Генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1985 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области импульсной техники, в частности к мощным генераторам прямоугольных импульсов с частичным разрядом емкостного накопителя энергии, используемым преимущественно в электрофизических установках (ускорителях заряженных частиц, квантовых генераторах и т.п.).

По основному авт.св. № 930603 известен генератор, содержащий емкостной накопитель энергии, соединенный одним выводом с общей шиной, другим выводом с началом обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с общей шиной а управляющим электродом - с входом устройства регулируемой задержки, второй ключ, соединенный катодом с общей шиной, управляющим электродом с выходом устройства регулируемой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляющим электродом с источником пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключей, диод и вторую обмотку дросселя с числом витков меньшим, чем у первой обмотки, анод диода через резистор соединен с общей шиной, а кЛ-од соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с общей шиНЪй, ано третьего ключа соединен с анодом первого ключа, а к точке соединения третьего ключа с катодом анода присоединено начало второй обмотки дросселя, конец которого соединен с анодом второго ключа.

Недостатком указанного устройства является низкий КПД за счет отсутствия рекуперации энергии.

Целью изобретения является повышение коэффициента полезного действия за счет рекуперации энергии из вспомогательной цепи в емкостной накопитель.

Цель достигается тем, что в генератор прямоугольных импульсов введены трансформатор с двумя обмотками первый и второй диоды, второй конденсатор, четвертый ключ, вторая линия задержки, при этом анод четвертого ключа через первичную обмотку трансформатора соединен с общей,шиной, ка тод через второй 1 онденсатор соедине с общей шиной, а через первый диод соединен с обкладкой первого конденсатора, управляющий электрод четвертого ключа соединен с выходом второй линии задержки, вход которой.соединен с устройством регулируемой задержки импульсов, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены соответственно с общей шиной и через второй диод с емкостным накопителем.

Генератор выполнен согласно схеме, показанной на чертеже.

Он содержит емкостной накопитель энергии 1, дроссель 2 с обмотками первой 3 и второй 4 (начала обмоток отмечены точками), первый ключ 5, устройство регулируемой задержки импульсов 6, нагрузку 7, второй ключ 8, конденсатор 9, третий ключ 10, источник пусковых импульсов 11, первую линию задержки 12, первый диод 13, импульсный трансформатор 14 с обмотками вторичной 15 и первичной 16, четвертый ключ 17, вторую линию задержки 18, второй конденсатор 19, второй дИод 20, между шинами источника питания включены последовательно соединенные обмотка 3, ключ 5, нагрузка 7, конденсатор 9 через ключ 8 подсоединен параллельно обмотке 4. Параллельно источнику питания включен накопитель 1, который через диод 13 включен параллельно обмотке 15 трансформатора 14, обмотка 16 которого через ключ 17 подключена параллельно конденсатору 19, который через диод 20 включен параллельно конденсатору 9, источник 11 пусковых импульсов подключен через линию задержки 12 к управляющему электроду ключа 5 и дополнительно через устройство задержки импульсов 6 к управляющему электроду ключа 8, который через линию задержки 18 к управляющему электроду ключа 17, ключ 10 включен между конденсатором 9 и точкой соединения обмотки 3 и ключа 5.

В исходном состоянии напряжение на конденсаторах 9 и 19 отсутствует. Первым от источника пусковых импульсов 1Г включается третий ключ 10, и начинается заряд первого конденсатора 9 через первую обмотку 3 дросселя 2 от емкостного накопителя 1, заряженного до напряжения Е .Через время, необходимое для достижения на конденсаторе 9 напряжения, равного Е , включается первый ключ 5 импульсом, задержанным первой линией задержки 12. После включек 1Я пер3вого ключа 5 заряд первого конденса тора 9 прекращается и третий ключ 1 выключается, а в нагрузке 7 формируется импульс с крутым фронтом и прямоугольным началом при условии, что волновое сопротивление цепи, образованной первой обмоткой дросселя 3 и первым конденсатором 9, ра но сопротивлению нагрузки 7. Через время, равное требуемой длительности импульса в нагрузке 7 и устанавливаемое с помощью устройства ре гулируемой задержки 6, включается второй ключ 18 и через него и вторую обмотку дросселя 4 начинается разряд первого конденсатора 9. Так как число витков второй обмотки 4 меньше числа витков первой обмотки 3, на, последней возникает напряжение, большее Е, выключающее первый ключ 5. В процессе разряда первого конденсатора 9 напряжение на нем уменьшается до нуля, а затем ток, обусловленный ЭДС самоиндукции второй обмотки 4, начинает течь по двум параллельным ветвям: через первый конденсатор 9 и второй конденсатор 19 (через первый диод 13). Чем больше суммарная емкость конденсаторов 9 и 19, т.е. чем боль ше емкость конденсатора 19 по срав0,4 нению с емкостью конденсатора 9 тем меньше напряжение на конденсаторах к концу перезарядк и тем соответственно меньшее перенапряжение образуется на первом ключе 5. После уменьшения до нуля тока э цепи второго ключа 8 последний выключается и включается четвертый ключ 17 импульсом, задержанным на соответствующее время второй линией задержки 18. После включения четвертого ключа 17 происходит разряд конденсатора 9 и 19 на емкость накопителя 1 через импульсный трансформатор 14. Для полной передачи энергии из конденсаторов 9 и 19 в накопитель 1 за время одного полупериода колебательного разряда конденсаторов коэффициент трансформации иютульс- ного трансформатора 14 должен быть такоз, чтобы напряжение на конденсаторах, приведенное к вторичной обмотке 15, было в два раз вьш1е напряжения на накопителе. Таким образом,к началу следующего цикла работы генератора, конденсаторы 9 и 19 полностью разряжены, а КПД генератора при этом максимален. Данный генератор отличают высокий КПД и малое перенапряжение на элементах схемы.

ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ по авт.свт. № 930603, отличающийся тем, что, с целью повьшения КПД за счет рекуперации энергии из вспомогательной цепи в емкостный накопитель, в него введены, .трансформатор с двумя обмотками, первый и второй диоды, второй конденсатор, четвертый ключ на тиристоре,вторая линия задержки, при этом анод четвертого ключа через первичную обмотку трансформатора соединен с общей шиной, катод через второй конденсатор соединен с общей шиной, а через первый диод соединен с обкладкой первого конденсатора, управляюпщй электрод четвертого ключа соединен с выходом второй линии задержки, вход которой соединен с устройством регулируемой задержки импульсов, выводы вторичной обмотки трансформатора соединены соответственно с общей шиной и через второй ё диод с емкостным накопителем.