Устройство для питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 531472

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 120874 (23) 2053983/07 (51) М. К .2

Н 05 В 41/30 с присоединением заявки Ph (23) Приоритет

Гаатйиратааааый кантат

Воиати Миииотроа Войр иа иаииа изобратаии! и открытий (43) Опубликовано 050678Бюллетень И 21 (53) УДК б21.3.032. .439 (088.8) (45) Дата опубликования описания 110578 (72) вторы

ИЗОбрЕтЕНИя B.Â. Валявко, A.A. Мозго и Б.В. Крылов

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики AH Белорусской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАМП .

НАКАЧКИ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов, работающих в режиме как 5 одиночных, так и часто повторяющихся вспышек с плавной регулировкой энер. гии, разряжаемой на лампу накачки.

Известно устройство для регулировки энергии, разряжаемой на лампу на- т0 качки активного тела оптических кван товых генераторов (ОКГ). Рабочая батарея конденсаторов в этом устройстве заряжается от силового выпрямителя через основное ключевое устройст- )5 во. При накоплении в батарее конденсаторов требуемого количества энергии процесс зарядки прерываЕтся путем запирания основного ключевого устройства с помощью вспомогательной 20 цепи искусственной коммутации. Это приводит к низкой помехоэащищенности электронной схемы управления, сложности и низкой надежности устройства Г1). 25

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство питания импульсных ламп накачки ОКГ, которое содержит силовой выпрямитель, 30 зарядное ключевое устройство, вспомогательную цепь искусственной коммутации, зарядную индуктивность, диод, рабочую батарею конденсаторов, омический датчик тока зарядки, два квад ратичных усилителя, сумматор, схему управления и импульсную газоразрядную лампу. Зарядка рабочей батареи конденсаторов осуществляется от силового выпрямителя через зарядное ключевое устройство и зарядную индуктивность.

В процессе зарядки один из квадратичных усилителей, подключенный к клеммам рабочей батареи конденсаторов, выдает сигнал, пропорциональный энергии, запасенной в батарее. Второй квадратичный усилитель, подключенный к омическому датчику тока зарядки, выдает сигнал, пропорциональный энергии, запасенной в зарядной индуктивности, Выходные напряжения обоих квадратичных усилителей складываются сум матором и поступают на электронную схему управления для сравнения с эта лонным напряжением. При накоплении в контуре, состоящем иэ рабочей батареи конденсаторов, зарядной индуктивности и диода, требуемого количества энергии, электронная схема управления

531472 выдает сигнал на вспомогательную цепь искусственной коммутации для запирания зарядного ключевого устройства.

После запирания последнего происходит перекачка энергии из зарядной индуктивности через диод в рабочую батарею

5 конденсаторов. Далее осуществляется поджиг импульсной газораэрядной лампы накачки и разряд на нее рабочей батареи конденсаторов. Электронная схема управления эа каждый цикл работы устройства выдает по разделенным каналам три последовательных импульса: импульс открытия зарядного ключевого устройства1 импульс управления вспомогательной цепи искусственной -коммутации и импульс поджига лампы. Кроме того, схема управления через квадратичный усилитель и сумматор осуществляет компарирование уровня напряжения на рабочей батарее конденсаторов (2).

Недостаток такого устройства заключается в том, что регулировка уровня накачки производится путем компарирования высокого напряжения на рабочей батарее конденсаторов и прерывания 25 больших зарядных токов, что приводит к низкой помехозащищенности высокоомных цепей квадратичногО усилителя и низкой надежности устройства.

Цель изобретения — повышение по- 30 мехозащищенности .и надежности устройства.

Цель достигается тем, что устройство питания импульсных ламп накачки .

ОКГ, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности, блок задержки и ключевой блок, снабжено формирователем тактовых импульсов, синхронных с напряжением питающей се- 4О ти, выход которого подключен к управляющему электроду ключевого бЛока и . через блок задержки к зажигающему электроду лампы, причем катушка индуктивности выполнена переменной.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— временная диаграмма работы устройства.

Устройство питания импульсных ламп накачки ОКГ содержит однополупериод- 50 ный. выпрямитель 1, управляемый вентиль 2, диод 3, вариометр 4, рабочую батарею конденсаторов 5, импульсную лампу б накачки, формирователь 7 тактовых импульсов,.линию 8 задержки. К 55 выходу однополупериодного выпрямителя 1 подключены параллельно рабочая батарея конденсаторов 5, импульсная лампа 6 и цепочка последовательно соединенных ключевого устройства и 6О вариометра 4. Выход формирователя 7 тактовых импульсов соединен с управляющим входом управляемого вентиля 2 и входом линии 8 задержки, выход которой подключен к устройству поджига импульсной газоразрядной лампы б.

На временной диаграмме работы устройства приведены графики изменения напряжения на выходе выпрямителя 1 (см. временную ось „„ .) на выходе линии 8 задержки (ось U . ), на рабочей батарее конденсаторов 5 (ось

) на формирователе 7 тактовых

I импульсов (ось U@q> .1.

Однополупериодный выпрямитель 1 выпрямляет. переменное напряжение, подаваемое со вторичной обмотки силового трансформатора. Рабочая батарея конденсаторов 5 служит для накопления электрической энергии и разряда ее на импульсную лампу 6, которая, в свою очередь, является источником света накачки активного тела ОКГ. Вариометр 4 является вспомогательным накопителем энергии и служит для накопления отведенной в него из рабочей, батареи конденсаторов. 5 избыточной энергии, а также последующего возврата энергии в батарею.

Ключевое устройство состоит из управляемого вентиля 2 и встречнопараллельного с ним диода 3 и подключает вариометр 4 к батарее конденсаторов 5. Формирователь 7 формирует импульсы, синхронные с напряжением питающей сети и слЕдующие с требуемОй частотой повторения. Линия 8 задержки служит для осуществления постоянной по времени задержки импульсов, поступающих на устройство поджига импульсной лампы б накачки, относительно импульсов, поступающих на управляющий вход управляемого вентиля 2.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Рабочая батарея конденсаторов 5 заряжается непосредственно от однополупериодного выпрямителя 1 силовой сети до амплитудного значения напряжения Up (см. Ось Хбат на фиг.2) на выходе выпрямителя. Формирователь 7 тактовых импульсов вырабатывает с требуемой частотой следования импульсы, синхронные с моментом спада напряжения на выходе выпрямителя до нулевого значения (см. моменты tq u tq и ось

1) фо„ .на фиг. 2). Эти .синхроимпульсы поступают на управляющий вхон управляемого вентиля 2 и на вход линий 8 задержки. С открытием управляемого вентиля 2 (см.первый цикл операций на фиг. 2) начинается отвод из быточной энергии иэ рабочих батарей конденсаторов 5 в вспомогательный накопитель энергии — вариометр 4. Про- . цесс отвода энергии длится промежуток времени Тъа .,определяемый моментом (см.фиг.2), когда с выхода линии

8 постоянной задержки запускающий импульс поступает на устройство поджига импульсной лампы

К этому времени в результате колебательного процесса, начавшегося в контуре, рабочая батарея конденса531472 торов 5 — вариометр 4 с началом отвода энергии в вариометр, напряжение на рабочей батарее конденсаторов падает с максимальной величины цо до требуемого значения ц1(см.первый .цикл операций по оси Ug« sa фиг. 2) ° 5

В момент t> происходит«кратковременная вспышка, за время которой требуемое количество энергий, оставшееся в рабочей батарее конденсаторов, разряжается на лампу б накачки. Далее 10 в результате колебательного процесса, происходящего в контуре, батарея конденсаторов 5 — вариометр 4, осущест-. вляется возвращение энергии из вариометра в рабочую батарею, благодаря 15 чему сохраняется высокий КПД устройства. Причем первые полпериода ток протекает через управляемый вентиль 2, а вторые полпериода в обратном направлении — через диод 3. Управляемый

20 вентиль 2 запирается и может быть открыт вновь лишь при поступлении сигнала на его управляющий электрод.

После дозарядки рабочей батареи от ,выпрямителя до напряжения .Оц цикл операций может быть повторен (см.например, второй цикл операций с момента ts0 на фиг.2).

Плавная регулировка энергии, разряжаемой на.лампу накачки, осуществляется за счет изменения индуктивности вариометра 4, и как следствие этого, перестройки собственной частоты колебательного контура, образованного емкостью рабочей батареи конденсаторов 5 и индуктивностью вариометра 4. 35

Два цикла этих операций, начинающиеся соответственно в моменты времени tz u

t, приведены на временной диаграмме на фиг. 2. В первом случае индуктивность вариометра сравнительно велика 40 и эа интервал времени Г,д =tz-to напряжение на рабочей батарее конденсаторов 5 успевает упасть от своей амплитудной величины ХГ до значения U . Во втором случае индуктивность 45 вариометра 4 уменьшена и за такой

1 же по длительности интервал Т, д = „ р напряжение на батарее 5 к мо1 менту вспышки лампы 6 t1 падает до значения ц (1Г1,Однако в обоих случаях избыточная энергия, предварительно отведенная в вариометр, после осуществления вспышки газоразрядной лампы возвращается в рабочую батарею конденсаторов, что позволяет сохранять: высокий КПД устройства.

В данном устройстве исключена возможность импульсных перегрузок однополупериодного выпрямителя 1, так как зарядное напряжение после предыдущей вспышки, синхронизированной с 60 напряжением питающей сети, возрастает не скачком, а от нулевого значения по синусоидальному закону. При ,этом рабочая батарея конденсаторов УЖе частично заряжена за счет энергии, отводимой к моменту предыдущей вспьнаки в вариометр. Это позволяет отказаться от токоограничивающих зарядных элементов (резисторов, дросселей,, снижающих КПД всего устройства. Вентильные элементы не испытывают перегрузок, так KIRK участвуют .лишь в плавных колебательных процессах. Элек- тронная схема управления отличается простотой, поскольку за один цикл операций вырабатывает лишь два импульса, жестко связанных друг с другом во времени. Еомпарирования высоких напряжений с помощью высокоомных делителей и пороговых устройств не производится. Это существенно повышает помехозащищенность и надежность устройства. Применение в устройстве вариометра, формирователя тактовых синхроимпульсов и линии задержки позволяет повысить его помехоустойчивость и надежность, а также упростить конструкцию.

Область применения данного устройства не ограничивается лишь питанием

ОКГ. Оно может быть применено в различных процессах, требующих часто повторяющихся зарядов емкостного накопителя с последующим кратковременным мощным регулируемым разрядом его на потребитель энергии. Примерами могут быть электроискровая и импульсная электромагнитная обработка материалов, получение электрогидравлического эффекта и т.д.

Формула изобретения

Устройство питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов, работающих в режиме как одиночных, так и часто повторяющихся вспышек с плавной регулировкой энергии накопителя, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности, блок задержки ключевой блок, состоящий из управляемого и неуправляемого вентилей, о т л и ч а ю m е ес я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и надежности, оно снабжено формирователем тактовых импульсов, синхронных с напряжением пи-. тающей сети, выход которого подключен,к управляющему электроду ключево го блока и через блок задержки к зажигающему электроду лампы, причем катушка индуктивности выполнена переменной.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Вакуленко В.М. и др. Заряд.ка емкостного накопителя от сети переменного напряжения, ПТЭ, 1970, Р 5, с. 112.

2. Белостоцкий Б.Р ° Основы лазерной техники, М., Советское ,радио, 1972, с. 251-252.

531472 и пр поори

Up

Й

Ug

pt(Фиг. Г

Составитель С. Горбачева

Редактор П. I îðüêîâà Техред З Фанта КороекторС. Патрушева

Заказ 2864/3 Тираж 992 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35m Раушская наб с д. 4 5

Филиал ППП Патент ., r. Ужгород, ул. Проектная, 4