Генератор высоковольтных импульсов



Генератор высоковольтных импульсов
Генератор высоковольтных импульсов
Генератор высоковольтных импульсов
Генератор высоковольтных импульсов

 

H03K3/353 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2486671:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (RU)

Техническое решение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для генерации коротких высоковольтных импульсов напряжения. Достигаемый технический результат - снижение количества радиоэлементов в устройстве и возможность изменения параметров высоковольтных импульсов напряжения на выходе генератора без изменения его схемы. Генератор высоковольтных импульсов содержит импульсный источник высоковольтного напряжения, переменный токоограничивающий резистор, электрически пробиваемый конденсатор с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, конденсатор дифференцирующей цепочки и переменный резистор дифференцирующей цепочки. 4 ил.

 

Техническое решение относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использовано для генерации коротких высоковольтных импульсов напряжения.

Аналогом является генератор высоковольтных импульсов (Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - 176 с., с.136). Данное устройство содержит источник постоянного высоковольтного напряжения, потенциальный и общий выводы которого соединены соответственно с выводом питания и общим выводом цепочки последовательно соединенных транзисторов имеющих режим «лавинного» пробоя, выход цепочки последовательно соединенных транзисторов является выходом генератора, управляющий вывод цепочки последовательно соединенных транзисторов соединен с выходом управляющего генератора.

В качестве прототипа выбран генератор высоковольтных импульсов (патент РФ №2368069 от 20.09.2009). Данное устройство содержит импульсный источник высоковольтного напряжения, потенциальный и общий выводы источника высоковольтного напряжения соединены соответственно с выводом питания и общим выводом цепочек последовательно соединенных транзисторов, имеющих режим «лавинного» пробоя, одноименные выводы которых соединены параллельно между собой, выход цепочек последовательно соединенных транзисторов является выходом генератора, вход управляющего генератора соединен с управляющим выводом источника высоковольтного напряжения, выход управляющего генератора соединен с управляющим выводом n цепочек последовательно соединенных транзисторов, где n - натуральный ряд чисел от 1 до ∞. Значение n может равняться двум.

Представленная схема содержит большое количество радиоэлементов, требует точной подборки «лавинных» транзисторов по напряжению пробоя (±2,5 В) и для изменения параметров напряжения на выходе генератора требуется изменить его схему, в частности количество последовательно соединенных транзисторов имеющих режим «лавинного» пробоя.

Решаемая техническая задача - снижение количества радиоэлементов в устройстве и возможность изменения параметрами высоковольтных импульсов напряжения на выходе генератора без изменений его схемы.

Решаемая техническая задача в генераторе высоковольтных импульсов, содержащем импульсный источник высоковольтного напряжения, достигается тем, что в него введены переменный токоограничивающий резистор, электрически пробиваемый конденсатор с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, конденсатор дифференцирующей цепочки и переменный резистор дифференцирующей цепочки, потенциальный вывод импульсного источника высоковольтного напряжения соединен с первым выводом переменного токоограничивающего резистора, общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения соединен с вторым выводом электрически пробиваемого конденсатора с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и со вторым выводом переменного резистора дифференцирующей цепочки, первый вывод электрически пробиваемого конденсатора с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками соединен со вторым выводом переменного токоограничивающего резистора и с первым выводом конденсатора дифференцирующей цепочки, второй вывод конденсатора дифференцирующей цепочки соединен с первым выводом переменного резистора дифференцирующей цепочки, второй вывод конденсатора дифференцирующей цепочки и общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения являются выходами генератора высоковольтных импульсов.

На фиг.1 приведена структурная схема генератора высоковольтных импульсов; на фиг.2 приведена схема импульсного источника высоковольтного напряжения; на фиг.3 приведен график напряжения на потенциальном выводе импульсного источника высоковольтного напряжения; на фиг.4 приведен график напряжения на выходе генератора высоковольтных импульсов;

Генератор высоковольтных импульсов (Фиг.1) содержит импульсный источник высоковольтного напряжения 1, переменный токоограничивающий резистор 2, электрически пробиваемый конденсатор 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, конденсатор дифференцирующей цепочки 4 и переменный резистор дифференцирующей цепочки 5, потенциальный вывод импульсного источника высоковольтного напряжения 1 соединен с выводом 6 переменного токоограничивающего резистора 2, общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения 1 соединен с выводом 7 электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и с выводом 8 переменного резистора дифференцирующей цепочки 5, вывод 9 электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками соединен с выводом 10 переменного токоограничивающего резистора 2 и с выводом 11 конденсатора дифференцирующей цепочки 4, вывод 12 конденсатора дифференцирующей цепочки 4 соединен с выводом 13 переменного резистора дифференцирующей цепочки 5, вывод 12 конденсатора дифференцирующей цепочки 4 и общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения 1 являются выходами генератора высоковольтных импульсов, управляющий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения 1 не используется.

Импульсный источник высоковольтного напряжения 1 (Фиг.2) содержит источник постоянного низковольтного напряжения 14, ключ 15 с двумя положениями переключения, конденсатор 16, трансформатор 17 с магнитомягким сердечником, первичная обмотка которого содержит количество витков W1, а вторичная обмотка количество витков W2, (W2>>W1), цепочку последовательно соединенных диодов 18 (не менее десяти диодов). В исходном состоянии ключ 15 в нижнем положении и соединяет первый вывод конденсатора 16 с общим выводом источника постоянного низковольтного напряжения 14 и вывод 19 первичной обмотки трансформатора 17, общий вывод источника постоянного низковольтного напряжения 14 заземлен, в таком положении конденсатор 16 разряжен, второй вывод конденсатора 16 соединен с выводом 20 первичной обмотки трансформатора 17. Вывод 21 вторичной обмотки трансформатора 17 соединен с первым выводом цепочки последовательно соединенных диодов 18, вывод 22 вторичной обмотки трансформатора 17 заземлен и является общим выводом импульсного источника высоковольтного напряжения 1. Второй вывод цепочки последовательно соединенных диодов 18 является потенциальным выводом импульсного источника высоковольтного напряжения 1.

Генератор высоковольтных импульсов работает следующим образом. При замыкании ключа 15 в верхнее положение соединяются потенциальный вывод источника постоянного низковольтного напряжения 14 и первый вывод конденсатора 16 и конденсатор 16 начинает заряжаться через первичную обмотку трансформатора 17, из-за чего на вторичной обмотке трансформатора 17 возбуждается импульсное положительное высоковольтное напряжение, например длительностью 100 мкс и величиной, например, 4 кВ. Для устранения отрицательного импульсного высоковольтного напряжения, которое возникает при обратном замыкании ключа 15 в нижнее положение и разряде конденсатора 16, используется цепочка последовательно соединенных диодов 18. В рабочем состоянии в данной схеме постоянное высоковольтное напряжение отсутствует. Импульсное высоковольтное напряжение имеет малую длительность, например tпит=100 мкс и присутствует только в момент запуска генератора. Импульсное высоковольтное напряжение через потенциальный вывод импульсного источника высоковольтного напряжения 1 через переменный токоограничивающий резистор 2 поступает к электрически пробиваемому конденсатору 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и начинает его заряжать. В момент времени tп, равенства напряжения U2 на выводе 9 электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками с Uпк напряжением пробоя электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками происходит ожидаемый пробой зазора между обкладками. При этом наступление момента времени tп, времени начала пробоя, можно регулировать путем изменения величины переменного токоограничивающего резистора 2. При наступлении пробоя электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками происходит быстрое изменение напряжения на выводе 11 конденсатора дифференцирующей цепочки 4. При этом на выводе 12 конденсатора дифференцирующей цепочки 4, который представляет собой выход генератора высоковольтных импульсов, возникает короткий высоковольтный импульс напряжения.

На фиг.3 приведен график напряжения U1 на потенциальным выводе импульсного источника высоковольтного напряжения 1, U2 напряжение на выводе 9 электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, где, если напряжение U2>Uпк (Uпк - напряжение пробоя электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками) в момент времени tп происходит пробой зазора между обкладками. Момент времени tп, времени начала пробоя, можно изменять путем изменения величины переменного токоограничивающего резистора 2. При этом напряжение пробоя Uпк электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками определяется величиной воздушного зазора. Напряжение пробоя воздушного зазора (сухой воздух, давление 1 атм.) между обкладками составляет 2 кВ/мм. График напряжения U1 на потенциальным выводе импульсного источника высоковольтного напряжения 1 при отсутствии пробоя показан прерывистой линией.

На фиг.4 приведен график напряжения на выходе генератора высоковольтных импульсов. Например, длительность высоковольтных импульсов составляет tимп=10 нс.

Таким образом, количество радиоэлементов в данной схеме генератора высоковольтных импульсов существенно меньше, чем в прототипе за счет отсутствия цепочек (например, три) последовательно соединенных транзисторов (например, необходимо 20 шт. для напряжения на выходе генератора высоковольтных импульсов 2 кВ) и управляющего генератора. Амплитуда формируемого импульсного высоковольтного напряжения зависит от напряжения пробоя электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, что в свою очередь определяется величиной регулируемого воздушного зазора между его обкладками. Например, величина регулируемого воздушного зазора между обкладками конденсатора 2 может составить 0,5-2 мм, с шагом изменения 0,25 мм. Тем самым обеспечивается возможность изменения напряжения на выходе генератора высоковольтных импульсов с 1 кВ до 4 кВ с шагом 0,25 кВ, без изменений его схемы. Длительность формируемого импульсного высоковольтного напряжения зависит от величины сопротивления переменного резистора дифференцирующей цепочки 5, емкости электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и емкости конденсатора дифференцирующей цепочки 4, которые определяют постоянную времени разряда τ р а з 1 : τ р а з = ( C 1 + C 2 ) R 1 , где C1 - емкость электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, C2 - емкость конденсатора дифференцирующей цепочки 4, R1 - сопротивление переменного резистора дифференцирующей цепочки 5. Например, при C1=C1=100 пФ, R1=50 Ом, τраз=10 нс; C1=C1=100 пФ, R1=100 Ом, τраз=20 нс; C1=200 пФ, C2=100 пФ, R1=50 Ом, τраз=15 нс. Таким образом, изменяя сопротивление переменного токоограничивающего резистора 2, можно изменять момент времени возникновения коротких высоковольтных импульсов на выходе генератора. Также изменяя сопротивление переменного резистора дифференцирующей цепочки 5, емкости электрически пробиваемого конденсатора 3 с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и емкости конденсатора дифференцирующей цепочки 4 можно регулировать параметры (амплитуду и длительность) коротких высоковольтных импульсов на выходе генератора без изменений в его схеме.

Генератор высоковольтных импульсов, содержащий импульсный источник высоковольтного напряжения, отличающийся тем, что в него введены переменный токоограничивающий резистор, электрически пробиваемый конденсатор с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками, конденсатор дифференцирующей цепочки и переменный резистор дифференцирующей цепочки, потенциальный вывод импульсного источника высоковольтного напряжения соединен с первым выводом переменного токоограничивающего резистора, общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения соединен с вторым выводом электрически пробиваемого конденсатора с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками и со вторым выводом переменного резистора дифференцирующей цепочки, первый вывод электрически пробиваемого конденсатора с изменяемой величиной воздушного зазора между обкладками соединен со вторым выводом переменного токоограничивающего резистора и с первым выводом конденсатора дифференцирующей цепочки, второй вывод конденсатора дифференцирующей цепочки соединен с первым выводом переменного резистора дифференцирующей цепочки, второй вывод конденсатора дифференцирующей цепочки и общий вывод импульсного источника высоковольтного напряжения являются выходами генератора высоковольтных импульсов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства электронного гистерезиса. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в качестве устройства электронного гистерезиса. .

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к устройствам, аналогичным триггеру Шмитта. .

Изобретение относится к области автоматики и телемеханики. .

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах зажигания, светотехнике, квантовой электронике, в электрофизических установках с высоковольтными емкостными накопителями энергии.

Изобретение относится к области импульсной и вычислительной техники и может быть использовано при построении самосинхронных вычислительных устройств, систем цифровой обработки информации.

Изобретение относится к области схемотехники. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и электроники, а именно к способам повышения надежности дискретных электронных систем, работающих в условиях радиации, и более точно, к способам постоянного поэлементного дублирования в дискретных электронных системах, находящихся под воздействием частиц излучения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам получения электрической энергии от маломощных источников электропитания, например пьезоэлементов, вмонтированных в поверхность, по которой перемещаются подвижные объекты.

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при передаче электрической энергии потребителю с помощью неизолированной линии электропередачи трехпроводного исполнения

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для получения наносекундных импульсов высокого напряжения большой частоты следования, которые могут быть использованы для питания лазеров и рентгеновских трубок

Изобретение относится к области цифровых систем приема и обработки сигналов и предназначено для уменьшения влияния аддитивных случайных импульсных помех

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления

Изобретение относится к области радиотехники и, в частности, может быть использовано для избирательного радиоподавления источников излучения. Технический результат - расширение области применения, в том числе для радиоподавления каналов связи априорная информация о загруженности рабочих частот которых не известна, и которые используют режим с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты. Способ радиоподавления каналов связи заключается в том, что сигналы источника излучения принимают в полосе частот ΔF в течение временного цикла Тр на каждой рабочей частоте источника излучения fi, определяют и запоминают пространственные координаты источника излучения, после чего определяют и запоминают параметры принятых сигналов. При приеме сигнала измеряют время ti, в течение которого сигнал существует на i-й частоте, из числа измеренных временных интервалов ti выделяют минимальное значение tmin, a временной цикл Тр завершают при условии трехкратного совпадения наименьшего из значений ti обнаруженных сигналов на рабочих частотах fi источника излучения, при этом модулируют, усиливают и излучают помеховые сигналы в интервале времени tп=tmin в течение временного цикла Тр, а завершенным временной цикл Тп считают, если после окончания очередного излучения помехового сигнала на интервале времени tп, на всех частотах fi сигнал от источника с ранее запомненными пространственными координатами отсутствует. 1 ил.

Изобретение относится к технике формирования импульсов тока, в частности к устройствам питания импульсных газонаполненных ламп накачки твердотельных лазеров с разрядом через лампу накопительного конденсатора. Достигаемый технический результат - повышение надежности и сокращение массо-габаритных параметров. Генератор импульсов тока выполнен в виде замкнутого контура, состоящего из последовательно включенных накопительного конденсатора, дросселя, газонаполненной лампы, транзисторного ключа со схемой управления и датчика тока, а также демпфирующего диода, включенного параллельно дросселю и лампе, дроссель и лампа с демпфирующим диодом включены между коллектором транзисторного ключа и высоковольтным электродом накопительного конденсатора, а схема управления выполнена в виде формирователя управляющего импульса фиксированной длительности и содержит пороговое устройство, связанное по своему сигнальному входу с датчиком тока, а по выходу с импульсным формирователем, подключенным ко входу транзисторного ключа, при этом введена цепь обратной связи между выходом импульсного формирователя и управляющим входом порогового устройства. 1 ил.

Изобретение относится к технике формирования импульсов тока в устройствах оптической накачки лазеров, например в источниках светодиодной накачки или в источниках питания импульсных газонаполненных ламп накачки с разрядом через лампу накопительного конденсатора. Достигаемый технический результат - повышение эффективности накачки лазера при имеющихся ограничениях на величину и энергию импульса тока, протекающего через оптический источник. Способ оптической накачки лазера с модулированной добротностью заключается в освещении активного элемента лазера импульсным излучением оптического источника, возбуждаемого импульсом тока заданной длительности, поддерживаемого в процессе накачки в регулируемых пределах, величину тока через оптический источник изменяют в течение импульса так, чтобы энергия выходного излучения лазера была максимально возможной при заданных ограничениях на максимальное и минимальное значения тока накачки и на величину энергии импульса тока, причем момент включения добротности лазера и характер зависимости тока накачки от времени определяют предварительно путем измерения выходной энергии лазера при изменении времени включения добротности и тока накачки в заданных пределах. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области заряда емкостных накопителей электрической энергии и может быть использовано в импульсной технике в качестве вторичных источников электрической энергии. Технический результат - увеличение скорости заряда емкостных накопителей энергии и двукратное повышение зарядного напряжения. Способ заряда емкостного накопителя электрической энергии от трехфазного источника переменного тока, например трансформатора, основан на ограничении зарядного тока источника и его выпрямлении и заключается в по-фазном ограничении его токов токоограничивающедозирующими конденсаторами и суммировании выпрямленных токов в выпрямителе, при этом дополнительно создают пути канализации энергии источника, по крайней мере, в два его токоограничивающедозирующие конденсатора в виде постоянной составляющей тока упомянутого источника. Предложены также два варианта осуществления этого способа. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике, предназначено для получения импульсов напряжения до нескольких мегавольт и может быть использовано в составе электрофизических установок, в частности в мощных импульсных ускорителях электронов прямого действия. Достигаемый технический результат - повышение надежности синхронного срабатывания модулей при их параллельной работе. Способ синхронизации многомодульного генератора импульсов напряжения включает высоковольтный запуск разрядников, подачу давления в разрядники, использование управляемых разрядников, при этом часть разрядников являются управляемыми и в разрядниках каждого модуля используется индивидуальное давление. 5 ил.

Изобретение касается системы для зарядки конденсатора (100), включающей модуль зарядки конденсатора (110), изолированный модуль получения данных (120) и цифровой управляющий модуль (130). Изолированный модуль получения данных (120) предназначен для взятия отсчетов уровня выходного напряжения модуля зарядки конденсатора (110). Цифровой управляющий модуль (130) соединен с изолированным модулем получения данных (120) посредством двунаправленной линии и с модулем зарядки конденсатора (110) посредством интерфейса управляющего сигнала. Цифровой управляющий модуль (130) сконфигурирован для генерирования управляющей сигнальной информации и сигнальной информации синхронизации на основании отсчетов уровня выходного напряжения, получаемых через двунаправленную линию от изолированного модуля получения данных. Цифровой управляющий модуль (130) сконфигурирован для отправки управляющей сигнальной информации модулю зарядки конденсатора (110) посредством интерфейса управляющего сигнала и отправки сигнальной информации синхронизации изолированному модулю получения данных (120) посредством двунаправленной линии. Управляющая сигнальная информация, получаемая от цифрового управляющего модуля, управляет модулем зарядки конденсатора (110), а изолированный модуль получения данных (120) сконфигурирован для формирования отсчетов на основании сигнальной информации синхронизации. Технический результат - повышение стабильности выходного напряжения. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх