Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение содержит последовательно соединенные между собой высоковольтный источник-1 постоянного напряжения, индуктивную нагрузку-2, управляемый ключ-10, электронно-управляемый резистор-33, ограничительный резистор-53, а также управляемый генератор-14 импульсов прямоугольной формы, низковольтный источник-28 постоянного напряжения и два формирователя-17 и -56 управляющих напряжений. Технический результат - получение выходного импульсного напряжения изменяемой величины и снижение электромагнитных потерь. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания источников импульсного напряжения изменяемой величины, имеющих пониженный уровень электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, а также для расширения арсенала технических средств, преобразующих постоянное напряжение в импульсное напряжение.

Аналогичные технические решения известны, см. заявку на патент США US 20110305048 A1 (опубликована 15 декабря 2011 г.), которая содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:

- высоковольтный источник постоянного напряжения;

- низковольтный источник постоянного напряжения, (состоящий из третьей обмотки трансформатора, выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора), подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- индуктивную нагрузку, подсоединенную одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;

- формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы;

- управляемый ключ, подсоединенный своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательным выходам высоковольтного источника постоянного напряжения и низковольтного источника постоянного напряжения, а своим управляющим входом к выходу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы.

Общими признаками предлагаемого технического решения и указанного аналога являются:

- высоковольтный источник постоянного напряжения;

- низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- индуктивная нагрузка, подсоединенная одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;

- формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы;

- управляемый ключ, подсоединенный своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки и своим управляющим входом к выходу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы.

Известно также техническое решение, см. описание микросхемы UCC28810 (опубликовано, например, на сайте www.ti.com) которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа), и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:

- высоковольтный источник постоянного напряжения;

- низковольтный источник постоянного напряжения (состоящий из второй половины первичной обмотки трансформатора, выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора), подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- индуктивную нагрузку, подсоединенную одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- управляемый ключ, подсоединенный одним своим (первым) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки;

- ограничительный резистор, подсоединенный одним своим (первым) выводом к второму выводу управляемого ключа, а другим своим (вторым) выводом подсоединенный к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого ключа, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;

- формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы.

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:

- высоковольтный источник постоянного напряжения;

- низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- индуктивная нагрузка, подсоединенная своим первым выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;

- управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки;

- ограничительный резистор;

- управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого ключа, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;

- формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в получении выходного импульсного напряжения изменяемой величины, что расширяет арсенал технических средств, реализующих свое назначение в виде устройств преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, и снижает уровень электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство

Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что до настоящего времени вопросам, связанным с получением импульсного напряжения изменяемой величины, должного внимания не уделялось. Поэтому появилась острая необходимость в усовершенствовании ранее известных аналогичных технических решений.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств, преобразующих постоянное напряжение в импульсное напряжение изменяемой величины, является актуальной на сегодняшний день.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в известное устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, индуктивную нагрузку, подсоединенную своим первым выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, ограничительный резистор, управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого ключа, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения и формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы введены электронно-управляемый резистор, включенный последовательно с вторым выводом управляемого ключа, с ограничительным резистором и с отрицательным выходом высоковольтного источника постоянного напряжения, и второй формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу электронно-управляемого резистора, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения.

Введение второго формирователя управляющего напряжения и электронно-управляемого резистора с их подсоединениями позволяет, в ходе подачи импульсов прямоугольной формы с выхода управляемого генератора импульсов прямоугольной формы на управляющий вход управляемого ключа, осуществить процесс регулирования амплитуды тока, протекающего через индуктивную нагрузку по цепи: высоковольтный источник постоянного напряжения - индуктивная нагрузка - управляемый ключ, соединенный последовательно с электронно-управляемым резистором и ограничительным резистором.

Регулирование амплитуды тока, протекающего через индуктивную нагрузку, производится путем подачи управляющего напряжения с выхода второго формирователя управляющего напряжения на управляющий вход электронно-управляемого резистора, при этом амплитуда тока может меняться в широких пределах. Действительно, значение сопротивления электронно-управляемого резистора устанавливается с помощью выходного напряжения второго формирователя управляющего напряжения. Это значение может меняться (под воздействием изменения управляющего напряжения с выхода второго формирователя управляющего напряжения) в пределах от нуля (и тогда амплитуда тока определяется в основном сопротивлением ограничительного резистора и является максимальной амплитудой тока), до значений, в несколько (до десяти и более) раз, превышающих сопротивление ограничительного резистора. Тогда амплитуда тока становится в несколько (до десяти и более) раз меньше амплитуды тока при нулевом сопротивлении электронно-управляемого резистора (и является минимальной амплитудой тока). Соответственно, величина импульсного напряжения, получаемого в индуктивной нагрузке, уменьшается пропорционально амплитуде тока, протекающего через индуктивную нагрузку (при увеличении сопротивления электронно-управляемого резистора) и увеличивается пропорционально амплитуде тока, протекающего через индуктивную нагрузку (при уменьшении сопротивления электронно-управляемого резистора).

Таким образом, благодаря введению второго формирователя управляющего напряжения и электронно-управляемого резистора с их подсоединениями, в процессе изменения амплитуды тока, протекающего через индуктивную нагрузку, в устройстве для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение достигается получение выходного импульсного напряжения изменяемой величины, в чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемое устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, а на фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, согласно схеме фиг. 1, содержит, например:

- высоковольтный источник-1 постоянного напряжения;

- индуктивную нагрузку-2, выполненную, например, в виде обмотки на магнитопроводе и представляющую собой первичную обмотку-3 трансформатора-4 на ферромагнитном сердечнике-5, к вторичной обмотке-6 которого, например, подсоединен выпрямитель-7 со своей нагрузкой (на схеме не показана), причем индуктивная нагрузка-2 подсоединена одним своим (первым) выводом-8 к положительному выходу-9 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;

- управляемый ключ-10 (выполненный, например, в виде "МОП"-транзистора-11), подсоединенный своим первым (основным) выводом-12 (стоком "МОП"-транзистора-11) к другому (второму) выводу-13 индуктивной нагрузки-2;

- управляемый генератор-14 импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом-15 к управляющему входу-16 управляемого ключа-10 (к затвору "МОП"-транзистора-11);

- первый формирователь-17 управляющего напряжения, выполненный, например, в виде источника-18 постоянного напряжения и переменного резистора-19, подсоединенного своим первым выводом-20 к положительному выходу-21 источника-18 постоянного напряжения, своим вторым выводом-22 к отрицательному выходу-23 источника-18 постоянного напряжения (который является первым выводом-24 первого формирователя-17 управляющего напряжения), своим третьим выводом-25 (который является вторым выводом-26 первого формирователя-17 управляющего напряжения) к управляющему входу-27 управляемого генератора-14 импульсов прямоугольной формы;

- низковольтный источник-28 постоянного напряжения, подсоединенный своим положительным выводом-29 к первому входу питания-30 управляемого генератора-14 импульсов прямоугольной формы и своим отрицательным выводом-31 к отрицательному выходу-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;

- электронно-управляемый резистор-33, подсоединенный своим первым выводом-34 к другому выводу-35 управляемого ключа-10 (к истоку "МОП"-транзистора-11) и выполненный, например, в виде МОП-транзистора-36 (сток которого является первым выводом-34 электронно-управляемого резистора-33), добавочного резистора-37 (сопротивление которого равно Rдоб), подсоединенного одним своим выводом-38 к стоку МОП-транзистора-36, а также подсоединенного другим своим выводом-39 к истоку МОП-транзистора-36 и к второму выводу-40 электронно-управляемого резистора-33, операционного усилителя-41, подсоединенного своим выходом-42 к затвору МОП-транзистора-36, источника-43 напряжения смещения, подсоединенного своим положительным выходом-44 к неинвертирующему ("+") входу-45 операционного усилителя-41 и своим отрицательным выходом-46 к отрицательному выходу-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, а также последовательно соединенные первый-47 и второй-48 резисторы, задающие коэффициент передачи операционного усилителя-41, причем один (первый) вывод-49 первого резистора-47 подсоединен к вьгходу-42 операционного усилителя-41, другой (второй) вывод-50 второго резистора-48 является управляющим входом-51 электронно-управляемого резистора-33, а точка соединения первого-47 и второго-48 резисторов подсоединена к инвертирующему ("-") входу-52 операционного усилителя-41;

- ограничительный резистор-53, подсоединенный одним своим (первым) выводом-54 к второму выводу-40 электронно-управляемого резистора-33, а другим своим (вторым) выводом-55 к отрицательному выходу-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;

- второй формирователь-56 управляющего напряжения, подсоединенный своим первым входом-57 к первому выходу-58 выпрямителя-7, своим первым выходом-59 подсоединенный к второму выходу-60 выпрямителя-7, своим вторым входом-61 подсоединенный к положительному вьгходу-29 низковольтного источника-28 постоянного напряжения, своим вторым выходом-62 подсоединенный к управляющему входу-51 электронно-управляемого резистора-33, своим третьим выходом-63 подсоединенный к отрицательному выходу-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, а также к второму выводу-24 первого формирователя-17 управляющего напряжения и к второму входу питания-64 управляемого генератора-14 импульсов прямоугольной формы.

При этом второй формирователь-56 управляющего напряжения может быть выполнен, например, по схеме, содержащей последовательно соединенные токоограничивающий резистор-65, первый-66 и второй-67 резисторы делителя напряжения, а также регулятор тока-68, оптрон-69 и резистор питания-70, причем первый вывод-71 токоограничивающего резистора-65 подключен к первому-72 входу оптрона-69, точка соединения токоограничивающего резистора-65 и первого-66 резистора делителя напряжения является первым входом-57 второго формирователя-56 управляющего напряжения, точка соединения первого-66 и второго-67 резисторов делителя напряжения соединена с управляющим входом-73 регулятора тока-68, первый вывод-74 которого подсоединен к второму-75 входу оптрона-69, а второй вывод-76 второго-67 резистора делителя напряжения подсоединен к второму выводу-77 регулятора тока-68 и является первым выходом-59 второго формирователя-56 управляющего напряжения. В то же время первый выход-78 оптрона-69 подсоединен к первому выводу-79 резистора питания-70 и является вторым выходом-62 второго формирователя-56 управляющего напряжения, второй вывод-80 резистора питания-70 является вторым входом-61 второго формирователя-56 управляющего напряжения, а второй выход-81 оптрона-69 соединен с третьим выходом-63 второго формирователя-56 управляющего напряжения.

Представленные на фиг. 2 временные диаграммы напряжений, действующих в устройстве, отображают (см. также фиг. 1):

2а) выходное напряжение U0 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;

2б) импульсы Uупр на управляющем входе-16 управляемого ключа-10;

2в) линейно-нарастающий ток, протекающий в цепи питания индуктивной нагрузки-2 при максимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-33 и достигающий к концу импульса Uупр минимальной величины I0мин;

2г) высоковольтное импульсное напряжение Uмин между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения при максимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-33;

2д) линейно-нарастающий ток, протекающий в цепи питания индуктивной нагрузки-2 при минимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-33 и достигающий к концу импульса Uупр максимальной величины I0 макc;

2е) высоковольтное импульсное напряжение Uмакс между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения при минимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-33.

Предлагаемое устройство, реализующее заявляемое техническое решение, работает следующим образом (см. фиг. 1).

При поступлении постоянного напряжения с выводов-29 и -31 низковольтного источника-28 постоянного напряжения на входы питания-30 и -64 управляемого генератора-14 прямоугольных импульсов, последний начинает вырабатывать импульсы прямоугольной формы (см. временную диаграмму фиг. 2б), скважность которых определяется величиной управляющего напряжения (поступающего на управляющий вход-27 управляемого генератора-14 прямоугольных импульсов с выхода-26 первого формирователя управляющего напряжения-17).

Изменение управляющего напряжения на выходе-26 первого формирователя управляющего напряжения-17 достигается, например, посредством перемещения движка-25 переменного резистора-19, подсоединенного своими выводами-20 и -22 к положительному выходу-21 и к отрицательному выходу-23 источника-18 постоянного напряжения соответственно.

Таким образом, происходит формирование последовательности управляющих импульсов прямоугольной формы с регулируемой скважностью импульсов.

Импульсы прямоугольной формы с выхода-15 управляемого генератора-14 прямоугольных импульсов поступают на управляющий вход-16 управляемого ключа-10 (на затвор "МОП"-транзистора-11), в результате чего управляемый ключ-10 открывается, и через него начинает течь импульсный ток по цепи: положительный вывод-9 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2а) - первый вывод-8 индуктивной нагрузки-2 - второй вывод-13 индуктивной нагрузки-2 - управляемый ключ-10 - электронно-управляемый резистор-33 - ограничительный резистор-53 - отрицательный вывод-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.

Таким образом, с помощью последовательности управляющих импульсов обеспечиваются периодические подключения индуктивной нагрузки-2 к выходам высоковольтного источника-1 постоянного напряжения и формируется импульсный ток, протекающий через индуктивную нагрузку-2, величина которого ограничивается посредством ограничительного резистора-53.

Возникающая при этом в индуктивной нагрузке-2 ЭДС самоиндукции препятствует мгновенному изменению тока в указанной цепи, из-за чего ток в течение импульса прямоугольной формы нарастает по линейному закону (см. временные диаграммы фиг. 2в, 2д), и в момент окончания импульса прямоугольной формы достигает заранее заданного значения I0 (либо I0 мин для временной диаграммы фиг. 2в, либо I0 макс для временной диаграммы фиг. 2д). При этом величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения пропорциональна значению I0. Однако, амплитуда тока I0 определяется в том числе и активными сопротивлениями элементов указанной цепи, т.е.

где К1 - первый коэффициент пропорциональности,

Rтp - сопротивление управляемого ключа-10 в открытом состоянии (сопротивление канала открытого "МОП"-транзистора-11),

Rогр - величина сопротивления ограничительного резистора-53,

Rэур - величина сопротивления электронно-управляемого резистора-33.

В силу малости Rтр<<Rогр, формула (1) может быть приведена к виду:

Поэтому амплитуда тока I0, а, следовательно, и величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения могут быть заданы путем изменения величины сопротивления электронно-управляемого резистора-33.

Такое изменение достигается при изменении выходного напряжения выпрямителя-7 между его первым-58 и вторым-60 выходами (например, вследствие изменения сопротивления нагрузки выпрямителя-7). Это изменяющееся напряжение поступает на первый вход-57 второго формирователя-56 управляющего напряжения и через токоограничивающий резистор-65 передается на первый вход-72 оптрона-69. В результате чего через оптрон-69 протекает изменяющийся ток, амплитуда которого зависит и от напряжения на первом входе-72 оптрона-69, и от параметров первого-66, второго-67 резисторов делителя напряжения и регулятора тока-68. Соответственно, на выходе-78 оптрона-69 (и на первом выводе-79 резистора питания-70, второй вывод-80 которого через второй вход-61 второго формирователя-56 управляющего напряжения подключен к положительному выводу-29 низковольтного источника-28 постоянного напряжения) также возникает изменяющееся напряжение, которое передается на второй выход-62 второго формирователя-56 управляющего напряжения.

При изменении напряжения на втором выходе-62 второго формирователя-56 управляющего напряжения, происходит подача управляющего напряжения (которое поступает с второго выхода-62 второго формирователя-56 управляющего напряжения на управляющий вход-51 электронно-управляемого резистора-33) через первый резистор-48 на инвертирующий вход-52 ("-") операционного усилителя-41, выполняющего функцию усилителя постоянного напряжения. При этом режим работы операционного усилителя-41 задается напряжением на положительном выходе-44 источника-43 напряжения смещения, которое подается на неинвертирующий ("+") вход-45 операционного усилителя-41. В результате на выходе-42 операционного усилителя-41 формируется сигнал управления (величина которого определяется соотношением первого-47 и второго-48 резисторов, задающих коэффициент передачи операционного усилителя-41), поступающий на затвор МОП-транзистора-36. При нулевом сигнале управления МОП-транзистор-36 закрыт и не оказывает шунтирующего действия на величину сопротивления Rдоб добавочного резистора-37, поэтому величина сопротивления электронно-управляемого резистора-33 максимальна и составляет

а амплитуда тока I0 минимальна и равна

Минимальному току I0 мин, протекающему в цепи питания индуктивной нагрузки-2 при Rэур=Rдoб (см. временную диаграмму фиг. 2в) соответствуют минимальное значение высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2г), а также и минимальная величина импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство.

По мере изменения выходного напряжения второго формирователя-56 управляющего напряжения (что происходит, например, при уменьшении выходного напряжения выпрямителя-7) сигнал управления, поступающий на затвор МОП-транзистора-36, увеличивается и открывает МОП-транзистор-36. В результате через МОП-транзистор-36 начинает течь ток, и сопротивление канала МОП-транзистора-36 начинает уменьшаться, что оказывает шунтирующее действие на величину сопротивления Rдоб добавочного резистора-37, поэтому результирующее сопротивление электронно-управляемого резистора-33 начинает уменьшаться. В пределе, когда сигнал управления, поступающий на затвор МОП-транзистора-36, настолько велик, что МОП-транзистор-36 оказывается полностью открытым, он полностью шунтирует добавочный резистор-37, величина сопротивления электронно-управляемого резистора-33 становится близка к нулю, а амплитуда тока I0 становится максимальной и равной

I0 макс1/Rогр (5).

Максимальному току I0макс, протекающему в цепи питания индуктивной нагрузки-2 при Rэур=0 (см. временную диаграмму фиг. 2д), соответствуют максимальное значение высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2е), а также максимальная величина импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройством в окружающее пространство.

Таким образом, с помощью изменения величины сопротивления электронно-управляемого резистора-33 при изменении выходного напряжения второго формирователя-56 управляющего напряжения, в предлагаемом техническом решении оказывается возможным изменять амплитуду тока, протекающего по ранее указанной цепи, в пределах от I0 мин до I0 макс⋅ и задавать тем самым величину высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.

В аналогичных технических решениях, включая прототип, производится изменение скважности импульсов (например, с помощью первого формирователя управляющего напряжения-17 и управляемого генератора-14 прямоугольных импульсов).

Однако при изменении скважности импульсов амплитуда тока I0 остается неизменной и равной I0 макс (а, следовательно, и величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения остается неизменной).

При этом в течение импульса происходит излучение в окружающее пространство части импульсной мощности

где К2 - второй коэффициент пропорциональности.

Излучение в окружающее пространство части импульсной мощности порождает импульсные электромагнитные помехи, мешающие функционированию близкорасположенных радиоэлектронных устройств и негативным образом влияет на их работоспособность; кроме того, электромагнитное излучение в окружающее пространство приводит к ухудшению экологической обстановки в среде обитания человека.

В предлагаемом техническом решении производится изменение величины тока I0 в пределах I0 макс…I0 мин посредством управления величиной сопротивления электронно-управляемого резистора-33. Поэтому импульсные электромагнитные помехи максимальной мощности Ризл=K2I0 макс2 создаются только при номинальной величине высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения. При уменьшении величины тока I0 мощность импульсных электромагнитных помех падает пропорционально квадрату тока I0, благодаря чему снижается их влияние на функционирование близкорасположенных радиоэлектронных устройств и на состояние экологической обстановки в среде обитания человека.

Таким образом, предлагаемое устройство, реализующее заявляемое техническое решение, выполняет те же функции, что и ранее известные устройства, отличаясь от них возможностью изменять не только скважность управляющих импульсов прямоугольной формы, но и величину высоковольтного импульсного напряжения между выводом-13 индуктивной нагрузки-2 и отрицательным выходом-32 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.

Функциональные блоки, входящие в состав описанного выше устройства, могут быть реализованы различным образом.

Например, управляемый генератор-14 прямоугольных импульсов может быть выполнен в виде микросхемы, выполняющей функции широтно-импульсного модулятора (допустим, UCC2813QDR-5Q1 фирмы Texas instruments), или же в виде микросхемы, выполняющей функции частотно-импульсного модулятора (допустим, FAN-6300H фирмы Fairchild Semiconductor), или по любой другой схеме, обеспечивающей изменение скважности импульсов прямоугольной формы.

Первый формирователь управляющего напряжения-17 может быть выполнен либо в виде, показанном на фиг. 1, либо любым иным преобразованием управляющего воздействия в управляющее напряжение, в том числе с использованием цепей обратной связи.

Второй формирователь управляющего напряжения-56 может быть выполнен: либо в виде, показанном на фиг. 1; либо с использованием стандартных источников опорного напряжения и операционных усилителей; либо любым иным преобразованием управляющего воздействия в напряжение, управляющее электронно-управляемым резистором, в том числе с использованием цепей обратной связи.

В качестве регулятора тока-68, показанного на фиг. 1, может быть использована микросхема TL 431 или ее аналоги.

Транзистор управляемого ключа-10 может быть и биполярным, и МОП-транзистором, и БТИЗ-транзистором; сам же ключ может содержать дополнительные схемы, повышающие качество его работы.

Низковольтные источники питания-18, -28, и -43, входящие в состав устройства в целом, а также в состав первого формирователя управляющего напряжения-17 и электронно-управляемого резистора-33 могут быть преобразованы, например, в один низковольтный источник питания, снабженный соответствующими резистивными делителями.

Электронно-управляемый резистор-33 может быть выполнен в виде, показанном на схеме фиг. 1, или по схеме, приведенной в http://zpostbox.ru/az10.htm, или по любой другой схеме, обеспечивающей изменение сопротивления участка цепи практически от нуля до величины, сравнимой с величиной сопротивления Roгр.

Все остальные элементы, входящие в состав описанного устройства, широко известны и опубликованы в различных источниках информации по импульсной технике и радиоэлектронике.

При любом варианте выполнения функциональных блоков, входящих в состав описанного устройства, обеспечивается возможность изменения величины тока, протекающего через индуктивную нагрузку, а, следовательно, и изменение выходного импульсного напряжения и, соответственно, достигается снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, то есть достигается технический результат, соответствующий заявленному.

Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, индуктивную нагрузку, подсоединенную одним своим выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, низковольтный источник постоянного напряжения, управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к другому выводу индуктивной нагрузки, ограничительный резистор, управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом к управляющему входу управляемого ключа, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения, и первый формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы, отличающееся тем, что оно снабжено электронно-управляемым резистором, включенным последовательно с вторым выводом управляемого ключа, с ограничительным резистором и с отрицательным выходом высоковольтного источника постоянного напряжения, и вторым формирователем управляющего напряжения, подсоединенным своим выходом к управляющему входу электронно-управляемого резистора, а своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (9), два управляемых ключа (7) и (12) управляемый переключатель (41), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (31), диод (30) и дополнительный управляемый переключатель (47), управляемый преобразователем (52) длительности импульсов, поступающих от генератора (21) импульсов прямоугольной формы.

Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение содержит последовательно соединенные между собой высоковольтный источник 1 постоянного напряжения, первый управляемый ключ 7, индуктивную нагрузку 9, второй управляемый ключ 17, электронно-управляемый резистор 59, ограничительный резистор 80, а также управляемый генератор 48 импульсов прямоугольной формы и два формирователя 40 и 83 управляющих напряжений.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления параллельно работающими на общую нагрузку статическими источниками, входящими в состав автономной системы генерирования электрической энергии, системы бесперебойного электропитания или системы электроснабжения при возможной несимметрии нагрузки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения на нагрузках потребителей путем широтно-импульсной модуляции протекающих в них токов.

Изобретение относится к электротехническим комплексам и предназначено для наземных испытаний бортового электрооборудования автономных объектов, в частности космических аппаратов.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для повышения технико-экономических показателей импульсных преобразователей, получающих питание непосредственно от сети переменного тока, путем сокращения числа комплектующих элементов, а также уменьшения токовой загрузки силовых транзисторных ключей в моменты коммутаций и возникающих при этом коммутационных перенапряжений.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в транзисторных преобразователях с однофазным звеном повышенной частоты, в структуре которых отсутствует звено постоянного тока, используемых в питающей сети ограниченной мощности или в устройствах гарантированного энергоснабжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных системах электроснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение содержит последовательно соединенные между собой высоковольтный источник-1 постоянного напряжения, индуктивную нагрузку-2, управляемый ключ-10, электронно-управляемый резистор-33, ограничительный резистор-53, а также управляемый генератор-14 импульсов прямоугольной формы, низковольтный источник-28 постоянного напряжения и два формирователя-17 и -56 управляющих напряжений. Технический результат - получение выходного импульсного напряжения изменяемой величины и снижение электромагнитных потерь. 2 ил.

Наверх