Стабилизатор импульсного напряжения Советский патент 1983 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к электро.технике и может быть применено преимущественно для получения электрических импульсов стабильной амплитуды, подаваемых на внешнюю нагрузк например магнетронный генератор СВЧ в установке для сварки пластмассовы изделий, а .также в передатчиках СВЧ В технологическом оборудовании дл термической обработки пластмасс в СВЧ электрическом поле известны ген раторы стабильного импульсного напр жения с разрядом линии .формирования для питания, например, мощных магне ронных- генераторов СВЧ.В генераторах обеспечивается возврат, избыточ ной энергии в источник питания или накопитель для повышения КПД С.1 1 и 2. Недостаток устройства - невысока точность стабилизации амплитуды импульсов, а также ограничение максимальной частоты их следования. В ряде случаев отсутствует -защита устройства при потере управляемости рег лирующего тиристора и/или разрядного коммутирующего элемента. В другом устройстве передача из быточной энергии из зарядного дросселя в процессе стабилизации происходит в источник питания, что замет но ограничивает максимальную величи ну частоты следования импульсов. Это ограничивает возможности применения устройства. Наиболее близким к предлагаемому является импульсный модулятор со стабилизацией амплитуды импульсов содержащий входные клеммы, последовательно соединенные зарядный дроссель, и зарядный диод, генератор импульсов. Генератор содержит разрядный коммутирующий элемент, например тиратрон, зашунтированный последовательно соединенными основным емкостньм накопителем энергии и нагрузкой, причем катод тиратрона соединен с общей шиной и минусом источника питания. Точка соединения анода тиратрона с накопителем является входом генератора .импульсов. . Параллельно входу генератора вклю чен резистивный делитель напряжения средний вьюод которого (выход делителя ) через пороговый элемент соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора. Его катод соединен с общей шиной, а анод - с одним из крайних выводов дополнительной обмотки дросселя. Накопительный конденсатор включен между общей шиной и средним выводом дополнительной обмотки. Второй крайний вЕлвод этой обмотки -соединен с катодо дополнительного коммутирующего элемента на тиристоре, анод которого соединен с общей шиной Управляющий электрод дополнительного коммутирующего тиристора через элемент задержки соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора. С анодом зарядного диода соединен катод возвратного диода, анод которого соединен с общей/шиной. При сбоях в работе устройства задержки или при воздействии наводок может происходить одновременное отпирание тиристоров, что вызывает потерю их управляемости, закорачивание зарядного дросселя и вследствие этого возникновение аварийного режима короткого замыкания источника. То же может произойти в случае, когда на сетку коммутирующего тиратрона поступают импульсы запуска в моменты времени, предшествующие окончанию заряда накопителя. При этом тиратрон не выключается- ( теряет управляемость ) после разряда линии, так как ток через него поддерживается за счет энергии, накопленной в дросселе. . На точность стабилизации импульсного напряжения влияет энергия, накопленная в индуктивности рассеяния зарядного дросселя к моменту включения регулирующего тиристора. В этих условиях в упомянутой ИН-. дуктивности рассеяния возникает перепад ЭДС самоиндукции, задерживающей запирание зарядного диода на некоторое время Т после того, как включится дополнительный коммутирующий тиристор. Основная обмот ка зарядного дросселя в это время зашунтирована через половину дополнительной обмотки и тиристор накопительным конденсатором. Поэтому в течение указанного промежутка времени через индуктивность рассеяния и открытый зарядный диод происходит разряд накопителя, что и вызывает снижение точности стабилизации. Время,необходимое для передачи энергии из накопительного конденсатора в источник питания, обусловливает снижение максимальной частоты, следования импульсов З . Недостатки известного устройства состоят в невысокой точности стабилизации выходного импульсного напряжения, в ограниченном диапазоне частот следования импульсов, а также в недостаточной надежности, прк потере управляемости регулирующего тиристора и/или коммутирующего элемента. Цель изобретения - повышение точности стабилизации выходного импульсного напряжения в расширением в сторону увеличения диапазоне частот следования импульсов с одновременным повышением надежности путем защиты устройства при потере управляемости

регулирующего тиристора и/или коммутирующего элемента.

Поставленная цель достигается тем,что в стабилизаторе импульсного напряжения, еодержащем входные клеммы, одна из которых, плюсовая, через зарядный дроссель подключена к аноду зарядного диода, катод которого подключен к первому выводу коммутирующего элемента и .выводу основного емкостного накопителя, второй вывод которого подсоединен к первому выводу для подключения нагрузки, включенный между общей шиной и катодом зарядного диода реэистивный делитель напряжения, среднийвывод б, например, тиристора, к аноду которого присоединены включенные последовательно основной емкостныйнакопитель 7 (например, в виде линии формирования) и нагрузка 8. Катод тиристорЪ 6 соединен с общей шиной. Параллельно тиристору 6 вкл чен резистивный делитель 9 напряжения. ЕГО средний вывод (выход делителя ) через пороговый элемент 10 соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора 11, катод которого соединен с общей шиной.- . Первая обкладка накопительного конденсатора 12 соединена с минусом источника 1. Имеется также дополнительный коммутирующий элемент 13 в виде транзистора, коллектор которого соединен с общей шиной, элемент 14 задержки и возвратный диод 15, катод которого соединен с объединенным вьгаодом зарядного дросселя 3 и анода диода 4.

В стабилизатор введены разрядный диод 16, зашунтированный резистором 17, разделительный диод 1&, логический элемент ИЛИ 19 и дроссель 20,

При этом диод 16 включен в проводящем направлении между общей шиной и соединенными между собой водами нагрузки 8 и первого вход элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с управляющим электродом тиристора 6 через элемент 14 задержки. Вторая обкладка конденсатора 12 через дроссель 20 соединена с выводами анода диода 15 и катода диода 18, анод которого соединен с общей шиной.

Анод тиристора 11 соединен с анодом диода 4. Эмиттер транзистора 13 соединен с минусом источника. 1, а база связана с выходом элемента ИЛИ 19, например, через разделительный трансформатор 21 (.возможно использование оптоэлектронного элемента связи, обеспечивающего гальваническую развязку К

Стабилизатор работает следующим образом.

Импульс запуска Е{, (.Фиг. 2 а) задерживается на время Т-, в элементе 14 задержки и через элемент ИЛИ 19 и ТЕ ансформатор 21 поступает в виде импульса (ФК1. 25) на базу транзистора 13. Этот транзистор от пирается ,и через него, источник 1 питания, дроссель 3, диод 4, цепь нагрузки В и низкоомный резистор 17 начинается резонансный заряд основного накопителя 7 (при этом предполагается, что загрузка 8,например

0 магнетрон, подключена между накопителем 7 и резистором 17 через согласующий импульсный трансформатор, а задержка времени Т превышает д.пительность Э Выходных импульсов (фиг. 2 5 , е. Падение напря;хения

5 Ц,.,(фиг. 2 ) на резисторе 17, образующееся в результате протекания через него зарядного тока накопителя 7, через элемент ИЛИ 1,9 и трансформатор 21 прикладывается к базе

0 которого подключ:ен к входу порогового элемента, соединенного выходс 1 с управляющим электродом регулирующего тиристора, соединенного катодом с общей шиной и с вторым выводом ком5мутирукяцего элемента, накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входной клеммой, элемент задержки, возвратный диод, катод которого подключен

0 к аноду зарядного диода, дополнительный коммутирующий элемент, введены разрядный диод, разделительный диод, логический элемент ИЛИ и дроссель , при этом разрядный диод зашун5тирован резистором и включен в проводящем направлении между общей шиной и вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одним из входов логического элемента ИЛИ, второй

0 вход которого соединен с управляющим электродом разрядного коммутирующего элемента и с входом запуска ста билизатора через элемент задержки, вторая обкладка накопительного кон

5 денсатора через введенный дроссель соединена с анодом возвратного диода и с катодом разделительного диода, анод которого соединен с общей шиной анод регулирующего тиристора соединен с анодом зарядного диода, а меж0ду общей шиной и минусовой клеммой силовыми выводами включен введенный дополнительный коммутирующий элемент управляющий вход которого через введенный разделительный трансформа5тор соединен с выходом логического элемента ИЛИ.

Благодаря введенным элементом и связям между ними обеспечивается

0

повышение- точности стабилизации выходного импульсного напряжения в расширенном (в сторону увеличения; диапазоне частот следования импульсов вследствие того, что анод зарядного диода через регулирующий

тиристор соединяется с общей шиной, а энергия из накопительного конденсатора передается в основной накопитель во время его заряда от источника питания. Одновременно обеспечивается защита при потере управ- ляемости регулирующего тиристора и/или разрядного коммутирующего элемента путем разрыва цепи заряда основного накопителя по постоян-. ааму току. Это обеспечивает как ограничение величины тока короткого замыкания, так и запирайие потерявших управляемость тиристоров.

На фиг. 1 показана принципиальна электрическая схема стабилизатора импульсного, напряжения; на фиг. 2 эпюры напряжений на элементах устройства .

Стабилизатор (фиг. i) содержит источник 1 питания, зашунтированный конденсатором 2 фильтра. К njuoc источника 1 через заря4гчый дроссель 3 подключен анод зарядного диода 4. К катоду диода 4 подключен вход генератора 5 импульсов, в составе разрядного кс 1мутирукяцего элемента транзистора 13 и удерживает его в открытом состоянии после окончания импульса Е з{фиг. 2 5, в).

Как только напряжение .Е- на накопителе 7 в процессе заряда достигает заданного уровняЕ-,„о„(фиг. 2) , несколько меньшего, чем удвоенное напряжение источника 1 питания, происходит срабатывание порогового элемента 10 под действием сигнала, поступающего на его вход от средней точки делителя 9 напряжения. Выходным импульсом порогового элемента 10 отпирается тиристор 11, пр этом напряжение его аноде и напряжение на аноде диода 14 спадает практически до нуля (фиг. 2Э). Благрдаря этому диод 4 надежнр запирается и дальнейший заряд накопителя 7 прекращается. Напряжение ЕТ на нем таким образом фиксируется на заданном номинальном уровне E-, const (фиг. 2 в). Напряжение и на резисторе 17 в момент отпирания тиристорй. 11 обращается в нуль, что выэьюает запирание транзистора 13 (фиг. 2в), После этого от источника 1 череэ дроссель 3, тиристор 1 диод 18 и дроссель 20 начинается резонансный заряд конденсатора 12 (напряжение Е-,2 - заряда 2 ) , При этом энергия, запасенная в индуктивности рассеяния дросселя 3, передается в источник 1. В результате повышается точность стабилизации напряжения на накопителе 7 по сравнению с прототипом.

После достижения мгшсимума напряжение на конденсаторе 12 тиристор 11 запирается, так как в этот момент ток через конденсатор 12

стремится изменить свое направление (фиг, 2 г). Цепь заряда основного накопителя 7 оказывается, таким.образом, разомкнутой по постоянному току. . - При поступлении очередного импульса запуска Е( (фиг. 2 а ) на упргшляющий электрод тиристора6 через него и диод 16 происходит разряд накопителя 7 и формирование выходного импульса со стабильной амплитудой

Ug (фиг. 2е) на нагрузке 8.

Напряжение на накопителе к концу импульса становится равным нулю и тиристор6 запирается. Затем импульс

5 запуска после задержки на время Тв элементе 14 через элемент ИЛИ 19 и трансформатор 21 поступает в виде импульса базу транзистора 13. Время задержки Т элементе 14 должно быть не меньшим, чем длительность J выходного импульса на нагрузке 8 (фиг.. 2а, 5, е.

Энергия, запасенная в конденсаторе 12, через дроссель 20, диод 15

5 и открытый транзистор 13 передается в накопитель 7 (отрицательные импульсы тока фиг. 2 г). Практически одновременно протекает и процесс заря- да.накопителя 7 от источника 1 через

Q дроссель 3, диод 4, нагрузку 8 и

транзистор 13. .Благодаря этому достигается расширение диапазона частот следования импульсов по сравнению с . прототипом, где процесс передачи энергии из конденсатора 12 в источник 1 происходит после окончания заряда накопителя 7, а тиристор , 6 запускается только после окончания процесса передачи энергии.

При потере управляемости у тирис

0 тора 6 (например, при подаче импульса запуска в момент времени, предшествующий окончанию заряда основного накопителя 7) заряд накопителя 7 прекращается, падение напряжения на резисторе 17 обращается в нуль и транзистор 13 запирается. В результате цепь заряда оказывает- ся разомкнутой по постоянному току, ток тиристора б замыкается через эле

Q менты 18, 20 и 12. После окончания заряда конденсатора 12 тиристор б запирается. Благодаря этому обеспечивается защита модулятора от короткого замыкания.

Аналогично обеспечивается защита при потере управляемости у тиристора 11, которая может произойти, например, под действием наводок по j цепи его управляющего электрода.

0 Таким образом, положительный тех- нический эффект от применения предлагаемого устройства состоит в повышении точности стабилизации выходного импульсного напряжения с ояновременньш расширением диапазона

СТАБИЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входные клеммы, одна из которых, плюсовая, через зарядный дроссель подключена к аноду зарядного диода, катод которого подключен к первому выводу коммутирующего элемента и выводу основного емкостного накопителя второй вывод которого подсоединен к первому Ьыводу для подключения на- / грузки, включенный между общей шиной и катодом зарядного диода jse-. зистивный делитель напряжения, сред-, НИИ вывод которого подключен к входу порогового элемента, соединенного выходом с управляющим электродом регулирующего тиристора, соединенно- го катодом с общей шиной. и с вторым выводом коммутирующего элемента, накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входной клеммой, элемент задержки, возвратный диод, катод которого подключен к аноду зарядного . диода, дополнительный коммутирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного импульс ногсэ напряжения в расширенном в сторону увеличения диапазоне частот следования импульсов с одновременным повышением надежности, в стабилизатор введены разрядный диод, разделительный диод, логический элемент ИЛИ и дроссель, при этом разрядный диод зашунтирован резистором и включен в проводящем направлении между, общей. шиной и вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одним из входов логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с уп(Л равляющим электродом разрядного коммутирующего элемента и входом запуска стабилизатора через элемент задержки, вторая обкладка накопительного конденсатора через заведенный дроссель соединена с анодом возвратного диода и с катодом разделительного диода, анод которого соединен с общей шиной, анод регулирующего тиристора соединен с анрдом зарядного диода, а между общей шиной и минусовой клеммой силовыми выводами 4; включен введенный дополнительный комянутирующий элемент, управляющий 41 вход которого через введенный разде00 лительный трансформатор соединен с выходом логического элемента ИЛИ.