Высоковольтный регулируемый источник вторичного электропитания Советский патент 1984 года по МПК G05F1/56 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных источников вторичного электропитания широкого класса электронных приборов. Известны источники, в которых высокое напряжение получают путем преобразования постоянного напряжения питания в переменное с последующей трансформацией этого напряжения и дальнейшим выпрямлением-умножением. Преобразователи напряжения в этих источниках выполнены обычно на транзисторах, работающих в ключевом режиме 1. Недостатком указанных высоковольтных источников является весьма малый диапазон регулирования выходного напряжения. Это объясняется тем, что применяемые в этих источниках известные принципы регулирования выходного напряжения путем изменения величины напряжения питания преобразователя могут обеспечивать только сравнительно малое изменение выходного напряжения и поэтому используются исключительно для целей его стабилизации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения, содержащий низковольтный источник питания, импульсный преобразователь, состоящий из последовательно соединенных дросселя и накопительного конденсатора, причем конденсатор через тиристор с узлом управления соединен с первичной обмоткой повыщающего трансформатора 2. Недостатком устройства является небольщая глубина регулирования выходного напряжения и, что во многих случаях особенно важно, невозможность регулирования выходного напряжения, начиная с его нулевого значения. Указанный недостаток обусловлен самим принципом регулирования выходного напряжения, который заключается в следующем. Накопительный конденсатор, соединенный последовательно с источником питания и дросселем, периодически разряжают через тиристор на обмотку по вышающего трансформатора. При этом, если процесс разряда носит колебательный характер и протекает быстро, напряжение на конденсаторе в момент его разряда можно регулировать путем изменения периода включения тиристора. Если период включения тиристора установить равным периоду собственных колебаний зарядной цепи дроссель-конденсатор, то в схеме установятся колебания, при которых тиристор всегда будет включаться в моменты времени, когда напряжение на конденсаторе минимальное55 и по величине в несколько раз меньше напряжения источника питания. В эти моменты конденсатор в ходе процесса колебаний в зарядной цепи обладает минлмаль ной энергией. При установке периода включения тиристора равным половине периода собственных колебаний зарядной цепи напряжение на конденсаторе в моменты включения тиристора будет максимальным и по величине в несколько раз большим, чем напряжение источника питания, так как конденсатор в эти моменты времени обладает максимальной энергией. Таким образом, при изменении периода включения тиристора в указанных пределах напряжение на конденсаторе в моменты его разряда, а соответственно, и выходное напряжение источника будет изменяться от некоторого минимального до максимального значения. При этом, однако, величина как минимального, так и максимального значения напряжения на конденсаторе определяется добротностью зарядной и разрядной цепей, причем величина минимального напряжения резко возрастает с уменьщением этих добротностей. Учитывая неизбежные потери энергии, можно утверждать, что получение нулевого начального напряжения в таких источниках принципиально недостижимо. Из-за потерь в стали дросселя и отдачи энергии в нагрузку добротность зарядной и разрядной цепей невелика и практическое минимальное значение выходного напряжения в таких устройствах составляет 5-8 кВ (при максимальном значении - 60-80 кВ). Вследствие большого значения начального напряжения такие высоковольтные источники во многих случаях (например, при тренировке маломощных генераторных ламп. испытании изоляии и т. д.) не могут быть использованы. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтном регулируемом источнике вторичного электропитания, содержащем низковольтный источник питания, импульс ный преобразователь, состоящий из накопительного конденсатора, параллельно которому включена последовательная цепь из тиристора с узлом управления и первичной обмотки повыщающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к выходному выпрямителю, накопительный конденсатор установлен в цепь эмиттера вновь введенного транзистора, коллектор которого подключен к соответствующему выводу низковольтного источника питания через дополнительный резистор, а база соединена с движком переменного резистора. подключенного параллельно низковольтному источнику. На фиг. 1 приведена функциональная схема высоковольтного регулируемого неточника электропитания на фиг. 2-4 - кривые напряжений и токов в схеме. Устройство содержи т источник 1 питания, импульсный преобразователь 2, включающий последовательно соединенные накопительный конденсатор 3, тиристор 4 и первичную обмотку повышающего трансформатора 5, вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю 6, а также узел 7 управления тиристора, осуществляющий коммутацию тиристора, и транзистор 8, коллектор которого соединен с положительным полюсом источника питания через резистор 9, эмиттер соединен с отрицательным полюсом источника питания через накопительный конденсатор 3, а база соединена с движком регулируемого резистора 10, подключенного параллельно источнику 1 питания. Устройство работает следующим образом. Напряжение на конденсаторе 3 (фиг. 1), включенном в эмиттерную цепь транзистора 8, повторяет напряжение на базе этого транзистора. Поэтому величина напряжения на конденсаторе 3 может регулироваться в пределах О-Е с помощью резистора 10. При включении тиристора 4 в момент tf (фиг. 2-4) начинается разряд конденсатора 3 на первичную обмотку повыщающего трансформатора 5. Процесс разряда носит колебательный характер, что обусловлено наличием индуктивности рассеяния трансформатора или специально включенной индуктивностью. В силу униполярной проводимости тиристора 4 через него протекает только одна полуволна разрядного тока ip, после чего тиристор выключается. Напряжение на конденсаторе в цикле разряда изменяется от значения Uc(+) до значения Uc (-) по гармоническому закону, а напряжение на аноде тиристора изменяется в тех же пределах скачкообразно. При этом на вторичной обмотке повыщающего трансформатора 5 наводится импульс напряжения 1, повторяющий по форме перепад напряжения на конденсаторе, но увеличенный по амплитуде в п раз. Длительность этого импульса равна половине периода собственных колебаний разрядной цепи. Периодическая последовательность таких импульсов поступает далее на выпрямитель 6, на выходе которого образуется выпрямленное напряжение. В момент времени tj тиристор вЪ1ключается и начинается цикл заряда конденсатора 3 через транзистор 8 и резистор 9 до напряжения, установленного резистором 10. При этом важно отметить, что в этот момент управляющее напряжение транзистора база-эмиттер равно примерно удвоенному начальному значению напряжения на конденсаторе (из-за перезаряда конденсатора до значения Ucc-). Транзистор, таким образом, оказывается в состоянии насыщения, и скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепочки элементов 3 и 9. Для того, чтобы конденсатор успевал зарядиться до своего максимального напряжения Е, постоянная времени заряда должна быть примерно в 3 раза меньще периода включения тиристора. Для ограничения импульса базового тока в цепь базы необходимо включить резистор, не показанный на схеме. Резистор 10 позволяет регулировать напряжение UcCt)Ha конденсаторе от нуля до величины Е. Пропорционально этому изменяется и выходное напряжение источника. Так как заряд конденсатора происходит через резистор 9, то КПД предлагаемого источника не может быть больше 0,5. Однако, учитывая небольшую выходную мощность устройства, этот недостаток окупается простотой и надежностью схемы. Таким образом, преимущество предлагаемого высоковольтного регулируемого источника заключается в большой глубине регулирования выходного напряжения (от нуля), а также простоте и надежности схемы.

IP

фиг.З

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ, содержащий низковольтный источник электропитания, импульсный преобразователь, состоящий из накопи-тельного конденсатора, параллельно которому включены последовательная цепь из тиристора с узлом управления и первичной обмотки повышающего трансформатора, вторичная обмотка которого подключена к выходному выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования выходного напряжения, накопительный конденсатор установлен в цепь эмиттера вновь введенного транзистора, коллектор которого подключен к соответствующему выводу низковольтного источника питания через дополнительный резистор, а база соединена с движком переменного резистора, подключенного параллельно низковольтному источнику. S (Л с со Н ьо Фиг.

U-,