Генератор прямоугольных импульсов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

Опубликовано 23.05.82. Бюллетень № 19 (51) М. Кл.

Н 03 К 3/53 Ьеударстееииый комитет

СССР ио делам иэобретеиий и открытий (53} УД К 621.3.тз (088.8) Дата опубликования описания 26.05.82 (72) Автор изобретения

B. Л. Ломакин (7I) Заявитель (54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ

ИМ ПУЛ b COB

Изобретение относится к импульснои технике, в частности к генераторам прямоугольных импульсов, преимущественно большой мощности, с частичным разрядом емкостного. накопителя энергии через ключевой элемент (тиратрон, тиристор), коммутирующий ток в нагрузку.

Генератор может найти широкое применение в промышленных и в исследовательских установках (ускорителях заряженных частиц, квантовых генераторах, установках для термоядерных исследований и т. и.) для получения мощных импульсов напряжения и тока с регулируемой длительностью импульсов в широких пределах.

Известны генераторы прямоугольных импульсов с частичным разрядом емкостного накопителя энергии через. первый ключ и дроссель, в которых выключение первого ключа осуществляется с помощью цепи, содержащей последовательно соединенные второй ключ и конденсатор, вклю ченный между анодом первого ключа и обшей шиной (1J .

Недостатками данных генераторов являются большие перенапряжения, возникающие на конденсаторе и, как следствие этого; значительные затраты энергии на выключение первого ключа.

Известен генератор прямоугольных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выво10 дом с обшей шиной, другим выводом через дроссель - с анодом первого ключа, .катод которого через нагрузку соединен с обшей шиной, а управляющий электрод — с входом блока регулируемой за15 держки, второй ключ, катод которого . соединен с обшей шиной, анод через первый конденсатор — с анодом первого ключа, а управляющий электрод - с вы20 ходом блока регулируемой задержки, ис-. точник постоянного напряжения, подклю- ченный через первый резистор параллельно первьму конденсатору, положительным полюсом к аноду второго ключа, третий

930603 ключ, соединенный катодом с обшей ши- ной, анодом через второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с анодом первого ключа, а управляющим электродом — с выходом источника пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами п ервог о и тре тьег о кл юча (2

В указанном генераторе третий ключ и второй конденсатор служат для умень- 10 щения длительности фронта импульса, а второй ключ и первый конденсатор — для выключения первого ключа. При этом. второй конденсатор заряжается до напряжения накопителя, а первый кодненсатор — до 15 напряжения, более чем вдвое превышающего напряжение на накопителе и воздействующего на первый ключ в прямом направлении.

Однако в паузах между импульсами, формируемыми в нагрузке, энергии второго и первого конденсаторов, пропорциональные квадратам напряжений на них, рассеиваются, соответственно, во втором и первом резисторах, существенно снижая тем самым КПД генератора.

Целью изобретения является увеличение КПД генератора и снижение перенапряжений, воздействующих на первый

30 ключ.

Для этой цели в генератор прямоугольных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выводом с обшей шиной, другим выводом — с началом обмотки дросселя, ко35 нец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с обшей шиной, а управляющим электродом — с входом блока регулируемой задержки, второй ключ, соединенный катодом с общей шиной, а управляющим электродом — с выходом блока регулируемой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляющим электродом с источником пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключей, дополнительно введены диод и вторая обмотка дросселя, с числом витков меньшим, чем у

50 первой обмотки, причем анод диода через резистор соединен с обшей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор — с обшей шиной, анод третьего ключа соединен с

55 анодом первого ключа, а к точке соединения катода третьего ключа с катодом диода подсоединено начало второй обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом второго ключа.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема генератора.

Генератор содержит емкостный накопитель 1 энергии, дроссель 2 с обмотками первой 3 и второй 4 (начала обмоток отмечены точками), первый ключ 5, подключенный управляющим электродом ко входу блока 6 регулируемой задержки импульсов, нагрузку 7, второй ключ 8, подключенный управляющим электродом к выходу блока 6, регулируемой задержки, конденсатор 9, шунтированный резистором 10 и диодом 11, третий ключ 12, источник 13 пусковых импульсов, линию 14 задержки.

Генератор работает следующим образом.

Первым от источника 13 включается ключ 12 и начинается зарядка конденсатора 9 через первую обмотку 3 дросселя 2 от накопителя 1, заряженного до напряжения E. Через время, равное 1 =

-Q,5 И ГСС. где Li — индуктивность обмотки 3 дросселя 2; С вЂ” емкость конденсатора 9, когда напряжение на конденсаторе 9 достигнет величины Е, на управляющий электрод ключа 5 поступает пусковой импульс источника 13, задержанный линией 14 задержки на время и включает ключ 5. При выполнении условия — = R Н, где RH — ве 1

1 с личина сопротивления нагрузки 7, ток обмотки 3 дросселя 2 полностью перехватывается цепью нагрузки 7, и в нагрузке начинает формироваться импульс с крутым фронтом и прямоугольным переходом к вершине импульса, При этом зарядка конденсатора 9 прекращается и ключ 12 выключается. Через время, равное требуемой длительности импульса, в нагрузке 7 и устанавливаемое с помощью блока 6, включается ключ 8 и через него и вторую обмотку 4 дросселя

2 начинается разряд конденсатора 9, заряженного до напряжения E . Так как число витков обмотки 4 меньше числа витков обмотки 3, на последней возникает напряжение больше Е и, ввиду того, что оно направлено навстречу напряжению на накопителе 1, на кл|оче 5 образуется обратное напряжение, вызывающее его выключение. В процессе разряда конденсатора 9 его энергия переходит в энергию магнитного поля дросселя 2. После полного разряда конденсатора 9 начинается er o перезарядка с обратной полярностью напряжения, которое снимается

Формула изобретения

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выводом с общей шиной, другим выводом - с началом обмотки дросселя, конеп которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с обшей шиной, а управляющим электродом — с вхо25

9306 цепью: резистор 10, диод 11, и, таким образом, энергия дросселя рассеивается в резисторе 10. Чем меньше величина сопротивления этого резистора, тем меньше напряжение обратной полярности возникает на конденсаторе 9, которое трансформируется в обмотку 3 дросселя 2 и, складываясь с напряжением накопителя, воздействует на ключ 5 в прямом направлении. К началу следующего цикла рабо- 1о ты генератора конденсатор 9 полностью разряжен.

В известном генераторе перенапряжения могут достигать 3 -3,5 Е, в предложенном же генераторе, как показывают расчеты, они могут не превышать 1,1 Е, т. е. практически отсутствовать. В мощных генераторах, выполненных по схеме известного, КПД получается не более

80%; в аналогичном генераторе, выполненном по данной схеме, КПД достигает 92 — 94%.

03 Б дом блока регулируемой задержки, второй ключ, соединенный катодом с общей ши« ной, а управляющим электродом - с вы ходом блока регулируемой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляющим электродом с источником пусковых импульсов, линию за держки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения перенапряжений на первом ключе и повышения КПД генератора, в него дополнительно введены диод и вторая обмотка дросселя с числом витков меньшим, чем у первой обмотки, анод введенного диода через резистор соединен с общей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с общей шиной, анод третьего ключа соединен с анодом первого ключа, а к точке соединения третьего ключа с катодом диода присоединено начало второй обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом второго ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бутаков Л. Д. Исследование и разработка мощных генераторов миллисекундной длительности. Дис. на соиск. уч. степени, Томск, 1967, с. 19 - 24.

2. Авторское свидетельство СССР № 541269, кл. Н 03 К 3/53, 1975 (прототип).

ВНИИ ПИ Заказ 3512/80 Тираж 954 Подписное

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. 11роектная. 4