|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Импульсный модулятор, содержащий N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому и второму управляемым ключевым элементам, первый диод, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу, причем катод первого диода соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, второй диод, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу, причем анод второго диода соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, первый выходной вывод первого модуля подключен к первому выводу нагрузки устройства, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля, в каждом модуле катод второго диода соединен с вторым выходным выводом модуля, второй вывод нагрузки устройства подключен к второму выходному выводу N-го модуля; а также устройство управления ключевыми элементами модулей, отличающийся тем, что каждый модуль содержит дополнительные параллельно соединенные управляемый ключевой элемент и диод, подключенные между выходными выводами модуля, причем катод дополнительного диода подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения модуля.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Импульсный модулятор, содержащий N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому и второму управляемым ключевым элементам, первый диод, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу, причем катод первого диода соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, второй диод, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу, причем анод второго диода соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, первый выходной вывод первого модуля подключен к первому выводу нагрузки устройства, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля, в каждом модуле катод второго диода соединен с вторым выходным выводом модуля, второй вывод нагрузки устройства подключен к второму выходному выводу N-го модуля; а также устройство управления ключевыми элементами модулей, отличающийся тем, что каждый модуль содержит дополнительные параллельно соединенные управляемый ключевой элемент и диод, подключенные между выходными выводами модуля, причем катод дополнительного диода подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения модуля.
Евразийское ои 028369 (13) В1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента (51) Int. Cl. НОЗК3/53 (2006.01)
2017.11.30
(21) Номер заявки 201600136
(22) Дата подачи заявки 2015.11.26
(54) ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТИ
(43) 2017.05.31
(96) 2015/EA/0148 (BY) 2015.11.26
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ОКБ ТСП" (BY)
(72) Изобретатель:
Коновалов Сергей Иванович, Полынкин Юрий Анатольевич,
Кирячок Геннадий Витальевич, Доницков Олег Валерьевич, Войтенко Константин Юрьевич (BY)
(74) Представитель:
Федорук Е.Ю. (BY)
(56) US-B1-6546287 RU-C1-2345475 RU-C1-2232408 RU-C1-2410835
(57) Изобретение относится к высоковольтным источникам питания и может быть использовано для получения на нагрузке стабилизированных по амплитуде импульсов напряжения в широком диапазоне изменения длительности и частоты формируемых импульсов. Предлагаемый импульсный модулятор повышенной надежности, содержащий N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому и второму управляемым ключевым элементам, первый диод, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу, причем катод первого диода соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, второй диод, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу, причем анод второго диода соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, первый выходной вывод первого модуля подключен к первому выводу нагрузки устройства, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля и т.д., в каждом модуле анод первого диода соединен со вторым выходным выводом модуля, второй вывод нагрузки устройства подключен ко второму выходному выводу N-го модуля, а также устройство управления ключевыми элементами модулей, отличается тем, что в каждый модуль дополнительно введены третий диод, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, а анод соединен со вторым выходным выводом модуля, и третий ключевой элемент, подключенный параллельно третьему диоду. Введение в каждый модуль дополнительного диода, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, а анод соединен со вторым выходным выводом модуля, и дополнительного ключа, подключенного параллельно третьему диоду, обеспечивает повышение надежности работы импульсного модулятора за счет сохранения работоспособности устройства в случае разного рода нарушений в работе ключевых элементов и диодов модулей.
Изобретение относится к высоковольтным источникам питания и может быть использовано для получения на нагрузке стабилизированных по амплитуде импульсов напряжения в широком диапазоне изменения длительности и частоты формируемых импульсов.
Известен импульсный модулятор (патент США № 5710520, кл. 330/10, МПК H03F 3/38, опубликован 20.01.98), содержащий источник переменного напряжения, соединенный с трансформатором, имеющим несколько вторичных обмоток, образующих несколько модулей, соединенных последовательно для получения выходного напряжения. Каждый модуль содержит выпрямитель, положительный вывод которого соединен с первым выводом ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом ключа и с анодом диода следующего модуля. Анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля - со вторым выводом нагрузки.
Недостатком устройства является низкая надежность из-за возможных отказов ключевых элементов и диодов модулей из-за перенапряжений, вызванных разбросом параметров этих элементов и разбросом временных задержек в цепях управления каждым ключом.
Известен импульсный модулятор (патент ЕР0557599, МПК H03F 3/20, опубликован 01.09.93.), содержащий источник переменного напряжения, соединенный с трансформатором, имеющим N вторичных обмоток, образующих N модулей, соединенных последовательно для получения выходного напряжения. Каждый модуль содержит выпрямитель, положительный вывод которого соединен с первым выводом управляемого ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом управляемого ключа и с анодом диода следующего модуля. Анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля - со вторым выводом нагрузки. Управляемые ключи управляются от генератора управляющих импульсов.
Недостатками устройства являются низкая надежность из-за возможных неисправностей диодов и ключей модулей, а также недостаточное быстродействие при отключении нагрузки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является Импульсный модулятор (Евразийский патент № 019770, МПК H03F 3/217; Н031С; Н02М, опубликован 29.03.2013), содержащий управляемый источник переменного напряжения, соединенный последовательно с трансформатором, имеющим N вторичных обмоток, каждая вторичная обмотка, соединенная с выпрямителем, образует N последовательно соединенных модулей, положительный вывод выпрямителя соединен с первым выводом первого управляемого ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом первого управляемого ключа и анодом диода следующего модуля, анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля соединен со вторым выводом нагрузки, каждый второй управляемый ключ включен параллельно диоду соответствующего модуля, управляющие входы первых управляемых ключей соединены с прямым выходом генератора управляющих импульсов, каждый из N датчиков напряжения включен между положительным выводом выпрямителя и первым выводом нагрузки, а выход датчиков напряжения с 1-го по (N-1) модулей соединен с первым входом суммирующего устройства через третий управляемый ключ, выход датчика напряжения N-го модуля соединен с первым входом суммирующего устройства напрямую, второй вход суммирующего устройства соединен с выходом источника задающего напряжения, а выход - с управляющим входом источника переменного напряжения, инверсный выход генератора управляющих импульсов соединен с управляющими входами вторых и третьего управляемых ключей, общий вывод источника задающего напряжения соединен с первым выводом нагрузки, в каждом модуле введен ограничитель напряжения, включенный между положительным и отрицательным выводами выпрямителя, и защитный диод, подключенный параллельно первому управляемому ключу и соединенный своим катодом с положительным выводом выпрямителя.
Недостатком прототипа является ухудшение показателей надежности из-за выхода из строя всего устройства при возможных неисправностях ключей и/или диодов одного или более модулей.
Задача изобретения - повышение надежности устройства в процессе его работы за счет сохранения работоспособности при возможных неисправностях ключей или диодов путем введения в каждый модуль дополнительных управляемого ключевого элемента и диода.
Поставленная задача решается тем, что в импульсном модуляторе повышенной надежности, содержащем N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому и второму управляемым ключевым элементам, первый диод, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу, катод первого диода соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, второй диод, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу, анод второго диода соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, первый выходной вывод первого модуля подключен к первому выводу нагрузки устройства, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля и т.д., в каждом модуле анод первого диода соединен со вторым выходным выводом модуля, второй вывод нагрузки устройства подключен ко второму выходному выводу N-го модуля, устройство управления ключевыми элементами модулей, в каждый модуль дополнительно введены третий диод, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, а анод соединен со вторым выходным вы
водом модуля, и третий ключевой элемент, подключенный параллельно третьему диоду.
Введение в каждый модуль дополнительного диода, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения, а анод соединен со вторым выходным выводом модуля, дополнительного ключа, подключенного параллельно третьему диоду, обеспечивает повышение надежности работы импульсного модулятора за счет сохранения работоспособности устройства в случае разного рода нарушений в работе ключевых элементов и диодов модулей.
На чертеже представлена принципиальная схема импульсного модулятора повышенной надежности.
Импульсный модулятор повышенной надежности содержит N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения 1, подключенный к последовательно соединенным первому 4 и второму 5 управляемым ключевым элементам, первый диод 2, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу 4, катод первого диода 2 соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения 1, второй диод 3, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу 5, анод диода 3 соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения 1, катод диода 3 соединен со вторым выходным выводом модуля, дополнительный диод 6, катод которого подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения 1, а анод соединен со вторым выходным выводом модуля, дополнительный ключ 7, подключенный параллельно диоду 6, первый вывод нагрузки 8 устройства соединен с первым выходным выводом первого модуля, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля и т.д., второй вывод нагрузки 6 подключен ко второму выходному выводу N-го модуля, устройство управления 9 ключевыми элементами модулей.
Импульсный модулятор повышенной надежности работает следующим образом. В исходном состоянии управляемые ключи 4 разомкнуты, а управляемые ключи 5 замкнуты. При этом на нагрузке присутствует запирающее напряжение. Управляемый ключ 7 с односторонней или двухсторонней проводимостью разомкнут и находится в "горячем резерве". Это состояние может поддерживаться сколь угодно долго, независимо от длительности паузы между импульсами, колебаний напряжения сети, прочих дестабилизирующих воздействий. При подаче с инверсного выхода устройства управления 9 сигнала на выключение управляемых ключей 5 и с прямого выхода сигнала на включение управляемых ключей 4 происходит форсированный разряд емкости нагрузки. Напряжение на нагрузке становится равным нулю.
Если ключи 4 замыкаются по заданному закону, то обеспечивается ступенчатый разряд емкости нагрузки с рекуперацией энергии через диоды 3 в источники постоянного напряжения 1 тех модулей, в которых ключ 4 не включен.
Далее снова возможен цикл замыкания ключей 5 в тех модулях, где разомкнуты ключи 4. Таким образом, возможно формирование ступенчатых напряжений с различной формой огибающей. При замыкании всех ключей 5 устройство возвращается в исходное состояние.
Источник питания 1 каждого модуля является стабилизированным и регулируемым по выходному напряжению, содержит датчик для контроля тока нагрузки, а также включается в работу по сигналу устройства управления 9. Кроме того, каждый модуль содержит датчик амплитуды импульса на выходе модуля.
Управление дополнительными ключами 7 производится по сигналам устройства управления 9. Исходной информацией для такого управления являются сигналы датчиков выходного тока источников 1 модулей и сигналы датчиков амплитуды импульсов на выходе модулей. При синхронном управлении ключами модулей и равных напряжениях источников модулей существенные отклонения мгновенных значений выходного тока источника 1 и/или амплитуды выходного импульса модуля свидетельствуют о нарушениях в работе модуля.
В случае нарушений в работе ключей 4 и/или 5 (или диода 2) любого из модулей в виде значительного увеличения сопротивлений этих элементов в проводящем (замкнутом) состоянии по причине неисправности в цепи управления или по другой причине произойдет значительное уменьшение амплитуды импульса на выходе модуля и среднего значения выходного тока источника 1 этого модуля. При этом в устройстве управления 9 формируется сигнал на отключение источника питания 1 этого модуля из работы. Также в этом модуле отключается сигнал управления ключом 5 и формируется сигнал на включение дополнительного ключа 7 синхронно с управлением ключом 4. В этом случае ток заряда емкости нагрузки 8 замкнется через дополнительный диод 6 отказавшего модуля, что не нарушит работоспособности и быстродействия устройства. При этом возможно регулирование в большую сторону выходных напряжений источников питания исправных модулей таким образом, чтобы скомпенсировать просадку суммарного выходного напряжения, вызванного выключением из работы неисправного модуля.
В случае нарушений в работе ключей 4 и/или 5 и/или диодов 2 или 3 любого из модулей в виде значительного уменьшения сопротивлений этих элементов в непроводящем состоянии будет возникать перегрузка источника питания этого модуля из-за появления сквозных токов. Это приведет к увеличению сигнала датчика выходного тока этого модуля в сравнении с сигналами датчиков других модулей. Кроме того, произойдет значительное уменьшение амплитуды импульса на выходе модуля по сигналу датчика. При этом в устройстве управления 9 формируется сигнал на отключение источника питания этого моду
ля из работы. Также в этом модуле отключается сигнал управления ключом 5 и формируется сигнал на включение дополнительного ключа 7 синхронно с управлением ключом 4, что не нарушит работоспособности устройства. При этом возможно регулирование выходных напряжений источников питания исправных модулей таким образом, чтобы скомпенсировать просадку суммарного выходного напряжения, вызванного выключением из работы неисправного модуля.
В случае нарушений в работе ключей и/или диодов модуля в виде их короткого замыкания (например, появление постоянного сигнала на включение в цепи управления или пробой ключа или диода) в источнике постоянного напряжения 1 сработает защита от перегрузки и произойдет выключение его из работы по сигналу устройства управления 9. В этом случае напряжение на нагрузке 8 уменьшится на величину напряжения отказавшего модуля. При этом возможно регулирование выходных напряжений источников питания исправных модулей в сторону увеличения таким образом, чтобы скомпенсировать просадку суммарного выходного напряжения.
В частном случае при нарушениях в работе дополнительного ключа 7 в устройстве управления 9 формируется сигнал на отключение источника питания этого модуля из работы. Также в этом модуле отключается сигнал управления ключом 5. Так как управление дополнительным ключом 7 происходит синхронно с управлением ключом 4, то устройство сохранит работоспособность. При этом возможно регулирование выходных напряжений источников питания исправных модулей таким образом, чтобы скомпенсировать просадку суммарного выходного напряжения, вызванного выключением из работы неисправного модуля.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Импульсный модулятор, содержащий N последовательно соединенных своими выходными выводами модулей, каждый из которых содержит источник постоянного напряжения, подключенный к последовательно соединенным первому и второму управляемым ключевым элементам, первый диод, подключенный параллельно первому управляемому ключевому элементу, причем катод первого диода соединен с положительным выводом источника постоянного напряжения, второй диод, подключенный параллельно второму управляемому ключевому элементу, причем анод второго диода соединен с отрицательным выводом источника постоянного напряжения, первый выходной вывод первого модуля подключен к первому выводу нагрузки устройства, второй выходной вывод первого модуля подключен к первому выходному выводу второго модуля, в каждом модуле катод второго диода соединен с вторым выходным выводом модуля, второй вывод нагрузки устройства подключен к второму выходному выводу N-го модуля; а также устройство управления ключевыми элементами модулей, отличающийся тем, что каждый модуль содержит дополнительные параллельно соединенные управляемый ключевой элемент и диод, подключенные между выходными выводами модуля, причем катод дополнительного диода подключен к положительному выводу источника постоянного напряжения модуля.
028369
- 1 -
028369
- 1 -
028369
- 1 -
028369
- 1 -
028369
- 4 -
|
