Высоковольтный управляемый стабилизатор постоянного напряжения

 

Изобре -ние относится к э.: ,-ктроте.- пике, в част-. . и к источникам вторич1 ого ылектропитан;... Целью изобретения является повышение надежности в работе и расширение функциональны.х возможностей стабилизатора за счет обеспечения возможности регулирования вы.ходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке. Устройство состоит из последовательно включенных регулирующих ячеек 1.1 -.п с индивидуальными источниками 4.1 -4,/г питания. Каждая ячейка .п выполнена в виде регулирующего элемента 5./; последовательного типа и уси. штеля б.п спг пмли р.---: согласования. Имеется резисторный дс,-, тель 2 напряжения с количеством плеч, равным числу регулирующих ячеек, и датчик 3 выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения осуществляется по компспсационному принципу при управлении ячейкой 1.1, соединенной с корпусом. В процессе регулирования обеспечивается безынерционное отслеживание каждой из последующих ячеек усредненного напряжения предыдущих ячеек. Включение м}1огоплечего делителя 2 напряжения парал.ч -льпо нагрузке позволяет регулировать вь Х1:дное напряжение в режиме холостого хода, т. г. в паузах между импульсами нагрузочною тока. 2 3. п. ф-лы, 1 ил. «е tnai СС со о о o - П

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1319002

А1 (5!) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСИОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

).п

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3965948/24-07 (22! 2 (.10.85 (::i) 23.06.87. Бюл., и 23 (71) Научно-и< 1с (овательский институт

).о переда .е эг)ск.: роэнергии постоянным током высокого напряжения (72) В. 11. Галанов, И. А. Семснов, Л. В. Станкевич и В. И. Форсилов (53 621.316.722.1 (088.8) (56) Патент США № 3551788, кл. 323-22, I 970.

Додик С. Д. Полупроводниковые стабилизаторы постоянного напряжения и тока.

М:: Советское радио, 1980, с. 193, рис. 6.14. (54) !)ЫСОКОВОЛЬТНЫЙ УПI АВЛЯЕ,ЧЫЙ СТАБИЛИЗАТОР ПОСТОЯННОГО

НА Г! РЯ, К ЕНИЯ (57) Изобре-: ние относится к э.:. ктротеiнике, в част... и к источникам втори.ного лектропитан; ., Целью изобретения являетсН повышение надежности в работе и расширение функциональных возможностей стабилизатора 33 счет обеспечения возможности регулирования выходного напряжения ) о всем диапазон при импульсной нагрузке.

Устройство состоит из последов» гельно включенных регулирующих я.п ек .! — !.п с индивидуальными источника ми 4.! --4.п питания. Каж .зя ячейка I.è вынолне)га в виде регулирукпцсго элемента 5.п последовательного ти а и усилителя 6.п .игнала (и: согласования. Имеется резиг;орный д...л тель 2 напряжения с количеством плеч, равным числу регулирующих ячеек, и датчик 3 выходного напряжения. Регулирование выходного напряжения осуществляется по кг(мпснсационному принципу при управлении ячейкой 1.1, соединенной с корпусом.

В процессе регулирования обеспечивается безынерционное отслеживание каждой из последующих ячеек усредненного напряжения предыдуших ячеек. Включение чп)огоплечего лелителя 2 напряжения царап,)сльно нагрузке позволяет регулировать вых >дн, е напряжение в режиме холостого хода, т. е. в паузах между импульсами нагрузочного тока. 2 з. и. ф-лы, I ил.

1319002

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в быстродействующих системах управления электроснабжения генераторов высокоинтенсивных электронных пучков.

Цель изобретения — повышение надежности в работе и расширение функциональных возможностей высоковольтного управляемого стабилизатора постоянного напряжения за счет обеспечения возможности регулирования выходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Стабилизатор содержит регулирующие ячейки 1.1 — 1.п, равноплечий и-резисторный делитель 2 напряжения, датчик 3 выходного напряжения, источники 4.1 — 4.п питания.

В регулирующие ячейки 1.1 — 1.п входят регулирующие элементы 5.1 — 5.п, усилители

6.1 — б.п сигнала рассогласования, диоды

7.1 — 7.п за щиты инвертирующих входов усилителей 6.1 — -б.п от пробоя обратным напряжением, шунтирующие диоды 8.1 — 8.п

Позициями 9 и 10 на схеме обозначены выводы для подключения нагрузки, позицией 11 — потенциальный вывод входа управления стабилизатора, а позициями 12,2-12.n — паразитные емкости источников

4.2 — 4.п питания относителььо корпуса устройства.

Один из IIo. IIol ol3 источника 4. 1 11итания соединен с,ниной нулевого потенциала и выВОд с м 9, а другой IIO.", K) C — - <. 13XOgl H bl M I I Hтающим выводом регулирующего элемента

5.1 регулирующей ячеики 1.1. Каждый из источников 4.2 — 4.п включен между выходом регулируюгцего элемента предыдущей регулирующей ячейки и питающим входом регулирующего элемента последующей регулирующей ячейки.

В регулирующих ячейках 1.1 — !.n регулирующие элементы 5.1--5.п управляющими входами подключены к выходам усилителей

6.1---6.п сигнала рассогласования. Выход датчика 8 выходного напряжения соединен с первым входом усилителя 6.! сигнала рассогласования регулирующей ячейки 1.1.

Выход источника управляющего напряжения (не показан) подключен к второму входу усилителя 6.1 сигнала рассогласования. Выходные выводы равноплечего lã-резисторного делителя 2 напряжения соединены с выводами 9 и 10, а выходы --- ". первыми входами усилителей 6.2--б.п сигнала рассогласования регулирующих ячеек 1.2 — 1.п.

Вторсй вход усиления сигнала рассогласования каждой из регулирующих ячеек 1.2— ! .п подключен к выходу регулирующегс элемента предыдущей регулирующей ячейки.

К выходам регулирующих элементов 5.!в

5.п регулирующих ячеек 1.1--1 и подключены шунтирующие диоды 8.! -8,п. в обратном направлении. Между входными потенциальными выводами усилителей б,! — б.п сигала рассогласования регулирующих ячеек 1.1-1л1 включены защитные диоды 7.! — 7.п.

Устройство работает следующим образом.

Состояние каждой регулирующей ячейки

1 — 1.п -ависит от состояния остальных.

В установившемся режиме выходное напряжение любой ячейки 1.й (}C 1г (и) образовано путем усиления сигнала рассогласования, присутствующего между входами усилителя б.k. При этом величина сиг11ала рассогласования обратно пропорциональна коэффициенту усиления усилителя б.k и равна сколь угоднс малой величине. В силу этого верхний вывод ячейки 1.II и й-й промежу1 точный вывод делителя 2 напряжения находятся на равных потенциалах относительно корпуса. Следовательно, выходные напряжения регулирующих ячеек 1.1 — 1.п пропорциональны величинам соответствующих противолежащих резисторов делителя 2. При равенстве резисторов выходное напряжение

U„„„„ñòàáHëHçàToðà распределяется между ячейками 1.1--!.и поровну и определяется как

Ь, r

ВЫХ Cr РЫх 1>

25 где Г„„„, — выходное напряжение ячейки!.1.

Величина U„,„есть не что иное, как ошибка регулирования стабилизатора, увеличенная пропорционально коэффициенту усиления усилителя 6.1. Из сказанного следует, что точность отслеживания каждой нз ячеек 1.! --1 и определяется коэффициентом усиления ее усилителя сигнала рассогласования, а точность регул ирова;1ия („,„„, — — коэффициентом усиления у;илителя 6.1 ячейки 1.!, соединенной с кор..усо",.

Таким образом, изобретение обесне о.— вает непрерывность. также любую заданнуlo точность регулирования выходного напряжения U»,, стабилизатора.

Опенка быстродействия регулирования может быть оценена следующим образом.

На вход упр-вления с потенциальным выводом 11 подается скачок напряжения Г„,.

На выходе ячейки 1.! через интервал вре;:ени М1 получается приращение

Л1) „... г-=- Л (,,= k i U. „, 4S где Oi — коэффициент усиления усилителя

6.1 сигнала рассогласования. ! 1!)и этОм At ="-=3P„ 1 1 С др где К,„,, - вь .ходнс1. сопрогивлгнне ячейки 1. ;

50 С„„ — паразитная емкость од1 огo Нсточника нн1ания.

В течение интервала Atl выходное напряжение ячейки 1.1 Л(. l(,) изменяется пJ экспоненте и в каждый данный момент времени присутствует на 11рямых входах усилителей сигнала рассогласования последуloщих ячеек, начиная с 1.2. На инверткру1сщие входы усилителей напряжение передается через делитель 2 в виде напряжения обрат1319002 ной связи У„(/) и для ячейки 1.k определяется выражением

U„, ()= — U. „,(t).

Сигнал рассогласования между входами усилителя б.k сигнала рассогласования в текущий момент соответствует

AU„„,(t)=U„.„,(t) U., „® или после подстановки предыдущего выражения составляет и — k — 1

Л(в„.(t)= U„ых !(t) (2) Время Л4 отработки рассогласования ячейкой !.k определяется выражением

A t > 3 R > (t1 k ) C д р 1 где R„,< — выходное сопротивление ячейки 1.k.

Из выражений (1) и (2) видно, что величина сигнала рассогласования на входах усилителей 6.1 — б.и уменьшается по мере возрастания номера ячейки, однако уменьшается и время его отработки. Сигнал рассогласования появляется на входах усилителя каждой из ячеек 1.1 — 1.k уже в начале интервала Л/1, поэтому ячейки 1.2 — 1.и начинают его отработку одновременно. При этом каждая из них дает добавку к величине выходного напряжения U,„„„ñòàáèëèзатора и соответствующие добавки к сигналам рассогласования усилителей 6.1 — б.и.

Таким образом, переходной процесс в предлагаемом устройстве носит многоступенчатый параллельно-последовательный характер, заключающийся в том, что каждая предыдущая регулирующая ячейка приращением своего выходного напряжения регулирует параллельно все последующие ячейки, но наибольшее влияние оказывает на соседнюю. При этом суммарная величина выходных напряжений секций контролируется усилителем 6.1 сигнала рассогласования ячейки 1.1, выполняющей отработку по сигналу общей обратной связи.

В соответствии с выражением (2) длительность переходных процессов каждой

At) последующей ячейки на величину — - меньше

Р чем в предыдущей. Как указывалось, переходные процессы во всех ячейках 1.1 — 1.и начинаются одновременно, следовательно, все они укладываются в интервал времени

At . Общее время переходного процесса стабилизатора At,, определяется выражением

Лс,, =-3иСпдрR„,,< (3)

Выбранное схемное построение позволяет реализовать стабилизатор в виде конструкции, в которой отдельные элементы облада1от функциональной автономностью. Пробой любого из регулирующих элементов 5.1—

5.и в данном случае не ведет к пробою всех

20 остальных. Тем самым существенно повышается эксплуатационная надежность устройства.

Предлагаемый стабилизатор напряжения благодаря включенным и-резисторному делителю 2 напряжения параллельно нагрузке обеспечивает регулирование выходного напряжения U„... во всем диапазоне при импульсной нагрузке, в частности в режиме холостого хода, т. е. в паузах между импульсами нагрузочного тока. Указанное обстоятельство свидетельствует о расширенных функциональных возможностях устройства.

Использованные в стабилизаторе шунтирующие диоды 8.! — 8.и обеспечивают эффективную защиту регулирующих элементов 5.1 — 5.и от воздействия любых внешних последовательных источников напряжения.

Наличие защитных диодов 7.1 — 7.и позволяет предотвратить выход из строя усилителей 6.1 †.и сигнала рассогласования при воздействии на их инвертирующие входы обратных на и ря же ни й.

Формула изобретения

1. Высоковольтный управляемый стабилизатор постоянного напряжения, содержащий первый источник питания, один из полюсов которого соединен с шиной нулевого потенциала и первым выводом для подклюЗ0 чения нагрузки, и регулирующих ячеек, каждая из которых выполнена с регулирующим элементом, подключенным управляющим входом к выходу усилителя сигнала рассогласования, датчик выходного напряжения, выход которого соединен с первым входом

35 усилителя сигнала рассогласования первой регулирующей ячейки, источник управляющего напряжения, выход которого подключен к второму входу усилителя сигнала рассогласования первой регулирующей ячейки, 40 равноплечий и-резисторный делитель напряжения, один из входных выводов которого соединен с вторым выводом для подключения нагрузки, а выходы — с первыми входами усилителей сигнала рассогласования второй и последующих регулирующих ячеек, 45 отличающийся тем., что, с целью повышения надежности в работе и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования выходного напряжения во всем диапазоне при импульсной нагрузке, в него введено допол50 нительно и†1 источников питания, причем другой полюс первого источника питания соединен с входным питающим выводом регулирующего элемента первой регулирующей ячейки, каждый из остальных источников питания включен между выходом регулирующего элемента предыдущей регулирующей ячейки и питающим входом регулирующего элемента последующей регулирующей ячейки, второй вход усилителя сигнала расс: .Iÿñ:.)Bàfff!ÿ которой 1!одклк) и и к Выходч p(лир):!Ощего элемс!!Та ирсды.L(ш()!! p (. Г v . .т и р у !О ! „ (! я ч е I f f(и, 1 1 р",ГО и В )(Uäí() и

Вы130д равно!!леч(.ГО и-рсз!!(T(7 )Hof o 3(. .1итеЛS! НВГ1РrlККЕНИЯ СОЕДИIIÐI3 С LI!B;.!Of IIV. 1(L30, O

Iio rei-iLLиала.

2. Стабилизатор !10 н. 1, oòëè÷àþè f(é:. .÷ тем, что к выходу регуг!!!рук)дсго элене!Тта

"ci < L0!1 РС I f I3 L " с!О If. - If !! !СИ КИ 0 (!(Ю B !

1!ъ!пи.)х ю!Ииff !и:.) 1 В Об!)атг!(1м на!! BB, н;-и !

). L. f ß63!.fÈÇ3ÒO ) f! .! . I, ОГПпЫO)C. Ill)C!? те:;:, ч-о чс:-:("у )ходных(i иот накала-!ы;;(!

ВВ!ВОДВМИ УСИЛИТЕЛrl C!II ffa)iа РВССО! ЛВСОВВ-!!Ня ка>кд3ОЙ рег ",.!1ирч ю!1).е1! я -lейк!: !!клк) if. í

ДИ().1 Вакиитв! И!1(31,)7 IIO):!О,!(= "O ВХОДВ OL 11!)О .)() 7 о б 7 а т «! В1!(! \;! !,.> )! )к с н н (з 1 .