Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения

 

Сущность изобретения: устройство для фазовой синхронизации системы управления содержит блок 1 коррекции, выполненный из двух последовательно соединенных интеграторов 2, 3, четырех резисторов 4, 5, 6,7 и конденсатора 8, источник синхронизирующего напряжения 9, выходом подключенный к входу блока коррекции 1, выход которого подключен к неинвертирующему входу первого компаратора 10, устройство включает также второй компаратор 11, инвертирующий вход которого подключен к выходу блока 1 коррекции, вторые входы первого 10 и второго 11 компараторов заземлены, а в блок коррекции введен конденсатор 12, при этом два Т-образных RCR-фильтра, каждый из которых выполнен соответственно из резисторов 4 и 5, 6 и 7 и конденсаторов 8, 12, с одним заземленным выводом, включены между входом и выходом каждого интегратора 2 и 3. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,,5U, Ä 1800563 А1 (я).. Н 02 M 3/335

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ы,, -,".", -"...:,;,.„ =!"(,4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В (21) 4776051/07 (22) 02.01.90 (46) 07.03.93. Бюл. М 9 (71) Специальное конструкторское бюро биофиэической аппаратуры Московского научно-производственного обьединения

"Биофизприбор" (72) В, М. Прусак, Ю. А. Ланский, Е. И, Ковалихин и М. А. Ильин (56) Авторское свидетельство СССР

N 1176314, кл, G 05 F 1/56, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 1330617, кл. G 05 Г 1/569, 1987. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР

С ИЗМЕНЯЕМОЙ ПОЛЯРНОСТЬЮ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания высоковольтной нагрузки. Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем обеспечения подИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания высоковольтной нагрузки, например электрофоретических камер деления.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения подключения трехполюсной нагрузки в режимах стабилизации тока и напряжения в широком диапазоне, На чертеже представлена электрическая схема высоковольтного стабилизатора с изменяемой полярностью выходного напряжения, ключения трехполюсной нагрузки в режимах стабилизации тока и напряжения в широком диапазоне, Устр-во снабжено двумя преобразователями постоянного напряжения в переменное, каждый из которых через умножитель напряжения подключен к двум датчикам напряжения и двум датчикам тока.

Блок управления содержит четыре повторителя напряжения, входы которых подключены к соответствующим датчикам, а выходы — к входу сумматора через резисторы. lloследние определяют коэффициент усиления сумматора и исключают влияние датчика тока в режиме стабилизации напряжения.

Устр-во также содержит высоковольтный ключ, подключающий третий полюс нагрузки, два ключа, определяющих режим работы устр-ва, операционный усилитель и ключ

/ обеспечивающие выбор полярности сигнала обратной связи, подаваемого на усилитель рассогласования. 1 ил.

Высоковольтный стабилизатор содержит регулирующий элемент 1, обеспечивающий стабилизацию напряжения, управляемый генератор 2, преобразователь 3 напряжения и умножитель 4, обеспечивающие получение положительного выходного напряжения относительно общей шины, генератор 5, преобразователь 6 напряжения и умножитель 7, обеспечивающие получение отрицательного выходного напряжения относительно общей шины, датчик 8 напряжения, образованный двумя .делителями напряжения, каждый из которых подсоединен к выходу одного из умно1800563 жителей 4, 7. трехлолюсную нагрузку 9, датчик 10 тока, состоящий, например, из двух резисторов, выход которого подсоединен к общей шине, управляемый высоковольтный ключ 11, блок 12 управления, включающий в себя повторители 13 — 16 напряжения, инвертирующий усилитель 17, комленсационн ые резисторы 18, f 9, резисторы 20 — 23, сумматор 24, ключ 25 переключения полярности, ключ 26 режима работы ло напряжению и ключ 27 режима работы ло току, усилитель 28 обратной связи, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 29, формирующий напряжение уставки, ключ 30 сброса, узел 31 плавного пуска, микролрцессорн ый блок

32 управления. Блок улравления питается от вспомогательного источника питания, имеющего выводы + Еп (не показано).

Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения работает следующим образом.

При питании нагрузки 9 в двухполюсном режиме (например, верхней части, см. чертеж) напряжением положительной лолярности относительно общей шины в режиме стабилизации напряжения с блока 32 подаются управляющие сигналы на генератор 2, на ключ 26 режима работы ло напряжению, на управляемый высоковольтный ключ 11, на ключ 30 сброса, При этом запускается преобразователь 3, ключи замыкаются и сигнал обратной связи ло напряжению с выхода сумматора 24 через ключ 26 подается на один из входов усили-. теля 28 обратной связи, на другой вход которого через узел 31 плавного пуска и ключ

30 подается требуемое напряжение установки с ЦАП 29, на вход которого поступает цифровой код блока 32. усилитель обратной связи вырабатывает сигнал, поступающий на вход регулятора 1, Происходят плавный пуск стабилизатора в режиме положительной полярности выходного напряжения и стабилизации налряжения. При этом на неинвертирующий вход сумматора 24 через повторителя 13, 14 напряжения с датчиков.

8, 10 напряжения и тока поступают сигналы

Ue1 — U>, — От соответственно, а на инвертиК рующий вход сумматора 24 сигнал -Uт, где Он — напряжение на выходе умножителя4;

Кд — коэффициент деления делителей 8 напряжения; От — напряжение на датчике 10 тока.

Для исключения влияния датчика 10 тока при изменении тока нагрузки на стабилизацию напряжения сигнала с датчика 10 тока через повторители 14, 15 подаются на входы сумматора 24 через компенсационные резисторы 18, 19, величина которых определяется ло формуле

Р.=К, R, где R — номинальное значение сопротивлений резисторов 20 — 23.

Если напряжения с выходов повторителей 15 и 16 равны нулю, то на выходе сумматора 24 формируется сигнал обратной связи

"0 ло напряжению, соответствующему истинному напряжению на нагрузке (исключается падение напряжения на датчике тока): (— От — + Uт) Ку = а 0.1 0, Кд Кд

Ку (Он) — Uт ), u = (-(— +u,) — +u,)K„

Е Он2 Uò

К К

Ку (uí2 uò) (2) 50

Ввидутого,.что уставка с ЦАП 29 в режиме стабилизации напряжения положительной. и отрицательной полярности имеет

55 одно и то же значение, на входе усилителя

28 обратной связи должно выполняться условие

0(Ц =0(2), где 0() Ор) — напряжение с выхода сумматора 24 лри положительной и отрицательной где K> — коэффициент усиления сумматора

24.

При питании нагрузки 9 в двухполюсном режиме (той же части нагрузки 9) напряжением отрицательной лолярности в режиме стабилизации напряжения осуществляют переключение выводов нагрузки (с блока) 32 подаются управляющие сигналы на генератор 5 и на те же входы, что и в случае рассмотренном выше, Происходит запуск преобразователя 6, и йа выходе умножителя 7 формируется отрицательное налряжение, Дальнейшая работа аналогична описанному выше. При этом на выходе повторителей 13 и 14 напряжения равны нулю, а на выходе повторителей 15 и 16 напряжения

Он2 будут равны +U и +UT соответственКд

НО, ГдЕ Он2 — ВЫХОДНОЕ НаПряжЕНИЕ уМНОжИтеля 7, Данные напряжения подаются на входы сумматора 24. На выходе сумматора 24 лолучается сигнал обратной связи, ло напряжению соответствующий истинному значению

45 напряжения на нагрузке:

1300563 полярности выходного напряжения соответственно, Приравнивая (1) и (2) получаем

Ку К вЂ” "-(U 1-0,)= (0.2-0,). (3)

Кд Кд

Условие (3) может выполняться только при

UH) = 0н2, что обеспечивает стабилизацию выходного напряжения на одном и том же уровне независимо от полярности. При этом обеспечивается стабилизация напряжения в широком диапазоне изменения токов нагрузки.

При работе на двухполюсную нагрузку в режиме стабилизации тока при положительной полярности выходного напряжения с блока 32 поступает сигнал на включение генератора 2, ключ 25 переключения полярности, ключ 27 режима работы по току, на управляемый высоковольтный ключ 11, на ключ 30 сброса. При этом один иэ входов усилителя 28 через ключ 27 обратной связи по току и ключ 25 переключения полярности подключается к выходу инвертирующего усилителя 17, на вход которого поступает сигнал — UT через повторитель 14, пропорциональный току нагрузки с датчика 10 тока, Таким образом, на один из входов усилителя 28 поступает сигнал обратной связи по току+0т, на другой — напряжение уставки с

ЦАП 29 через ключ 30 и узел 31 плавного пуска, При работе на двухполюсную нагрузку в режим стабилизации тока и отрицательной полярности с блока 32 поступают управляющие сигналы на включение генератора 5 преобразователя 6, а ключ 26 переключения полярности подключается к выходу повторителя 15, на вход которого с датчика 10 тока поступает сигнал+UT. Дальнейшая работа аналогична режиму работы стабилизации тока при положительной поля рности.

Таким образом, в режиме стабилизации тока значение стабилизируемого тока не зависит от полярности.

Рассмотрим работу стабилизатора при подключении трехполюсной нагрузки. При этом с блока 32 подается сигнал на размыкание высоковольтного ключа 11 и включение обоих генераторов 2,5 и преобразователей 3, 6. Выбор режима стабилизации осуществляется в режиме стабилизации напряжения включением ключа 26, в режиме стабилизации тока — включением ключа 27.

В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи, поступаемый на вход усилителя 28 обратной связи с выхода сумматора 24, равен

0н1 0т 0т

0 =(- — От — — +0т+0т — — +

0д Кл . к, + — 0т) Ку = — (0н) +0н2 — 20т), 0н2 Ку

Кл Кд

Таким образом исключается влияние датчика 10 тока на выходное напряжение при изменении тока нагрузки, Изменение полярности на нагрузке осуществляется переключением выводов на, грузки 9. Работа в режиме стабилизации тока при подключении трехполюсной нагрузки аналогична режиму стабилизации тока при подключении двухполюсной нагрузки.

Стабилизатор может обеспечивать работу с различной полярностью на двухполюсной нагрузке с автоматическим переходом на трехполюсную нагрузку и наоборот. При этом при замкнутом ключе 11 о блока 32 сначала запускается преобразователь требуемой полярности, например преобразователь 2, а затем при переходе на трехполюсную нагрузку размыкается ключ

11 и осуществляется дополнительно запуск генератора 5, При другой полярности порядок запуска генераторов 2,5 обратный. Вы6ор режимов стабилизации и требуемой полярности осуществляется клют ами 25, 26, 27, как описано выше.

Использование изобретения обеспечивает питание трехполюсной нагрузки, двухполюсной нагрузки, двухполюсной нагрузки с автоматическим переходом в режим трехполюсной нагрузки и наоборот как в режиме стабилизации напряжения, так и в режиме стабилизации тока, При этом напряжение и ток стабилизируются в широком диапазоне регулирования, причем стабилизируемое значение как HGilpA-. жения, так и тока не зависит от полярности выходного напряжения. Кроме того изобретение обеспечивает увеличение коэф45 фициента стабилизации.

Формула изобретения

Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения, содержащий два преобразователя напряжения, регулирующий элемент, вклю-. ченный последовательно с первым преобразователем напряжения, вторичная обмотка трансформатора которого подключена к, входу одного из двух умножителей, один из выводов этой обмотки соединен с одним из входных выводов датчика тока, выходом соединенного с общей шиной, выход указанного умножителя соединен с одним из входных выводов датчика напряжения и с

1800563 одним из выходных выводов для подключения нагрузки, к другому выходному выводу для подключения нагрузки подсоединен выход другого умножителя, блок управления, включающий в себя усилитель обратной связи, выход которого подключен к управляющему входу регулирующего элемента, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения подключения трехполюсной нагрузки в режимах стабилизации тока и напряжения, регулируемых в широком диапазоне, в него введены второй преобразователь напряжения, два генератора, микропроцессорный блок управления с выходами "Пуск преобразователя 1", "Пуск преобразователя 2", "Код уставки":, "Ключ сброса", "Высоковольтный ключ", "Режим Ч", "Полярность", "Режим J", цифpoBHBlloI 0BblA преобразователь, узел плавного пуска, ключ сброса и управляемый высоковольтный ключ, причем каждый из генераторов выполнен с управляющим входом, вход второго преобразователя напряжения подключен к выходу регулирующего элемента, выходная обмотка трансформатора этого преобразователя подсоединена к . входу второго умножителя, а один из выводов этой обмотки подсоединен к второму входному выводу датчика тока, блок управления включает в себя четыре повторителя напряжения, два компенсационных резистора и четыре вспомогательных резистора, сумматор, ключ режима работы по напряжению, ключ режима работы по току, ключ переключения полярности и инвертирующий усилитель, при этом выходы генераторов подключены к управляющим входам преобразователя напряжения соответственно., управляющие входы этих генераторов подключены соответственно к выходам

"Пуск преобразователя 1", "Пуск преобразователя 2" микропроцессорного блока управления, выход "Код уставки" которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя, а выходы "Ключ сброса", "Вы20

25 кл ючен соответственно к неинвертирующе. - му и инвертирующему входам, сумматора, 30

45 сокоьсльтный ключ", "Режим Ч", "Полярность", и "Режим J" подключены соответственно к управляющим входам ключа сброса, управляемого высоковольтного ключа, ключа режима работы по напряжению, ключа переключения полярности и ключа режима работы по току. выход цифроаналогового преобразователя подключен к первому входу ключа сброса, второй вход которого подключен к отрицательному полюсу введенного вспомогательного источника питания, а выход через узел плавного пуска подключен к первому входу усилителя обратной связи, второй вход которого подключен к выходам ключей режима работы по напряжению и току, вход ключа режима работы по напряжению подключен к выходу сумматора, а вход ключа режима работы по току подключен к выходу ключа переключения полярности, первый вход которого подключен к выходу инвертирующего усилителя, а второй — к выходу третьего повторителя напряжения и через второй резистор и второй компенсационный резистор подвход инвертирующего усилителя подключен к выходу второго повторителя напряжения и через третий резистор и первый компенсационный резистор подключен соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам сумматора, вь1ход первого повторителя напряжения подключен через первый резистор к неинвертирующему входу сумматора, выход четвертого повторителя напряжения через четвертый резистор — к инвертирующему входу сумматора, входы первого и четвертого повторителей напряжения — к выходам делителей напряжения соответственно, входы второго и третьего повторителей напряжения подсоединены к входным выводам датчика тока, вход высоковольтного ключа соединен с выводом для подключения средней точки трехполюсной нагрузки, а его выход подключен к выходу датчика тока.

1800563

Составитель С, Ситко

Техред М. Моргентал

КоРРектоР И. Муска

Редактор А. Рожкова

Заказ 1171 Тираж Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1

I

1 !

1

1

I

I

1 !

1

1 !

1 !

I

l

1

l

I

I

1

1 !