1 (ru) * | 2017-02-14 | 2018-02-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" | Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей |
-
2020
- 2020-03-24 RU RU2020112371A patent/RU2734903C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2155425C1 (ru) * | 1999-06-25 | 2000-08-27 | Сибирский государственный индустриальный университет | Зарядное устройство конденсаторной батареи |
| US9742266B2 (en) * | 2013-09-16 | 2017-08-22 | Arctic Sand Technologies, Inc. | Charge pump timing control |
| RU165105U1 (ru) * | 2016-03-11 | 2016-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТАЙТЭН ПАУЭР СОЛЮШН" | Повышающий dc/dc преобразователь |
| RU177140U1 (ru) * | 2017-02-14 | 2018-02-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Ультраконденсаторы Феникс" | Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760979C1 (ru) * | 2021-04-26 | 2021-12-02 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для формирования пилообразного напряжения на конденсаторе |
| RU2770864C1 (ru) * | 2021-09-14 | 2022-04-22 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для резонансного заряда конденсатора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lee et al. | 21.4 A> 78%-efficient light harvester over 100-to-100klux with reconfigurable PV-cell network and MPPT circuit | |
| Lee et al. | A power-efficient wireless capacitor charging system through an inductive link | |
| RU2734903C1 (ru) | Устройство для резонансного заряда конденсатора | |
| CN103633839A (zh) | 一种改进型z源升压dc-dc变换器 | |
| CN108233766B (zh) | 一种复合能量采集电路 | |
| Do et al. | A rectifier for piezoelectric energy harvesting system with series synchronized switch harvesting inductor | |
| Angelov et al. | A fully integrated multilevel synchronized-switch-harvesting-on-capacitors interface for generic PEHs | |
| KR20060108617A (ko) | 전압 컨버터, 이를 포함한 전력 관리 장치 및 모바일 장치 | |
| JP2015154627A (ja) | 降圧回路及びこれを用いた降圧充電回路 | |
| CN103607115A (zh) | 电荷泵装置 | |
| JP2017022953A (ja) | 降圧回路及びこれを用いた降圧充電回路 | |
| Cheng et al. | A 0.25 μm HV-CMOS synchronous inversion and charge extraction (SICE) interface circuit for piezoelectric energy harvesting | |
| RU177140U1 (ru) | Устройство для зарядки суперконденсаторных батарей | |
| de Queiroz et al. | Electrostatic energy harvesting using doublers of electricity | |
| CN112003496A (zh) | 一种压电与光能协同采集电路 | |
| KR101753753B1 (ko) | 압전 소자를 사용하는 에너지 하비스터 | |
| RU2770864C1 (ru) | Устройство для резонансного заряда конденсатора | |
| RU83160U1 (ru) | Устройство импульсного электропитания нагрузки | |
| Jain et al. | High gain resonant boost converter for PV micro-converter system | |
| CN108695941A (zh) | 一种微型电磁式动能采集器的电源管理电路 | |
| TWI684314B (zh) | Pwm/pfm雙模式充電系統 | |
| RU2760979C1 (ru) | Устройство для формирования пилообразного напряжения на конденсаторе | |
| CN203590034U (zh) | 开关电源电路 | |
| Hsu et al. | A Parellel-SSHI Rectifier for Piezoelectric Energy Harvesting | |
| Chamanian et al. | An adaptive piezoelectric energy harvesting interface circuit with a novel peak detector |