Высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения

 

Оп ИСАНИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»920667

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт.. свид-ву .— (22) Заявлено 10.01.80 (21) 2868451/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К .

G 05 F 1/56

Гееударстеенный кемлтет (53) УДК 621.316. .721 (088.8 )

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень № 14 ло аелам нзобретеннй н открытий

Дата опубликования описания 25.04:82 (72) Авторы изобретения

1О..Б. Несвижский, С. В. Павлов и В. А. Сахаров

Ленинградский электротехнический институг связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК

ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение относится к регулированию и управлению, в частности к высоковольтным регулируемым источникам постоянного напряжения.

Известны высоковольтные источники постоянного напряжения, широко используемые для питания электроннолучевых трубок в телевизионной аппаратуре. В этих источниках используется преобразование постоянного напряжения в затухающие синусоидальные колебания с частотой 20 — 50 кГц с последующим их выпрямлением. Преобразование осуществляется с помощью контура ударного возбуждения путем прерывания (или изменения величины) протекающего через него тока. Особенностью таких источником является их импульсный характер, поскольку на вход схемы выпрямления воздействуют затухающие высокочастотные импульсы, период следования которых, как правило, значительно болыйе периода высокочастотных колебаний заполнения (11 и(2).

Недостаток известных устройств состоит в том, что выходной выпрямитель реагирует только на первый период ВЧ колебаний каждого входного импульса, так как все последующие периоды имеют меньшую амплитуду и вентили выпрямительной схемы для них оказываются запертыми. Таким образом конденсаторы фильтра выпрямительной схемы заряжаются импульсами тока с боль5 шой скважностью, что определяет большое внутреннее сопротивление таких источников.

Кроме того, поскольку энергия затухающих колебаний в контуре ударного возбуждения целиком определяется энергией, запасенной в индуктивности контура, величина выходной мощности оказывается ограниченной из-за возрастания габаритов катушки.

Известны также источники высокого напряжения с преобразованием постоянного напряжения питания в переменное транс1s формацией этого напряжения и его выпрямлением (3) и (4).

Недостатки указанных высоковольтных источников заключаются в малой эффективности регулирования выходного напряжения, поскольку известные способы регулирования путем изменения напряжения питания преобразователя обеспечивают сравнительно малое изменение выходного напряжения и используются, как правило, только для цеО ()бб7 лей стабилизации, и в сложности схем преобразователей и регулирующих устройств.

HaHooлее близким по технической сущности к изобретению является устройство, которое содержит источник питания, импульсный преобразователь с ключевым каскадом, повышающий трансформатор, BTOричная обмотка которого вместе с ем«)Остью образует колебательный контур, высоковольтный выпрямитель и блок управления, Выполненный в виде широтно-импульсного;IO-, дулятора. Высокое напряжение в устройстве получают путем возбуждения параллельного колебательного контура импульсами тока., частота следования которых равна частоте собственных колебаний контура, и последующего выпрямления полученного переменно- 1-.

Го напряжения. Рег лировяние «ь!хо,-,(!oãî напряжения осуществляют ".а счет изменения длительности импульсов тока,, ля чего

В cxev!v истО -!!!Ика Вве цен шир01ИО-им!!,,!hc— ный модулятор (5)

2 В1

Недостатком дяннОГО источника Высо(-ОГО напряжения является малая эффектив ость регулирования выходного напряжения. Зто объясняется тем, Гго в качестве !)егмл((рм(.l1 PB!V(TPB HCII0.1h3y TC5Tr имп;"л!.Са, à Не егO амплит да. Счев (д 0, ) что если источник работает в pe;:.,(Hvte холостого хода или В близком K нему режиме, Оегулирование Вь!ходног0 няпряже(.:-(я: утем(> изменения длительности импульсов тока практически невозможно. так как конденсаторы фильтря выпрямителя будут 3"- яжень !

10 М ЯКСИ )1<1ЛЬНО| 0 II IIIIP5I)KЕНИЯ Н(3 BRHC i vtÎ

r)T >r (ИТЕ (ЬНОСТЧ ЧМП> !ЬСЯ ТОКа

Пель изобретения — обеспечение эффек П! ВНОЙ РСГУА ИРОВКИ ВЬIХОДНОГО HBIIP:l)К<::НИЯ и упрошение устройства.

Поставленная цель достигается тем. -(:о

Г ВЫСОКОВОЛЬТНО >1 РЕГМ.1(ИР>>!ЕМОМ И("ГОЧНИК постоянного напряжения, содержьшем ис точник низкого постоянного напр)1)кения, подключенным K импульсному преоо1 азоВатслю с упрявляе(>(1>!(>I ключеВым каскад1)м. соединешп>!м с узлом управления, 1!Овын(а!о IlHH трансформатор с ВыхОдным B-.!п»я>1итeлем, им пv),) ьспый и pe0бра3ОВЯ тev!ь РЫ1:О..

l!eH В виде !!Ослег!Овятельного соедин! ция

ДРОССЕЛЯ ": Н;.КОПИтЕЛЬНОгО КОНДС..:-. :..:-= fað«. который чер;". v! Iav:.(нут-.:й упр:= «131 .1<.!ЮЧСВОИ ВЬ<ХОД ПОДИ.. .(ОЧЕН К ((ЕРВ"! 1:;: .i

V10TK(ПО«I (И<Як!1; го Тоа)1 форМЯ )«B, H;)И

5)T0;vI УЗСЛ Х !H) H BЛС НИ Я ВЬIПОЛНЕН В ВИ ie С IЕ --1

РЯТОРЯ H It!>r,IL>C .)l3 C ВОЗМОж иост-.ю Р рования периода следования и.>(п,льсо»

0.,5 T---T, где Т Ге !иHод сОбствсп (ыл баний ltelll!, Состояп ей из дросселя и н«1:."

trHTC.lhIIOt О КОН ЦЕНСаТОРЯ.

На фиг. изоб )ажена схема rloe.(а.-яе> мого высоковол тного регулируемого ко:., -:ника постоян(*.ого напряжения; на фи;-. 2— схема !)ЯзряднОЙ !,e(!H импу. .ьснОГО и()= ОО. разователя, стройства, где В l

Устройство содержит источник питания 1 им!(Ульсный греобрязовятель 2. Повышаю НН транс горматор 5, Выпрямитель —., блок упра «ленин 5, дроссель б, накопительный конде(!С(:To!) 7, управляемык ключевой элег

:>(гнт <> и нагрузку 9.

Устройсгво работает сле,г ю.цим Образом.

В(icoKoc ВI>IKQQHoe Hp. Ip«)KB!!He получаю(:(а счег 3!!ер! и запасенной B н --копитель,«ом О:if;c e-. ято»с 7 . )и е: о р;=0HBi!cHcм

TP";!5l I., 5-: э ОГ() ",:-K.«BHHûH;<()HäeHCBTOp .Iepи )д H :." кн раз ) я)t:. 10 >. Р" «кл! ВчеBoй

ЭЛ(МЕ i f 55 r " Ирис" 0;) ) .."::(С В(-.: Ic!OIL(Граис форматор < и за(ем., об .Язз()ванные на втоPH IHiH! (K!,"ОТ((" .BTOI",! ТРЯНС()О )МЯ>OPB Вь(СОКОРОЛЬТН В(С И)11!, ЛЬ< !,: i!CPCМСН1 .)г НЯПРЯжЕНИЯ (- 1)i Ю: liа! «!> tr .: 15! 1" Ь;. )>ЕГУЛИрова -!H е eВы х(,тно! i! Вь(сок()го . -я!Т„5)(жен((я

OCV!ЦССТВЛЯЮ >, ПРOi 31!1(,.!!-: 11":.! i Я:, КОНДЕРСатОРЯ ПРИ РЯB..Hit«h:K ЗнаЧСНИЯХ:.P-ÏBCBHÍOé

B !!eМ ЭН(р ГНИ вЂ” 0 i . rr!Hi! H>,(а (Ь. :ОГО,.!0 >(ЯКСИмя il:-!0 o, ",,,,=. Iel 0 513,;ен кг! . ри(., «Оммутации (,(тиристсря 1«(, - .; — .: BK Bx HH —.epB.-;,;,В()ех((ни,>. »я (а ко! 1»е(1ся- <зс>я ч.-"ре 1!j 0 Hr(х!) i r 1")B >v !K» i! r, !r r)l!<>:1|-: rr HB цик.. .1и 1 Г(; Р 0:.,, Т. .:;, !1 МЯKСH!! Я.. I;!0>. = НЕP—

1>

-а дро се-ю .рак(и:;-ски Bc:.: -BB«ñåHHó>0 в те— фо» „1,-,;- „;„,; „„,,, ..., ., „,,-,„,, i(ÎÈ Э .!ЕР ии г> h ХО (НОЕ Н ЯППЯХКЕНИ ИС . ОЧ ! И(;Я В ЭТО.. . С;l ×BС "r: t .!ИМальи )Е. ((ТМгтИМ, iTO аi;-СO, 1Ю 1!(3НЯЧС Нl! >i ЯКСИ:(ЯЛЬНОЙ и

,;И 1!t)!аль(1(:1 =. .Ir:1»ГИИ НЯ:(рякивкия j В КОН. llCH Ope O!!!)e ЕЛЯГ r C5! 1!а -(и, lь.(Ь((>((- V((ЛОВИЯ -(О- ГЬ; -ЧИ(ЯЕ--и - ГС>1-" - «>ЯДЯ

КОИ.LC !<(е "..!:.я - .(. ." 3, pa(.Геле:.

Г,, 1

:.и лер .Од .,,;о,::, ."TB Lèè тир: сторя.

" / "Т(1! Т -1 1 (ОСTOB ll!r(; И Н <>»Вал -> )гг>Я ТЯ

11 5 I

920667

Рассмотрим более подробно процессы, происходящие в разрядной и зарядной цепях преобразователя напряжения.

При поступлении на управляющий электрод тиристора коммутирующего импульса и при наличии на накопительном конденсаторе некоторого положительного напряжения (1с (О) происходит разряд конденсатора через тиристор и первичную обмотку трансформатора. Так как тиристор запирается током перезаряда конденсатора, то длительность импульса разрядного тока составлЯет 0,5 Lp, где Гр — пеРиод собственных колебаний разрядной цепи (фиг. 3).

Амплитуда импульса тока определяется начальным напряжением на конденсаторе и равна () (0)1,6, где P — волновое сопротивление разрядной цепи. Напряжение на конденсатоое в процессе его разряда на трансформатор изменяется от (...((О) до — U„- (0), (если добротность Qp разрядной цепи больше 1). После запирания тиристора начинается резонансный заряд конденсатора через дроссель, причем начальное напряжение на нем будет отрицательным и примерно равным .поlожителbíîMó напряжению в момент разряда на трансформатор. При разряде конденсатора на вторичной обмотке трансформатора формируется импульс переменного напряжения, форма которого показана на фиг. 3. Периодическая последовательность таких им пульсов поступает на вход выпрямителя и преобразуется в постоянное нагряжение. 33 один цикл разряда конденсатор отдает в нагрузку энергию, равную W< )(,)р.

На фи". 4 — 6 представлены гра1рики колебательного процесса в зарядной цепи при различных значениях периода Тк коммутирую1цих импульсов, причем принято, что

Т >) I-p . Это условие позволяет повысить эффективность регулирования выходного импульсного напряжения преобразователя.

На фиг. 4 изображен режим работы цепи, когда период коммутации и период собственных колебаний цепи почти равны. Как видно, разряд накопительного конденсатора на трасформатор происходит в данном случае при минимальном напряжении на нем.

Поэтому начальные условия, при которых начинается очередной цикл заряда конденсатора через дроссель близки к нулевым.

Как известно, при таких начальных условиях напряжение на конденсаторе в конце цикла Т> заряда достигает максимального значения, равного 2Е, а в конце цикла Тр разряда составляет примерно (0,05 — 0,1) Е в зависимости от потерь. В указанном режиме колебаний интервалы заряда и разряда конденсатора примерно равны и потому постоянная составляющая тока через дроссель мала. Амплитуда импульса разрядного тока и выходное напряжение также имеют минимальное значение. При уменьшении пе40

5 с

l5

35 риода Т> коммутации напряжение на конденсаторе в момент разряда на трансформатор возрастает (а так как нач3.1ьн11я фа— за колебания U (t) — постоянна) одновременно изменя10тся и начальные условия при заряде — начальное напряжение н» конденсаторе становится более отрицательным. Последнее приводит к тому, что зí»чение (max в конце цикла заряда ii к моменту коммутации тиристора возрастает.

Режим колеб»11нй, близкий к предельному, KÎI;13 конденсатор разряжается сразу liocле окончания цикла заряда, т. е. при Тк Т, изображен на фиг. 6. В этом режиме значение ()с1,1дх приближается к своему теорет11ческому пределу 4Е. Как видно. Т Tp H постоянная составляю1цая, питающего преобразователь тока м11ксимальна. Амплитуд i импульс3 р3зряд1 Ого тока в этом режпмс и»ибо,1ь111ая. На фпг. 5 и фиг. 6 В1:..1,» .

Гго пос. с разряд;. конденсатора на тр»нс форматор продолжается процесс его р»зряч на дроссель. Это обстоятельство говорит о том, что за малый интервал време11п разр»да (0,57р) конденсатор не успевает полностьк

0Tд3ть накопптсльл10 энергию В нагрсзк ..

В пределе, прн T = 0,5 T и !i pi; более тельном времени разряда конденсатор» и»

ipaHcô0pì3T0p ивl ервал Тр разряда .ь),! . жсн быть равен О. а постоянная составл»к; щая питающего тока IBI c!Ivальна.

Уве.Н1чение периода Тк коммутаци i В сторон величин больших Т и уменьшени, его в сторону величин меньших 0,5 Т нсц i;сообразно, так как в первом случае ум ili: шакггся пределы регулировки Вслсдс ГHi! с затухаюшего харак cpà зависимости 1 ; (! l, а ВО втором слч11е регулировка ампл:1т. 1ы импульса разрядного тока неосуLLIccòâ Icн», Носко.1ьку напряжение Н3 конденсаторе В момечт коммутации в этом режиме колеб;— ний максимальное (4Е) и Ht зависит От периода коммутации.

Указанные отличия в выпо.-1ненип Н,1— пульсного преобразователя позволили обсспечить весьма эффективную регулировку выходного напря;кения и су1це«твенно у!;ростить устройство. РегулиpoBKD выходнсго напряжения в широких пределах обеспечивается тем, что при изменении периода h!l,lмутации тиристора 7 -- 0,5 Т изменяется и»чальное напряжение на конденсаторе в и:-.;ле егО заряда, благодаря чему н»пряжен:10 на конденсаторе в момент его разряд» Н;! повыша OHIHH . трансформатор изменяетс»» от мннимальногÎ значения, равного (0,1

0,5) E до максимального, равного 4Е. 11римсрно в ".àêîì же отношении (32 — -38 дВ);1;1ходятся верхний и нижний пределы выходНОГО высокОГО напряжен11я. НеОбходпх10 T»к— же 0 Г,1е i;Tb, что поскольку чве 1иче нпе В,".ходного напряжения достигается при увел:.че1ши частоты коммутации тиристора, срс;:— няя Выходная 3101!1. ость источника с Iцес1920667

8 который через упомянутый ключевой выход подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора, а узел управления выполнен в виде генератора импульсов с возможностью регулирования периода следо5 вания импульсов от 0,5 Т до Т, где Т— период собственных колебаний цепи, состоящей из дросселя и накопительного конденсатора.

Формула изобретения

Высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения, содержащий источник низкого постоянного напряжения, подключенный к импульсному преобразователю с управляемым ключевым каскадом, соединенным с узлом управления, повышаюгций трансформатор с выходным выпрямителем, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективного регулирования выходного напряжения и упрощения, упомя20 нутый импульсный преобразователь выполнен в виде последовательного соединения дросселя и накопительного конденсатора, 1

1с венно возрастает с увеличением выходного напряжения, что объясняется увеличением частоты циклов заряда конденсатора фильтра выпрямителя.

Изобретение позволяет значительно упростить схему высоковольтного регулируемого источника постоянного напряжения и обеспечить широкую регулировку выходного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Авторское свидетельство СССР № 72855, кл. Н 02 M 3/28, 1948.

2. Светлов Н. И. «Маломощные ВЧ источники высокого напряжения». М вЂ” Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 6.

3. Белополоский H. И. и Тихонов В. И.

«Транзисторные преобразователи на повышенные и высокие напряжения». М., «Энергия», 1971. с. 57.

4. Додик С. Д. и др. «Источники электропитания на полупроводниковых приборах».

М., «Советское радио», 1969, с. 373.

". Авторское свидетельство СССР № 257588, !969.

920б67

Ес

Составитель И. Никитин

Редактор М. Товтин Техред А. Бойкас Корректор М. Пожо

Заказ 2340/53 Тираж 9008 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! l 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4