Высоковольтный источник электропитания Советский патент 1983 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к преобраэо вйтелям аиЗКОР6 постоянного напряжения в высокое и может быть использовано для питания р Щ{1С электронйь1Х устройств, например анс|дов проекционных с отроким диапазоном изменения токов нагрузки. Известны преобразоватеш напряжения, содержащие ключ с трансформаторной нагрузкоЙ управляемый икшуль ными Сигналами 13иt23. Недостатке известных преобразова телей является низкий КПД, объясняемый наличием цепей дe шфи oвaиия колебательного процесса в трансформаторе. Наиболее близким к преуцлагает сяиу является высоковольтный источник электропитания, содержащий эадающий генератор подктноченный к одному из входов широтйо-импульсногр модулятора i другой вход которого соединен с источнике модулирующего напряжения, а также ключевой элемент с резонансным повышанндим трансформатором и выходным вьшрямителем 3 Л. Недостатком известного преобра оВателя является низкий средний КПД в диапазоне изменений величины модулирующего напряжения. Объясняется это тем, что обеспече ние высокого КПД преобразователя воз можно для Какого-то одного, определенного соотношения Фаз импульсов управления работой ключевого каскада и колебательногс процесса, возникающего в трансфо1 аторе в моменты запирания ключевого каскада, а изменение величины модулир уюмего напрязкения и связанное с ним изменение йлительности импульсов управления ( сохранении неизменной «х фазы ) ПРИВОДИТ к изменению фазы колебатель ного процесса, что исклачает возможность сохранения оптгаюльйого соотношения указаннызс фаз во всем диапазоне изменеййй величины модулирующего напряжения и, iB результате, сни жает КПД. : :. . : i i Цель изобретения - увеличение КПД источника в ди азрне изменевйй вели чины модулирующего напря вия. Поставленная цель достигается - тем, что в выСокон)рльтный йСФочивк Х1ектрбпит4ния, содержаюй зад2во«й|ий Х5еиератор( подключенный к piuHiswy из взсрдов1 йиротно-импульсйого модулятора, а другой 1ВХОД которого соедй ней с ИСТОЧНИКОМ модулирудафро ЧаПряжения, кл1оч е&Ьй каскад Орёзонайс HfcjM : повьиаающйм трансформато|х м н ;8|хк(дЙЬ1Й вьшрясмителем, одиЬт я( и схема сйвпадения одйн из входов которой подключен к выходу )-и Й1ульсного модулятора Ц: другой - It выходу аднстибратора, причем вход порледнёго соединен с одной из обмоток трансфр)Е 4атора, а выход схемы совпадения подключен к управляющему входу ключевого каскада. Суть:изобретения заключается в , что импульсы управления работой ключевого каскада фазируются колебательньвл процесс : в трансформаторе, а не сигнале задающего генератора, :как;это имеет место в известном преобразователе. На чертеже приведена структурная схема высоковольтного источника электропитания. Устройство содержит задающий генератор 1, выход которого подключен к входу широтно-импульсного модулятора 2. К второму входу 3 последнего подключен источник модулирующего напряжения. Выход модулятора соединен с одним из входов схемы 4 совпадения. Шлход схемы совпадения соединен с управляющим входом клюгчевого каскада 5. Нагрузкой ключевого каскада является резонансный повьшающий трансформатор б. Шдсоковольтный выход трансфОЕ латора 6 подключен к вьшрямитело 7, выход 8 которого является выходом преобразователя. Выход одной из обмоток трансформатора подключен к входу запуска одновибратора 9. Выход одновибратора соединен с входом схемы совпадений. Для обеспечения начального запуска в источник введен также клапанирующий каскад 10, сигнальный вход которого соединен с выходом задающего генератора, а на управляющий вход 11 подается часть выходного напряжения источника. Выход клапанирующего каскада 10 соединен с входом запуска одновибратора 9. Для получения линейности модуляционной характеристики источника с учетом возможной нестабильности частоты задшедего генера ор 1, период слеяйвания его импульсов выбирают раань Т J,. « iO,8 К) 1,где T g реЗрнавсмая частота трансформатора 6, К - параметр, характеризующий длительность свободных колебаний в трансФорматоре 6. Параметр К выбирают из ряда О, 1, 2, 3 ... ;и т.д. (выбор значения К определяется компромисоМме) получением высокого КПД прёрбраз.овдтеля и обеспечением его устойчивого згигуска. Экспериментально Установлено, что этим требованиям удо йлетворяет tt 1 и вьяае, причем увёЛ1Й ви ё К на единицу приводит К сайже| гаа ШШ | феобразователя приMBptiO на 10%. При 1C 1 допустимая неставндаЬнЬсть згодающего гёнерато.рв .яос и-гает ;--: ;:2(j%).; , , д а тельностей выходных имкуль сов мсщуля тора выбирают равным tOii ифдудагруюадёе напряжение, поступаюUee на вз{од 3 модулятора цепи обратной связи (н0 показано , ) быть сймфазньш напряжёашо на яькояе 8 йреобразрватедя,.

Для обеспечения мцнЮ1сшьиых трее|о вакий к стабильности сщиовйбратора его запуск осуш|ес-|;вля1бт резонамсншл; максимумом напряжения на трансформаторе б. При этом длительность звыходных импульсов рднсвибратора 9 выбирают для дрстижения максимального кпд преобразователя равной 0,5 ре

Схема 4 совпадений реализуется так, чтЬбы передний и згщний фронты ее ВЫХОДНОГО:сигнала совпадали с задними фронтами импула сов, по ступаюлих на ее входы соответствен с модулятора 2 и одновибратора 9.

В зависимости от используемой длементной базы схема 4 совпадений может выполнена ва основе импульсно-управляетлбго RS-триггера, либо, как показано на чертеже, на потенцигшьшлх элементах Hip, И.

Высоковольтный источник электропитания работает следу11КФ1м образом.

В установийоемся режиме под воздействием импульсов; згщуска с задающего генератора 1 и в «зоответствии с величиной модулйру эдего напряжения на входе Э модулятор 2 вьфабатываёт широтно-модуЛированные шлпульсы с постоянной фдзой переднего фронта и V изменякнцейся фазой заднего. Эти ш« ульсы, взаимодействуя в 4 сов паденн с импульсами одновибратора 9 преобра зуются в широтйо-модулирова - ные импульсы с иэменяЩимися фазами обоих фронтов. Причём: фаза заднего фронта задаемся через одновибратор $ максимумом резонансного напряхсения на трансформаторе б (одйовйбратор запускается до отпйраиия ключевого каскада 5 ), а фаза переднего фронта и, следовательно/длительность импульса устанавливаются в соответствии с -величиной напряжения модуля «ти на входе 3. Широтнй-модулированЕше импульсы со схемы 4 совпадений поступают на вход. кл1счевого каскада 5 и управляют длительностыр его от-. крытого состояния.;

Изменения величины модулирующе- , го нё1пряженйя и о на входе 3 и свяэаншле с Ними изменения фазы коле6aTejibHoro nipoueoca в тра нсформаторе 6 вызывают через одновибратор 9 и схему 4 совпадений соответствупцйе изменения фазы заднего фронта широт- но-модулИроваНных. импульсов управле нйя работой ключевого каскада 5, В результате соотнсиоенйе ука:3анных фаз поддерживается постоянным и не зависит от величины модоглиру1(мцёго напряжения. - .,.;...;,i.;

Начальный запуск 6дновиб| атор 9 а с ним и всего источника, осуществляется згщаюс нм генератором; 1 через клапаннруЦ)1ф1й каскад Ю. По мере нарастания выэсодного напряжения источника и соотвётствухнцего увеличения нашряження обратной UQI на входе 11 клапанируювшй каскад закрывается, а дальнейишй запуск одновибратора 9 осу14есттляе:гся напряжением, поступшо1ф1м с трансформатора б.: ; . -.. :.. .;.- -;.. - -;:, -

Обеспечение взаимного иостоянст-; ва фаз колебательного процесса В трансформаторе и импульсов управления работой tuiD04eBbro каркада позволяет поддерживать их оптшлаль ное соатношенне во всем диапазона г изменений величины («эдулнрутаегр йаг пряжения, и вследствие этого, увбли чиваёт средний КПД источника.

Креме увеличения среднего КЦД ; предлагаемое нзобрез ение поэв1рляет улу ялнть весо-габаритные характерйстик гисточника, а также увеличить :его надежность и устойчивость в . . . . - . .. . , .

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержаишй задающий генератору подклк1ченный к одному ,из входов широтно-импульсного ьюду:лятора, другой вход которогю соёдииеи с источником яюдулирУющего напряжения, ключевой каскад с резонансным повышающим трансформатором ; и выходным выпрямит елем, о т л ич а ю щ и. и с я тем, что, с целью повЕлиения КПД в даалазоне изменений величины модулирующего напряжения, введены однрвибратор и схема совпадеиий, О1ДИИ из входов которой подключён к выходу ишротно-импульсного модулятора, а другой: - к выходу одновибратора, вход которого соединен с одной из oOMOTfOK трансформатора, а выход схеьш совпгщения подключен к управляющему входу ключевого каскада. О N) О Oiiii