Устройство питания импульсных газоразрядных ламп

 

Союз Советских

Соцналнстнчесннх

Республнн (11) 546249

К *ВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСУВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22} ЗаявлЕно 26.08 74(21) 2056956/07

Я (51) М. Кл, с присоединением заявки №Н 05 В 41/30

Гааударстввниий аанатет

Саавта Мааиатраа СССР аа делан нзабретанай н атнрытн» (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.05.7 фюллетень ¹ 19 (45) Дата опубликования описания 05.05.78 (5З) УДК621.3.03?.. 4 (088. 8) (72) А вторы

B. В. Валявкб, Б. В. Кры ов и A. А. Мозго

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

ЛН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ

ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для питания импульсной лампы, в частности лампы накачки оптического квантового генератора, работаюшей в режиме как .одиночных, так и часто повторяюшихся вспышек, с плав» ной регулировкой энергии, разряжаемой на лампу.

Известно устройство для питания импульсных газоразрядных ламп с плавной регули )0 ровкой энергии, разряжаемой иа импульсную лампу, основанное на заряде рабочей батареи конденсаторов с последующим разрядом ее на лампу. Устройство состоит из источника постоянного напряжения, управляемых И ключевых .блоков, зарядного дросселя, ра бочей батареи конденсаторов, разрядного дросселя, импульсной газоразрядной лампы и электронной схемы управления (1). За каждый цикл работы схема управления вы- 30 лает по различным выходным цепям серию из четырех разделенных во времени сигнаJIoB для управления ключевыми блоками, а также обеспечивает поджиг импульсной газоразрядной лампы. Описанное устройство 25

2 осушествляет питание импульсной г оразрядной лампы напряжением неизменной полярности. Но в таком устройстве однополярпость разрядных импульсов тока вызывает интенсивный износ импульспой газоразрядной лампы, неравномерный нагрев ее электродов и снижение допустимой средней мош ности рассеяния.

Наиболее близким по технической сушности и достигаемому результату к изобретению является устройство питания импульоных газоразрядных ламп, содержашее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности и ключевой блок, состояший из тиристора и встречно-параллельно соединенного с ним диода (2) . Однако в таком устройстве происходит интенсивный износ импульсной газоразрядной лампы, а кроме того, неудовлетворителен тепловой режим работы импульсной лампы, вызванный более сильным нагревом одного из ее электродов.

Бель изобретения - обеспечение автоматического чередования полярности напряжения, прикладываемого к импульсной газо546249

3 разрядной лампе во Bpeмя последовательных всггы111ек, увеличение срока службы ил, пульсной газоразрядной лампы и улучшени.. Теплового режима работы импульсной газоразрядной лал.пы за счет равномерного нагре5 ва ее электродов.

Эта цель достигается тем, что устройство питания импульсных газоразрядных ламп снабжено подключенными к цепи питания импульсной лампы компараторами положительного и отрицательного уровня, rcoToprie Нерез схемы совпадения и блок зажигания подключены к зажигагоцгему электроду лалгпы. и делителем частоты, выход которого подкгцочен к управляющему электрону ключевого блока и через триггер — к схемам совпадения.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого уотрсйотВа; На фИГ. 2 - ВрЕМЕННая grrai раима работы устройства, отражающая характер 20 изменения напряжения в различных узлах устройства.

Устройство состоит из однополупериодноI.o выпрямителя 1, подключенных параллельно к нему ключевого устройства (тиристор 2 25 и диод 3), катушки 4 индуктивиости, рабочей батареи конденсаторов 5, им1гульсной "азоразрядной пампы 6> а также из компараторов 7 и 8 соответственно положительного отрицательного уровней, которые своими входами связаны с рабочей батареей конденсаторов 5, а выходами соединень1 с импульсными входами схем 9 и 10 совпадения, йз устройства 11 поджига импульсной лампы

6, из блока, задающего частоту всгьгшек, и синхронизированного с напряжением питающей сети делителя 12 частоты, связанного своим выходом с управляющим электродом тиристора 2 и счетным входом триггера 13, который своими выходными цепю1И связан

4О с потенциальгыми входами схем 9 и 10 совпадения.

На фиг. 2 приведены време11нь1е диаграммы работы устройства: изменение HQIrp ar

9 и 10 совпадения (оси Х ., и И,, ), Щ а также на рабочей батарее конденсаторов (ocB SDT )"

Однополуцериодный выпрямитель 1 служит для вьГпрямления переменного напряжения, подаваемого с вторичной сбмотки сило55 вого трансформатора, не показанного на схе ме. Рабочая батарея конденсаторов 5 служит для накопления электрической энергии и разряда ее на импульсную газоразрядную лампу 6, которая, в свою очередь, является источником света накачки активного те.— ла Оптического квантового генератора Катушка 4 индуктивпости служит для изменения полярности напряжения на батарее конденсаторов 5, а также для накопления отведанной в нее из рабочей батареи конденсаторов 5 избыточной энергии и последующего возврата этой энергии в батарею. Емкость батареи конденсаторов 5 и велггчина

111цгуктивности подобраны таким образом, ITO резонансная частота контура 4-5 приблизительно равна удвоенной частоте питающей сети. Управляемый тиристор 2 и диод 3 служит для соединения катушки индуктивности с рабочей батареей. Схемы совпадения служат для передачи сигналов с компараторов

7 и 8 на устройство 11 поджига. Компаратор 7 положительного уровня выдает сигнал при сникении напряжения положительной по лярности на батарее конденсаторов 5 до требуемого значения. Компаратор 8 отрица» тельногО урОвня Выдает сигнал при снижении абсолютной величины отрицательного напряжения на батарее конденсаторов 5 до требуелгого значения.

Делитель 12 частоты выдает на вход тиристора 2 и триггера 13 импульсы с требуемой частотой следования, синхронные с моментом спада напряжения на выходе выпрямителя 1 до нулевого значения. Триггер

1 3 служит graf ri поочередног-О BK?IIO reHHrr cxelvf

9 и 10 совпадения.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая батарея коггденса горов 5 заря@ жается непосредственно от О>.,нополупериодного выпрямителя 1 до амплитудного значения напр акания + Б, (см. ось 3 . на фиг. 2) на выходе выпрямителя. Делйтель 12 частоты вырабатывает с требуемой частстсй повторения импульсы, синхронные с момен10л1 спада напряжения HG Выходе выпрями теля 1 до нулевогo значения. Зти импульсы поступагот на управляющий электрод тирис-.

TopG 2 и HQ счетньIй вход триггера 1 3. С открытием тиристора 2 в момент t (см. фиг. 2 ) в колебательном контуре, образованном емкостью рабочей батареи конден"". GTopoB 5 и индуктивностыо катушки 4, начинается колебатальный процесс, в результате которого избыточная a«epr-HH из батареи

HnHgeHcaTopoB 5 Отводится в катушку 4 индуктивности. Триггер 13 iåíòa с через свои потенциальные выходы разрешает прохождение сигнала на устройство 11 1од»жига через одну из схем COBIIQgerrrrH, HQHример через схему 9. 11ри снижении напряже1п1я на рабочей батарее конденсаторов 5

B мол.ент Е r до требуемого значения + -Г1 Г компаратор 7 положительного vpoBIIH выдаат ил1ггУльс, пОстУпающий чеРез откРытг Io cxe му 9 совпаде1пгя на устройство поджига им»

546249 ряжения, приложенндго к импульсной лампе

6, обратна полярности первоначального заряда батареи конденсаторов 5 и указана на фиг. 1 в скобках. После вспышки избыточная энергия, отведенная в катушку 4 и дуктивности, в результате протекающего в контуре 4-5 колебательного процесса возврашается в рабочую батарею конденсаторов 5, что обеспечивает высокий КПД устройства.

После дозврядки рабочей батареи конденсаторов 5 от выпрямителя 1 до амплитудного знвчениЯ напРЯке??иЯ + УО УстРойство готово к новому циклу операций.

20 Таким образом, создаются условия, при которых в серии последовательных вспышек полярность напряжения, прикладыввемого к импульсной лампе 6 во времени вспышек, автоматически чередуется, Плавная регулировка энергии, рвзряжаемой на импульсную лампу, осушествляется соответствующей перестройкой уровня компарирования. Регулировка частоты следования вспышек осуи?ествляется перестройкой делителя 12 частоты.

После каждой вспышки избыточная энергия; отведенная предварительно в катушку индуктивности, не рассеивается безвозврвтk?o, а воэврашаетсч в рабочую батаре? ко?ьденсвторов 5. Благодаря этому обеспечивается высокий КПД устройства.

В устройстве искл?очена возможность импульсных перегрузок однополупериодного выпрямителя 1, твк как заря?ц?ое напряжение после предыдущей вспышки плавно возрастает от нулевого значения по сиьусоидальному закону. При этом рабочая батарея конденсаторов 5 уже частично заряжена зв счет энергии, отводимой к моменту предыдущей вспышки в катушку 4 индуктивиости.

Это позволяет отказаться от токоогрвничивающих зарядных элементов (резисторов, дросселей), снижаюших КПД всего устройства. Тиристор 2 и диод 3 также не испытывают перегрузок поскольку участвуют в плавных колебательных процессах.

Электро??нвя схема управления отличается простотой, наличием лишь двух выходных цепей управления, Для Осушествлеиия одной вспышки схема управления выдает . лишь два управляюших импульса. Все это сушественно повышает надежность устройства.

Применение и устройстве ком!?вГ1аторов положитель?1ого и отрицательного уровней, 5 нульсной лал??ы 6. В интервале Е ? - Е

К происходит короткая вс?ь????ка (для сети частотой 50 Гц,длительность вспышки т 1-Ъ

-1 ? 6 10 С ), за время которой оставшееся в рабочей батарее конденсаторов

5 требуемое количество энергии разряжается нв импульсную газоразрядную лампу 6. При этом полярность приложенного к лампе 6 напрюкения соответствует первоначальной полярности заряда батареи конденсаторов 5 и ука."ана на фиг. 1 беэ скобок.

В результате колебательного процесса, протеквюшего в контуре 4-5, избыточная энергия возврвшается назад в батарею конденсаторов 5, что обеспечивает высокий

КПД устройства. При этом в первый полупериод колебательного процесса ток протекает через тиристор 2, а во втором полупериоде — в обратном направлении через диод 3, тиристор же 2 запирается. После дозарядки рабочей батареи конденсаторов 5 от выпрямителя до значения напряжения

+ Уо УстРойство готово к ОсУ?цествлению второй вспышки. В момент ?. сигнал с выхода делителя 12 частоты поступает на упрввляюшнй электрод тиристора 2 и счеч ный ход триггера 13. Триггер 13 переходит в другое устойчивое положение, подает разрешаю?ций сигнал нв пОтенцивлье?ый вход 3 схемы 10 совпадения и эвпрешаюший сигнал нв потенциальный вход схемь? 9 совпадения. Тиристор 2 открывается, и в колебательном контуре 4-5 начинается очеред ной цикл колебательного процесса. При снижении напряжения на рабочей батарее конденсаторов в момент 4 до у-ровня + >>1 компаратор положительного уровня, как и

s первом случае, выдает сигнал, который не проходит через схему 9 совпадения, закрыту?О по ПОтен??иальному входу. BcllblUL ки импульсной лампы 6 в момент t не происходит, колебатель?и?й процесс в контуре, Образованном емкостью рабочей батареи.

45 конденсаторов 5 и индуктивностью катушки 4, продолжается без изменений.

Рабочая батарея конденсаторов 5 к моменту 44 полностью перезвряжвется до нап50 ряже?п?г? — U (1 - U = + Uо, если для простоты изложения активными потерями пренебречь). Далее начинается переход энергии из батареи в катушку иидуктивности. При снижении абсолютного значения отрицательного напряжения ив рабочей батарее конденсаторов 5 в момент т.5 до требуемого значения - Q (k-U1=+ tJ 1 компврвтор отрицательного уровня вь;дает импульс, который через открытую схему

10 совпадения поступает нв устройство

6 поджига импульсной лампы 6. Как и в первом случае, происходит короткая вс?п ?шкв лвм?ы, за время которой оставшееся в батарее конденсаторов 5 требуемое количество энергии разряжается на импульсную лампу 6. Однако нв этот рвз полярность нви546249

9 иг. 7 двух схем совпадения и триггера позволяет обеспечить автоматическое чередование полярности напряжения, лрикладываемого к импульсной лампе во время последовательных вспышек, увеличить срок службы лампы, улучшить тепловой режим работы и повысить допустимую среднюю мошность рассеяния импульсной газоразридной лампы.

Формула изобретения

Устройство питания импульсных газораз рядных лам:, в частности ламп накачки оптического квантового генератора, работак шего в режиме как одиночных, танк и часто повторяюшихся вспышек с плавной регулиров-,5 кой энергии, разряжаемой на импульсную лампу, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности и ключевой блок, с остоящий из ты рис тора и встречи о-параллел w но соединенного с ним диода, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью автоматического чередования полярности напряжения, прикладываемого к импульсной лампе, увеличения срока ее службы, улучшения теплового режима работы, устройство снабже но подключенными к цепи питания импульсной лампы компараторами положительного и отрицательного уровня, которые через схемы совпадения и блок зажигания подклю чены к зажнгаюшему электроду лампы, и делителем частоты, выход которого подклю чен к управляюшему электроду ключевого блока и через триггер - к схемам совпаде ния.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

% 421151, кл. Н 05 В 1/ЭО, 1971.

2, Белостопкий Б. P. и др. Основы лазерной техники,"Сов.радио, 1972, с.

251-252, 54Ñ249

4 иг. Я

Составитель С. Горбачева

Редактор E. Месропова Техред 3. Фанта ° Корректор fl. Неболчи

Заказ 2530/41 Тираж 992 Подписное

Ш1ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раун:ская наб., д,4/5

° «

Филиал Г1ПП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4