Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для питания электронных и к 3 п ионных пушек. Цель - повышение надежности . Узел управления 6 реагирует на абсолютное значение выходного напряжения , обеспечивая при помощи регулятора 1 стабилизацию напряжения. Защита от перегрузки по току обеспечена датчиком 11 тока и компаратором, который снабжен цепями задержки сработанного состояния (15, 16 и 17), защита от перенапряжений осуществлена при помощи диодов 23-26 и разнополярных источников. Амплитуда пульсаций уменьшена за счет увеличения мехоустойчивости узла 6 управления посредством мостового выпрямителя 8 и схемы его соединения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. SR п § (Л С 00 ее о 05 QJf/ f

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 С 05 F 1/569

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3970090/24-07 (22) 30.10.85 (46) 15.08.87. Бюл. Р 30. (72) Н. И.Дуплин, В. В.Купырев и Н.А.Поляков (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) Приборы и техника эксперимента, 1975, В 3, с. 182-183.

Бранденбург (Alpha ИК, Nodele

2707 K). (54) ВЫСОКОВОЛЬТНИИ СТАБИЛИЗАТОР С

ИЗМЕНЯЕИОЙ ПОЛЯРНОСТЬЮ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для питания электронных и

„„Я0„„1330617 А 1 ионных пушек. Цель — повышение надежности. Узел управления 6 реагирует на абсолютное значение выходного напряжения, обеспечивая при помощи регулятора 1 стабилизацио напряжения.

Защита от перегрузки по току обеспечена датчиком 11 тока и компаратором, который снабжен цепями задержки сработанного состояния (15, 16 и 17 ), защита от перенапряжений осуществлена при помощи диодов 23-26 и разнополярных источников. Амплитуда пульсаций уменьшена эа счет увеличения по мехоустойчивости узла 6 управления посредством мостового выпрямителя 8 и схемы его соединения. 1 s.ï. ф-лы, 3 кп.

l 330617

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для питания электронных и ионных пушек.

Цель изобретения — повышение на5 дежности.

На фиг.l представлена функциональная электрическая схема высоковольтного стабилизатора с изменяемой полярностью выходного напряжения; на фиг.2 и 3 — схемы, поясняющие работу устройства.

Стабилизатор состоит из регулятора I напряжения, транзисторного преобразователя 2, умножителя 3, фильтра 4, гасящей RC-цепи 5 делителя выходного напряжения, схемы 6 управления, включающей в себя усилитель 7 сигнала рассогласования, мостовой вь прямитель 8, резистор 9 нижнего плеча делителя выходного напряжения и источник 10 опорного напряжения, датчика 11 тока нагрузки, компаратора 12 резисторов 13 и 14, последовательной

RC-цепи 15, 16 положительной обратной связи, диодов 17, 18 и 19, резистора 20, развязывающих диодов 21 и 22 и обратно включенных диодов 23, 24, 25 и 26.

Регулятор 1 подключен к входу транзисторного преобразователя 2, нагруженного на умножитель 3, выходы которого подключены через фильтр 4 к выходам стабилизатора. Гасящая

RC-цепь 5, включающая в себя параллельно связанные резистор и конденсатор, соединена с входом схемы 6 управления, усилитель 7 рассогласования которой подключен своим выходом 4g к выходу указанной схемы, а входами соединен с выходами мостового выпрямителя 8 и последовательно связанными резистором 9 нижнего плеча делителя выходного напряжения и источни- 4> ком 10 опорного напряжения. Датчик 11 тока нагрузки через резистор 20 соединен с общей точкой последовательно включенных диодов 18 и 19, связаннык с входами компаратора 12, которые в 5О то же время через резисторы 13 и 14 соединены соответственно с источником напряжения уставки и общей шиной стабилизатора.

Выход компаратора 12 через последовательную RC-цепь 15, 16 положительной обратной связи связан с одним их его входов. Средняя точка упомянутой цели соединена с общей шиной стабнлизатора через диод 17, Выходы схемы 6 управления и компаратора 12 через развязывающие диоды 21 и 22 подключены к управляющему входу регулятора 1. Вход схемы 6 управления и точка связи диодов 18 и 19 через обратно включенные диоды 23, 24 и 25, 26 подключены соответственно к источникам раэнополярных напряжений., Работа стабилизатора протекает следующим образом.

Выходное напряжение регулятора I определяет уровень переменного напряжения, поступающего с выхода преобразователя 2 на вход умножителя 3.

Увеличенное и выпрямленное напряжение с выхода умножителя 2 поступает через фильтр 4 на выход стабилизатора. Узел 6 путем сравнения выходного. напряжения стабилизатора с напряжением опорного источника 10 воздейству,ет на управляющий вход регулятора 1 таким образом, чтобы обеспечивалось постоянство выходного напряжения;

Изменение полярности выходного напряжения достигается перекоммутацией внешних выводов умножителя 3.

Узел 6 управления реагирует только на абсолютное значение выходного напряжения так, что при уменьшении . сигнала рассогласования воздействие узла 6 на регулятор 1 вызывает уменьшение его выходного напряжения и наоборот.

Цепь защиты от перегрузок по току

I включает в себя датчик ll тока и компаратор 12. При положительной полярности выходного напряжения с резистора 11 снимается сигнал отрицательной полярности, что определяет открытое состояние диода 18 и закры- тое состояние диода 19.

Схема замещения цепи защиты для этого случая представлена на фиг.2 а.

Срабатывание компаратора происходит тогда, когда иэ-за перегрузки по току напряжение UI 1 на его инвертирующем входе становится отрицательным, т.е. когда выполняется условие — ----- — R (0 тн +1 ст (I) чст R +В ъ э

2о тъ где I — ток нагрузки;

U — напряжение уставки.

При отрицательной полярности выходного напряжения сигнал с датчика 11 имеет положительную полярность, при этом открыт диод 19, а диод 18 закрыт (фиг.2 б).

133О617

50

На резисторе 14 образуется найря(i1 н1 < кение U -- — --- К,, пропорциональ70 1Ф ное току нагрузки. Срабатывание ком5 паратора 12 происходит в момент, когда напряжение U становится больше, (1 чем напряжение уставки U„„: (+1 IH R11 RqkÄ

U - -— --— -— --—-" " >Б (2)

Кт

Одинаковый уровень тока нагрузки, при котором происходит срабатывание компаратора для любой полярности выходного напряжения, устанавливаетс.я выбором соответствующих значений резисторов 13, 14.

Всякий раз, когда срабатывает компаратор 12, напряжение íà его выходе становится положительным, чем осуществляется полное закрытие силового транзистора регулятора 1 и уменьшение до нуля входного напряжения преобразователя 2. Таким образом, при пробоях ипи коротких замыканиях на выходе стабилизатора происходит прак- 25 тически мгновенное (доли единицы микросекунд ) прекращение подачи мощности в цепь умножителя и фильтра, что существенно уменьшает энергию, выделяемую при пробоях, и время протека- 30 ния неконтролируемых по величине токов пробоя. Этим осуществляется защита элементов регулятора 1 преобразователя 2, умножителя 3 и фильтра 4 от тепловых и токовых перегрузок.

Компаратор 12 снабжен цепочкой 15, 16 и 17 обратной связи. Когда на выходе компаратора 12 появляется полокительное напряжение, на резистор 14 через емкость 15 и резистор 16 подается положительное напряжение обратной связи U0

U = ---- — — e <5 < 4 и)

U11КИ I. (R 49

„+R„

1 которое удерживает компаратор некоторое время ЗСМК (R1g +R нии, запрещающем подачу энергии в выходные цепи, даже при исчезновении сигнала перегрузки по току с датчика 11. После того, как через время компаратор 12 вернется в исходное состояние (напряжение U« станет отрицательным), конденсатор 15 через диод 17 быстро перезарядится, чем осуществляется мобильная подготовка cxemi эащиты к повторному срабатыванию.

Защита от перенапряжений организована с помощью диодов 23-26 и разнополярных источников U U

При коротких замыканиях на выходе стабилизатора в известных схемах все напряжение на конденсаторе 5 (служит для улучшения динамических характеристик устройства) прикладывается к входу узла 6 управления. Это напряжение практически равно выходному напряжению U ÄÄ, составляя в высоковольтных схемах сотни и тысячи вольт.

Поэтому разряд конденсатора 5 через элементы схемы 6 практически всегда приводит к отказу цепей управления и стабилизатора в целом. Отказы устройства могут происходить также из-эа того, что при пробоях или коротких замыканиях в потребителе к резистору датчика 11 тока прикладывается напряжение, уровень которого может существенно превысить допустимую величину для компаратора 12.

Подключение входа компаратора (точка связи диодов 18 и 19) и входа узла 6 через обратно включенные диоды 23 и 24 к источнику U> положительной полярности фиксирует максимально возможное положительное напряжение в укаэанных точках на уровне

1

Аналогичным образом диоды 25 и 26 и источник U отрицательной полярности гарантируют, что уровень отрицательного напряжения на входах цепей управления не может превысить величины 11 . Напр 1жение указанных источников выбирается в пределах нескольких вольт, что является безопасным для цепей управления стабилизатора.

Уменьшение амплитуды пульсаций выходного напряжения в предложенном стабилизаторе осуществляется за счет увеличения помехоустойчивости узла 6 управления. В схеме прототипа оба входа усилителя 7 сигнала рассогласования отделены от общей шины стабилизатора высокоомньми резисторами (при выходных напряжениях в несколько тысяч вольт сопротивление резисторов может достигать сотен килоом ), что существенно увеличивает влияние синфаэных помех на качество выходного напряжения. В частности, становится необходимой тщательная экранировка как цепей управления, включая RCцепь 5, так и источников электромаг1330617 нитных помех, прежде всего преобразователя 2 и умножителя 3.

В предложенной схеме стабилизатора один из входов усилителя 7 сигнала рассогласования связан с общей ши- 5 ной устройства через открытый диод, что обеспечивает практически нулевое сопротивление между отмеченными точками схемы.

Рассмотрим, например, случай, ког- 10 да мостовой выпрямитель выполнен в диодном варианте (принципиально выпрямитель может быть реализован на других элементах), При положительном выходном напря- 15 женин ток делителя протекает по резистору гасящей цепи 5, диоду 8, источнику 10 опорного напряжения, резистору 9 нижнего плеча делителя и диоду 8 (фиг.l). Диод 8 при этом за- 20 крыт. Из схемы замещения для этого случая (фиг.3 а) имеем, что величи+) на тока делителя I равна (t1 1ьь«1+1.1 и -2U+

I (3) 25

Rs+Rs где U, и U — напряжение источника 10 и напряжение на откры- том диоде выпрямителя соответственно.

Так как н высоковольтных стабилизаторах (Б ы„) 1000 В) всегда выполняется соотношение U y,y)) b y ток I

T (+1 практически не зависит от значения (фиг.3б).

Из этого следует, что температур- 35 ная нестабильность параметров вольтамперной характеристики диодов практически не сказывается на точностных показателях стабилизатора. Например, при токе делителя в доли миллиампера 40 температурная нестабильность напряжения на открытом переходе диода не превышает величины (0,05-0,)) В, что при U,,„„ . -1000 В определяет температурную нестабильность тока Т(1(а сле- 45 довательно, и напряжения U »,„) не бо лее, чем 10 " .

Согласно схеме по фиг.З,б по входу усилителя 7 прикладывается раэностный сигнал (напряжение между неинвертн- 50 рующим и иннертирующим входами усилителя 7): (+! 111ьы l R9 LoRs

I R — U ----------- --.(4)

1о В + R °

Для отрицательной полярности выходного напряжения схема замещения цепей управления представлена на фиг. 3 н и г. В и м случае ток делителя I равен -1 U ьых +У 1о -211) IU est I+U (o

5 а разностный сигнал определяется по (4): (-) 1Бцых I+Uin дЦ= — (U -I R )--—

1о R +R

5 9

111вы» I R» U Rs (6)

5 9

Сравнивая (4) и (6), получаем, что разностный сигнал зависит только от абсолютного значения выходного напряжения и не зависит от полярности последнего. Поэтому и схема 6 управления обеспечивает стабилизацию выходного напряжения на одном и том же уровне незанисимо от его полярности.

В обоих случаях один иэ входов усилителя 7 практически накоротко снязан с общей шиной схемы, что существенно снижает влияние на схему электромагнитных помех, а следовательно, уменьшает амплитуду пульсаций выходного напряжения °

Таким образом, предложенный высоковольтный стабилизатор по сравнению с прототипом имеет большую надежность и меньшие пульсации напряжения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

l. Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения, содержащий последовательно соединенные регулятор напряжения, транзисторный преобразователь, умножитель и фильтр и узел упранления, состоящий иэ усилителя сигнала рассогласования и источника опорного напряжения, соединенный своим нходом с выходом стабилизатора через гасящую

RC-цепь делителя выходного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, н него введены датчик тока нагрузки, компаратор, резистор смещения, первый и второй резисторы, последовательная конденсаторно-резистивная цепь положительной обратной связи; диод, цепочка из двух последовательно соединенных диодов, диодный мост, два разделительных диода, источник напряжения устанки и разнополярные источники напряжения, при этом датчик тока включен между выходной общей шиной и одним из выводов выходной обмотки трансформатора преобразователя, ко1330617 торый через второй резистор подключен к одному разнополярному выводу диодного моста и к раэнополярному выводу диодной цепочки включенной между 5 входами компаратора, из которых инвертирующий через первый резистор подключен к источнику напрякения уставкк, а неинвертирующий через резистор смещения — к общей шине, а через 1р цепь обратной связи — к выходу компаратора, причем средний вывод цепи обратной связи через укаэанный диод соединен с общей шиной, одноименные выводы диодного моста подключены к 15 разнополярным источникам напряжения, а его другой разнополярный вывод — к входу узла управления, выход которого, а такыре выход компаратора через разделительные диоды соединены с управляющим входом регулятора напряжения.

2. Стабилизатор по и.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения амплитуды пульсаций выходного напряжения, в узле управления входы усилителя сигнала рассогласования подключены к выходам введенно- . го мостового выпрямителя и к последовательно соединенным источнику опорного напрякения и резистору нижнего плеЧа делителя напряжения, один из с входов выпрямителя подключен к общей шине стабилизатора, а другой является входом узла управления.

l 3306 l 7

Составитель 0.Овсянникова

Редактор M.Дылын Техред В.Кадар Корректор М.Демчик

Заказ 3582/50

Тирам 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, й-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Укгород, ул. Проектная, 4