Высоковольтный стабилизирующий источник напряжения постоянного тока
Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - снижение пульсаций выходного напряжения и повышение надежности работы. Устройство содержит датчик 1 тока, высоковольтный трансформатор 2, умножитель 3 напряжения, защитный компаратор 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, широтно-модулирующий компаратор 6, узел 7 коммутации, генератор 8 треугольного напряжения, широтно-модулирующий компаратор 9, транзисторные ключи 10, 11, измерительный орган 12, задатчик 13 порога срабатывания, развязывающие диоды 14,15. Стабилизация выходного напряжения устройства осуществляется посредством классического компенсационного управления преобразователем напряжения с широтно-импульсной модуляцией управляющих сигналов. В нормальном режиме защитный компаратор 4 не оказывает влияния на работу устройства. При возникновении аварийного режима /перегрузки/ с датчика 1 снимается повышенное напряжение, компаратор 4 изменяет свое состояние и через диод 14 ограничивает выходные напряжения усилителя 5, а следовательно, и длительность импульсов на выходах широтно-модулирующих компараторов 6,9. Таким образом, происходит защита транзисторных ключей 10,11 и предотвращение повышенного уровня пульсаций выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
1603498 А 1 (19) (И) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . Н А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ю ОИй
Т7та.! -Ar-,;1ñÌÌ -. БЛ fG; Е-,А с ф
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ Гкнт СССР
1 (21) 4604964/24-07 (22) 25.08.88 (46) 30.10.90. Бюл. Р 40 (71) Сумское производственное объединение "Электрон" (72) И.С.Шаповаленко (53) 621.316 ° 722.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1234821, кл. С 05 F 1/569, 1984 °
Авторское свидетельство СССР
Ф 1320799, кл . C 05 F 1/56, 1985. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ
ИСТОЧНИК НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
: (57) Изобретение относится к электро- технике, в частности к источникам . вторичного электропитания. Цель-сни« жение пульсаций выходного напряжения и повьппение надежности работы. Устройство содержит датчик 1 тока, высоковольтный трансформатор 2, умножитель
3 напряжения, защитный компаратор 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, широтно-модулирующий компаратор 6, узел 7 коммутации, генератор 8 тре Щ)5 Н 02 М 3/335, С 05 Г .1/573
2 гольного напряжения, широтно-модулирующий компаратор 9, транзисторные ключи 10, 11, измерительный орган 12, задатчик 13 порога срабатывания, раз» вязывающие диоды 14, 15. Стабилизация
;выходного напряжения устройства осуществляется посредством классического компенсационного управления преобразователем напряжения с широтно-импульсной модуляцией управляющих сигналов.
В нормальном режиме защитный компаратор 4 не оказывает влияние на работу устройства. При возникновении аварийного режима (перегрузки) с датчика 1 снимается повышенное напряжение, ком- паратор 4 изменяет свое состояние и через диод 14 ограничивает выходные напряжения усилителя 5, а следовательно, и длительность импульсов на выходах широтно-модулирующих компараторов С
6, 9. Таким образом, происходит защита транэисторных ключей 10, 11 и пре- 2 дотвращение повьппенного уровня пуль саций выходного напряжения. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.
1603498
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при реализации электроснабжения излучателей ионов в масс-спектрометрах.
Цель изобретения - снижение пульсаций выходного напряжения и повышение надежности в работе.
На фиг.1 представлена функциональная схема описываемого высоковольтно- 10 го стабилизирующего источника напряжения постоянного тока; на фиг.2(а-и) ,приведены временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу. 5
Высоковольтный стабилизирующий источник напряжения постоянного тока .(фиг..1) содержит датчик 1 тока, высоковольтный трансформатор.2, умножитель
3 напряжения, защитный компаратор 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, первый широтно-модулирующий компара тор 6, узел 7 коммутации, выполненный с использованием диодно-транзисторного оптрона, генератор 8 треугольного 25
Напряжения, второй широтно-Модулирующий компаратор 9, транзисторные ключи
10, 11, измерительный орган 12 с резистивным делителем напряжения и источником опорного напряжения U, задатчик 13 порога срабатывания, развязывающие диоды 14, 15. На схеме отмечены гакже выводы 16, 17 для подключения первичного источника йитайия с напряжением.E „,,выводы 18,19 для подключения нагрузки и собственно нагрузки
20. Транзисторные ключи 10, 11 включены через соответствующие первичные обмотки высоковольтного трансформатора 2 между выводами 16, 17 для 40 подключения первичного источника питания. Выходы широтно-модулирующих компараторов 6, 9 подключены к управ ляющим входам транзисторных ключей 10, 11 соответственно. Выход генератора . 8 треугольного напряжения соединен с инвертирующим входом широтно -модулирующего компаратора 6 и неинвертирующим входом ширбтно-модулирующего компаратора 9. Неинвертирующий и инвертирующий выходы усилителя 5 сигнала рассогласования подключены к другим входам широтно модулирующих компара--. торов 6 и 9 соответственно. Умножитель 3 напряжения соединен входом с
55 вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора 2, а выходом-с выводами 18, 19 для подключения нагрузки последний из которых подключен к шине нулевого потенциала. Вход измерительного органа 12 соединен с выходом умножителя 3 напряжения, а выход-с входом .усилителя 5 сигнала рассогласования. Датчик 1 тока включен между одним из выводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 2 и шиной нулевого потенциала. Неинвертирующий вход защитного компаратора 4 подключен к выходу датчика 1 тока, а инвертирующий вход-к выходу задатчика
13 порога срабатывания. Выходы защитного комяаратора 4, узла 7 коммутации через развязывающие диоды 14, 15 соответственно соединены и инвертирующим выходом усилителя 5 сигнала рассогласования. Питание функциональных узлов 5,7,13 осуществляется от вспомогательного источника питания с напряжением Е,„, а управление узлом
7-управляющим источником с напряжением
E пр . Ъ
Стабилизирующий источник напряжения работает следующим образом, Генератор 8 вырабатывает импульсы напряжения ц8(фиг.2,в) треугольной формы частотой 10-12 кГц, симметричные относительно шины нулевого потенциала, Эти импульсы поступают на инвертирующий вход широтно-модулирующего компаратора 6 и неинвертирующий вход широтно-модулирующего компаратора
9.На другие входы компараторов 6,9 подаются напряжения U> z
Через каждую первичную обмотку высоковольтного трансформатора 2 поочередно протекают импульсы тока U g (фиг,2 е). Во вторичной обмотке трансформатора 2 наводится переменное напряжение, которое поступает на вход умножителя 3 напряжения. С выхода последнего высокое напряжение положительной полярности подается на выход стабилизирующего источника и на вхоц измерительного органа 12 (выход умножителя 3 напряжения через выходной конденсаторный фильтр соединен с шиной нулевого потенциала). В низковольтное плечо делителя напряжения измерительного органа 12 подается отрицательное опорное напряжение Г,.
Напряжение сравнения, величина и. фаза которого определяются разницей между опорным напряжением U и напря жеьием обратной связи, поступает на вход усилителя 5 сигнала рассогласова., ния. Изменение величины высокого нап ряжения (нестабильность) приводит к изменению напряжения сравнения, ко.торое усиливается усилителем 5, моду- 1 лирует импульсы Ц Ц по длительнос» ти и таким образом регулирует величину тока, протекающего через первичные
Обмотки высоковольтного трансформатора 2. При этом изменяется величина 20 высокого напряжения в сторону уменьшения напряжения сравнения, т.е. осуществляется стабилизация высокого напряжения, Ток высокого напряжения протекает по цепи от умножителя 3 25 через измерительный орган 12 (и нагрузка 20), датчик 1 тока и далее ! снова. к умножителю 3.
При работе стабилизирующего источника без аварийных режимов (увеличе- 30 ноя тока нагрузки. увеличение длительности импульсов U<, U> от случайных помех и т.д.) на неинвертирующий вход защитного компаратора 4 поступает напряжение U 1 (фиг. 2 ж) от датчика 1 тока отрицательной полярности.
Относительно напряжения U При возникновении аварийного режима на неинвертирующий вход компаратора 50 4 поступает напряжение U более отри-. .цательной величины, чем напряжение U<>,.подводимое к инвертирующему входу этого компаратора. На выходе компаратора 4 появляется напряжение отрицательной полярности, которое через диод 14 поступает на инвертирующий выход усилителя 5 и подпирает или за- . пирает находящийся там диод. К ши1603498 6 ротно-модулируюцим компараторам б, 9 от усилителя 5 подаются напряжения, которые ограничивают длительность импульсов, поступаюцих на транзистор- . ные ключи 10, 11, до безопасной величины. Значения этих напряжений подбираются по порогу срабатывания компаратора 4, т.е. по величине напряжения Е > и ° Величина тока, протекающего 1 через первичные обмотки высоковольтного трансформатора 2, транзисторные ключи 10, 11, уменьшается. Напряжение, поступающее с вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 2 на умножитель 3, снижается до минимального значения. Таким образом, происходит защита от перегрузок транзисторных, ключей 10, 11, высоковольтного транс. форматора 2 и других узлов — от выхода иэ строя или ухудшения их качествен-. ных характеристик. Включение стабилизированного источника напряжения с пульта управления, от микропроцессора (ЭВГ) и др. осуществляется с помощью узла 7 коммутации. При отсутствии напряжения Е >0> с выхода узла 7 через диод 15 на инвертирующий выход усилителя 5 сигнала рассогласования поступает напряжение отрицательной полярности. Это напряжение имеет такое значение, что полностью запирает диод, распо,ложенный в усилителе 5. На выходе стабилизирующего источника высокое ;напряжение отсутствует. При появлении напряжения Е „ на выходе узла 7 напряжение отрицательной полярности снижается до 0,3 - 0,5В и через диод 15 на инвертирующий выход усилителя 5 не поступает. В этом случае стабилизируюций источник работает так, как было описано для режима стабилизации высокого напряжения. На его выходе (нагрузке 20) имеется вы,сокое стабилизированное напряжение. На инвертирующий, выход усилителя 5 постоянно подается незначительное напряжение (0,2 — 0,3 В) отрицательной полярности от источника E > „ которое ограничивает максимальное значение высокого напряжения в рабочих пределах. Использование данного технического решения позволяет получить высоковольтный стабилизирующий источник напряжения, имеющий прецизионную стабильность и минимальные пульсации высокого напряжения. Высокая эксплуа1603498 тационная надежность предопределяется введением высокоэффективной защиты от перегрузок и перспективного узла коммутации, формулаизобретения 1. Высоковольтный стабилизирующий источник напряжения постоянного тока, содержащий два транзисторных ключа,, 1р включенных через соответствующие первичные обмотки высоковольтного трансформатора между выводами для подключения первичного источника питания, два широтно-модулирующих компаратора, вы- 15 ходы которых подключены к управляющим входам соответствующих транзисторных ключей, генератор треугольного напряжения, выход которого соединен с инвертирующим входом первого и неинвертирующим входом второго широтномодулирующих компараторов, усилитель сигнала рассогласования, неинвертирующий и инвертирующий выходы которого, подключены к другим входам соответ- 25 ственно первого и второго широтномодулирующих компараторов, умножитель напрЛжеиия, соединенный входом с вторичной обмоткой высоковольтного. ,трансформатора, а выходом - с вывода- 3 ) Ми для .подключения нагрузки, один из которых подключен к шине нулевого потенциала, измерительный орган, вход которого соединен с выходом умножителя напряжения, а выход — с входом усилителя сигнала рассогласования, узел коммутации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения пульсаций выходного напряжения и повышения надежности в работе, в него введены датчик тока, защитный компаратор, задатчик порога срабатывания и два развязывающих диода, причем датчик тока включен между одним из выводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора и шиной нулевого потенциала, неинвертирующий вход защитного компаратора подключен к выходу датчика тока, а инвертирующий вход — к выходу задатчика порога срабатывания, выходы за 1итного компаратора и узла коммутации через соответствующие развязывающие диоды соединены с инвертирующим выходом усилителя сигнала рассогласования. 2. Источник напряжения по п. 1, отличающийся тем, чтр узел коммутации выполнен с использованием диодно-транзисторного оптроыа. 1ЬО349Е а О И ии3 d> иеин5 4s 0 б 8 Оу L(g Pf О 0 О У Фиг. 2 Составитель Л.Морозов Редактор А.Маковская Техред H.Дидьи Корректор Т. Малец Заказ 3392 Тираж 498 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г:. Ужгород, ул. Гагарина, 101
