Импульсный модулятор

 

Импульсный модулятор с индуктивным накопителем энергии используется при разработке мощных модуляторов для ВЧ-генераторов различного назначения. Сущность изобретения: устройство содержит первичный источник питания 1, шунт 2, регулятор 3, источник управляющего напряжения 4, индуктивный накопитель 5, коммутатор 6, схему искусственной коммутации, состоящую из диода 7, емкости 8, электронной лампы 9, дросселя 10 и источника питания 12, регулятор коррекции амплитуды импульса 11, тактовый импульсный генератор 13, делитель напряжения 14 и нагрузку 15 модулятора. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при разработке мощных импульсных модуляторов для ВЧ-генераторов различного назначения.

Известны импульсные модуляторы с емкостным накопителем энергии на основе формирующих линий [1] в том числе с зарядом конденсаторов этих линий от индуктивного накопителя энергии [2] К основным недостаткам таких устройств следует отнести большие габариты и стоимость емкостного накопителя энергии.

Наиболее близким техническим решением является импульсный модулятор с индуктивным накопителем энергии и размыкателем, выполненный на электронной лампе [3] Главным недостатком устройств этого типа являются: низкий КПД из-за большого падения напряжения на электронной лампе, невозможность согласования напряжения первичного источника питания и выходного напряжения на нагрузке, а также отсутствие коррекции амплитуды выходного импульса напряжения в процессе его формирования.

Целью изобретения является разработка более простого, мощного и экономичного импульсного модулятора для ВЧ-генераторов различного назначения.

Первый из указанных недостатков прототипа преодолевается наличием тиристорного коммутатора со схемой искусственной коммутации на базе электронной лампы. Второй недостаток прототипа исключается при выполнении первичного источника питания по схеме стабилизатора тока и использовании двухсекционного накопителя энергии с необходимой величиной коэффициента трансформации между этими секциями, а последний из указанных недостатков устраняет схема импульсной коррекции амплитуды выходного импульса напряжения.

Совокупность указанных технических решений позволяет при высоком КПД устройства формировать на нагрузке прямоугольные выходные импульсы напряжения заданной амплитуды и длительности, следующие с необходимой частотой повторения.

Первичный источник питания 1 (фиг. 1) выполнен по схеме стабилизатора тока индуктивного накопителя 5, имеющего две секции 5' и 5''. Схема стабилизатора тока накопителя включает в себя источник управляющего напряжения 4, регулятор 3 и шунт 2. К общей точке накопителя присоединен тиристорный коммутатор 6 со схемой искусственной коммутации, состоящей из блокированной диодом 7 емкости 8, электронной лампы 9 и зарядной цепи емкости, включающей дроссель 10 и источник питания 12. К сетке лампы присоединен тактовый импульсный генератор 13 и регулятор коррекции амплитуды импульса 11 с делителем напряжения 14, установленным параллельно нагрузке модулятор 15.

В исходном состоянии в цепи 1-5'-6-2 устанавливается постоянный ток, пропорциональный выходному постоянному напряжению управляющего источника 4. Регулятор 3 представляет собой классическую схему импульсно-фазового управления (СИФУ), управляющую работой трехфазного тиристорного выпрямителя 1. Благодаря обратной связи, снимаемой с шунта 2, первичный источник питания 1 работает в режиме стабилизатора тока, протекающего через секцию 5' накопителя 5 (фиг. 2).

Для формирования на активной нагрузке 15 импульса напряжения необходимо разомкнуть коммутатор 6, в результате чего ток накопителя 5 замкнется через нагрузку 15. Для этих целей служит схема искусственной коммутации тока, содержащая лампу 9, диод 7, шунтированный емкостью 8, начальное напряжение на которой обеспечивает зарядная цепь, состоящая из источника питания 12 и дросселя 10.

В начале формирования выходного импульса напряжения тактовый генератор 13 формирует импульс, открывающий лампу 9. В результате предварительно заряженная емкость 8 разряжается через лампу 9, выключая коммутатор 6, а ток накопителя замыкается при этом по цепи 8-9. После надежного выключения коммутатора амплитуда выходного импульса генератора 13 уменьшается, что приводит к запиранию лампы 9. В результате увеличения напряжения на аноде этой лампы ток секции 5' коммутируется в цепи 5''-15 и начинает формироваться выходной импульс напряжения, амплитуда которого определяется током накопителя 5 и величиной сопротивления нагрузки 15, поддерживается на заданном уровне с помощью регулятора коррекции 11, выполненном по классической схеме импульсного регулятора. Во время формирования импульса напряжения на нагрузке электронная лампа 9 работает в режиме параллельного регулирующего элемента.

В конце импульса включается коммутатор 6 и в цепи 1-5'-6-2 спустя некоторое время вновь устанавливается начальное значение тока.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы в начале плоской части выходного импульса напряжения через лампу 9 протекал ток, достаточный для обеспечения коррекции амплитуды этого импульса. Другими словами, после замыкания тока накопителя 5 через активную нагрузку 15 часть тока накопителя должна замыкаться через электронную лампу, что дает возможность проводить коррекцию выходного импульса напряжения с помощью схемы импульсного регулятора.

Емкость схемы искусственной коммутации 8 блокирована диодом 7, через который замыкается ток накопителя при формировании плоской части выходного импульса напряжения, что позволяет уменьшить величину емкости 8 и мощность источника питания 12.

Применение двухсекционного индуктивного накопителя позволяет согласовать параметры первичного источника питания и нагрузки, т.к. эти параметры связаны соотношением: U ₁ U₁₅/Q x K, где U₁ напряжение источника 1; Q скважность следования импульсов; K коэффициент трансформации накопителя; U₁₅ амплитуда выходного импульса напряжения.

КПД устройства определяется в основном величиной активных потерь в обмотках накопителя, коммутаторе 6 и лампе 9. Для иллюстрации возможностей предлагаемого устройства следует отметить, что разработанный на основе изложенных технических решений импульсный модулятор средней мощностью 200 кВт имеет КПД около 80%

Формула изобретения

Импульсный модулятор, содержащий источник питания, коммутатор и индуктивный накопитель энергии, отличающийся тем, что источник питания выполнен в виде стабилизатора тока, содержащего тиристорный выпрямитель, источник управляемого напряжения, регулятор и шунт, коммутатор выполнен тиристорным с конденсаторной схемой искусственной коммутации, содержащей диод, конденсатор, электронную лампу, дроссель, дополнительный источник питания, тактовый генератор, регулятор коррекции амплитуды импульса и делитель напряжения, подключенный параллельно нагрузке модулятора, а индуктивный накопитель энергии содержит две секции, при этом первый вывод первой секции соединен с катодом тиристорного выпрямителя, второй вывод через параллельно подключенный диод и конденсатор с первым выводом второй секции, второй вывод которой соединен через нагрузку модулятора с общей шиной, анод тиристорного выпрямителя соединен через шунт с общей шиной и подключен к первому входу регулятора, второй вход которого соединен с первым выходом источника управляющего напряжения, а выход с управляющим электродом тиристорного выпрямителя, анод тиристорного коммутатора соединен с вторым выводом первой секции индуктивного накопителя энергии, а катод с общей шиной, анод электронной лампы соединен с первым выводом второй секции индуктивного накопителя энергии и через дроссель с дополнительным источником питания, катод электронной лампы соединен с общей шиной, управляющий электрод с выходами тактового генератора и регулятора коррекции амплитуды импульса, первый и второй выходы которого подключены к второму выходу источника управляющего напряжения и к средней точке делителя напряжения соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2