Высоковольтный регулируемый источник вторичного электропитания Советский патент 1985 года по МПК H02M3/335 

1 Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при разработке высоковольтных источников электропитания широкого класса электронных приборо По основному авт.св. № 1091142 известно устройство, содержащее йиз ковольтный источник питания, импуль ный преобразователь, состоящий из последовательно соединенных накопительного конденсатора, тиристора и первичной обмотки повышающего транс форматора, вторичная обмотка которо го подключена к выпрямителю, а такж узел управления, подкгйочниый кзшравляющему входу -иристора, и транзистор, коллектор которого соединен с соответствующим выводом низковольтного источника питания через дополнительный резистор, а база соединен с движком переменного резистора, под ключенного параллельно низковольтному источнику, 1 . Однако это устройство надежно и устойчиво работает только в стационарном режиме - при постоянной величине нагрузки выходного выпрямителя При возникновении в цепи нагрузки выпрямителя кратковременных режимов короткого замыкания или близких к ним режимов возможны сбои в работе преобразователя напряжения. Указанные режимы возникают, например, при использовании источника как генератора высоковольтных импульсов, при перебоях в процессе высоковольтной тренировки электронных приборов, при испытаниях изоляции и т.п. Причины сбоев в работе устройства в условиях кратковременных режимов короткого замыкания обусловлены сами принципом выключения тиристора - за счет перемены знака разрядного тока в цепи, содержащей последовательно включенные накопительньй конденсатор первичную обмотку повышающего трансформатора и тиристор. Для надежного выключения тиристора процесс разрядк конденсатора должен обязательно носить колебательный характер, т.е. добротность указанной цепи должна быть больше 1. Во время кратковремен ных режимов короткого замыкания источника в разрядную цепь со стороны нагрузки вносится затухание такой ве личины, что процесс1а в ней перестают носить колебательный характер. Момен ты возникновения кратковременных ре08жимов короткого замыкания на выходе источника не связаны с моментами включения тиристора. Поэтому, если замыкание выходной цепи устройства происходит во время разряда конденсаTojpa через обмотку трансформатор а и тиристор, то последний может не выключаться и останется в неуправляемом постоянно включенном состоянии, а транзистор - в состоянии насыщения. Цель изобретения - обеспечение устойчивости работы источника в условиях кратковременных режимов короткого замыкания нагрузки. Поставленная цель достигается тек, что в высоковольтный регулируемый источник вторичного электропитания введен управляемый ключ, при этом узел управления тиристора снабжен цепью с выходом, импульс управления которого сдвинут на 180° относительно основного выхода, причем силовой переход управляемого ключа включен между базой транзистора и общим выводом низковольтного источника питания, а второй выход узла управления тиристора соединен с входом управляемого транзисторного ключа. Па фиг.1 приведена схема предлагаемого высоковольтного регулируемого источника вторичного электропитания; rfa фиг.2 - кривые напряжений. Устройство, представленное на фиг.1, содержит низковольтный источник 1 электропитания, импульсный преобразователь 2, включающий последовательно coe : инeнныe накопительный конденсатор 3,тиристор 4 и первичную обмотку повышающего трансформатора 5, вторичная обмотка которого подключена к выпрямителю 6, узел 7 управления тиристора, выход которого подключен к управляющему электроду тиристора 4, транзистор 8, коллектор которого соединен через резистор 9 с положительным полюсом источника 1 питания, эмиттер транзистора через накопительный конденсато 3 соединен с отрицательньм общим выводом источника 1 питания, а база транзистора соединена с движком регулируемого резистора 10, который через резистор 11 подключен одним концом к положительному Полюсу источника 1 питания, общий вьшод которого подключен к другому концу регулируемого резистора, управляемый ключ 12, силовой переход «второго включен между базой транзис,. .-. . тора 8 и общим выводом источника 1 питания, а вход ключа 12 подключен основному выходу узла 7 управления тиристора. Устройство работает следующим образом. Напряжение на конденсаторе 3, включенном в эмиттерную цепь транзи тора 8 повторяет напряжение на баз этого транзистора (отличаясь от нег на малую величину 1 л 0,7 В, см. фиг.2). Поэтому величина напряжения на конденсаторе 3 может ре улироваться практически в пределах О - Е е помощью резистора 10. При включении тиристора 4 в момент t (фиг.2) начинается разряд конденсатора 3 на первичную обмотку пЬвьшающего трансформатора 5. Процесс разряда носит колебательный характер, что обусловлено наличием индуктивности рассеяния трансформатора или специально включенной индуктивностью. силу униполярной проводимости тирис тора 4 через него протекает только одна половина разрядного тока (длительность полуволн равна 0,5Тр(р- ) после чего тиристор выключается. Напряжение на конденсаторе в цикле разряда изменяется от значения Ц ( до значения 1 (-) по гармоническом закону, а напряжение на аноде тирис тора изменяется в тех же пределах скачкообразно. При этом на вторично обмотке питающего трансформатора 5 находится импульс напряжения, повто ряювшй по форме перепад напряжения на конденсаторе, но увеличенный по амплитуде в п раз. Длительность это импульса равна половине периода соб ственных колебаний разрядной цепи. Периодическая последовательность та ких импульсов поступает далее на выпрямитель 6, на выходе которого образуется выпрямленное напряжение. В момент времени t при перемене знака разрядного тока через тиристор, последний выктаочается и начина ется цикл заряда конденсатора 3 через транзистор 8 и резистор 9 до напряжения, установленного резистором 10. При этом важно отметить, что в зтот момент управляющее напряжение база-эмиттер транзистора равно примерно удвоенному начальному значению напряжения на конденсаторе (из-за перезаряда конденсатора ло значения Ц (-). Транзистор, та084КИМ образом, оказывается в состоянии насыщения и скорость заряда конденсатора определяется постоянной времени цепочки элементов 3 и 9.Для этого, чтобы конденсатор успевал зарядиться до своего максимального напряжения Е, постоянная времени заряда должна быть примерно в 3 раза меньше j половины периода включения тиристора. Для ограничения импульса базового тока в цепь базы должен быть включен резистор, не показанный на фиг..1. Резистор 10 позволяет регулировать напряжение Vf (+) на конденсаторе от нуля до величины Е. Пропорционально этому изменяется и выходное напряжение источника. Благодаря наличию в схеме узла 7 управления, имеющего два выхода, импульсное напряжение между которыми сдвинуто на 180,. через половину периода запускаювщх импульсов после включения тиристора 4, происходит включение транзисторного ключа на время j , в течение которого напряжение на базе транзистора 8 оказывается близким к нулю. При этом, если схема фуикционирует нормально, то величина зарядного тока, протекающего через транзистор 8, к этому моменту времени равна нулю (процесс заряда закончился) и замыкание базы с помощью ключа 12 не оказывает никакого влияния на работу схемы. Если же тиристор остается во включенном состоянии, то через транзистор и тиристор протекает ток насыщения I E/R (где R - зарядный резистор), а напряжение на базе транзистора равно Ug5 UQ;, где Ua - напряжение на аноде тиристора во включенном состоянии (см. пунктир ную линию на фиг.З). Включение транзисторного ключа 12 в зтом случ&е вызывает запирание транзистора 8 и выключение тиристора 4, после чего (момент Ц) начинает заряжаться конденсатсф 3 и продолжается нормальное функционирование схемы преобразователя. Добавочный резистор 11 предотвращает замыкание низковольтного источника 1 через транзисторный ключ 12 в верхнем положении движка переменного резистора 10. Таким образом, введение в схему высоковольтного регулируемого источника вторичного злектропитания, управляемого ключа и узла управления с двумя выходами, напряжение между

51156208

которыми сдвинуто на 180, обеспечи- преобразователя окажется благодаря вает восстановление нормальной работы резким колебаниям величины нагрузки устройства в случае, если тиристор в невыклоченном состоянии.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ВТОРИЧНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ по авт.св. К 1091142, отличающийся тем, что, с целью обеспечения устойчивости работы источника в условиях кратковременных режимов короткого замыкания нагрузки, введен управляемьй ключ, при этом узел управления тиристора снабжен цепью с выходом, импульс управления которого сдвинут на 180 относительно основного выхода, причем силовой переход управляемого ключа включен между базой транзистора и общим выводом низковольтного источника питания, а второй выход узла управления тиристора соединен с входом управляемого ключа. (Л У 35 Ю О 50

U6,iJc Uc() W7.2