Высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения Советский патент 1991 года по МПК G05F1/563 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электропитания электронных и ионных пушек.

Целью изобретения является повыше- ние стабильности и уменьшение пульсаций выходного напряжения.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного высоковольтного стабилизатора постоянного напряжения.

Устройство содержит однофазный трансформатор с трехстержнёвь1м магнито- проводом 1. первичной 2 и вторичными 3-5 обмоткамиу умножитель б- напряжения, фильтр 7, усилители 8, 9 сигнала расеогла- сования, вспомогательные выпрямители 10,

11,транзисторный регулирующий элемент

12,регулятор 13 напряжения параллельного типа с конденсаторным фильтром 14, балластным резистором 15 и транзистором 16, диод 17, Вторичная обмотка 5 трансформатора и вспомогательный выпрямитель 11 со ставляют в совокупности источник постояннргрнапряжения.Позициями 18,19

на схеме обозначены клеммы для подключе- ния истЬчника переменного напряжения, позициями 20, 21 -: клеммы для подключения нагрузки, а позицией 22 - потенциальный вывод источника опорного нап ряжения. Первичная обмотка 2 и вторим- ная обмотка 5 трансформатора расположе- нь1 на одном из стержней магнитопровод.а 1, а вторичные 3v4 - на других его стержнях. Первичная обмотка 2 соединена с клеммами 18, 19. Вход умножителя 6 на- пряжения подключен к вторичной обмотке 3. Входной потенциальный вы,вод фильтра 7 соединен с выходным высокопотенц,иаль- ным выводом умножителя 6 напряжения, а выход - с клеммами 20; 21, Опорный вход усилителя В сигнала рассогласования подключен к выходной цепи источника опорно- го напряжения с потенциальным выводом 22, а сигнал ьный вывод соединен с выходной цепью регулятора.13 на- пряжения. Транзисторный регули рующий элемент 12 включен через вспомогательный выпрямитель 10 между выводами вторичной обмотки 4 трансформатора и соединен управляющим входом с выходом усилителя 8 сигнала рассогласования. Питающий вход регулятора 13 напряжения соединен с выходом источника постоянного напряжения (с выходом вспомогательного выпрями- теля 1.1), а выход включен между выходным низ.копотенциальным выводом умножителя б.напряжения и шиной нулевого потенциала. Сигнальный и опорный входы усилителя 9 сигнала рассогласования подключены к выходным цепям соответственно стабилизатора, и источника опорного напряжения с потенциальным выводом 22, а выход - к управляющему входу 13 напряжения, выход которого зашунтиро- ван диодом 17, включенным в обратном направлении,

Р аботает устройство следующим образом.

Первичная обмотка 2 трансформатора, намотанная на крайнем стержне магнито- провода 1 воспринимает входное переменное напряжение UBX и создает магнитный поток Ф:2, который перераспределяется между другими стержнями магнитопровода 1с вторичными обмотками .3, 4 Фз, ФА. В любой момент времени сохраняется Основное соотношение для магнитных потоков:

Ф2 Фз+Ф4 или Фз Ф2 - Ф4

На вторичной обмотке 3 с числом витков Ws переменное напряжение 1з определяется как

d Ф2 d Ф4

ь - d Фз

dt

dt

Изменением тока, протекающего по вторичной обмотке 4, достигают перераспределения магнитных потоков Фз и Ф4, чем и обеспечивают возможность регулирования напряжения 1з.

Сразу после включения устройства выходное напряжение Увых еще не достигает своего номинального значения. На выходе усилителя 9 сигнала рассогласования уста навливается отрицательное напряжение Ug, которое запирает транзистор 16 регулятора 13. Этим «а выходе регулятора 13 обеспечивается максимальное напряжение Ui3.которое складывается с выходным напряжением U6 умножители 6..

Рост Ui3 выше уровня, определяемого величиной опорного напряжения Uon, приводит к увеличению положительного напряжения Us на выходе усилителя 8 сигнала рассогласования, что, в свою очередь, дополнительно открывает регулирующий- транзиртор 12i Увеличение коллекторного тока Ii2 вследствие роста напряжения Us приводит к увеличению тока, протекающего по вторичной обмотке 4. Тем самым увеличивается магнитное сопротивление среднего стержня магнитопровода 1, что обусловливает перераспределение потоков Ф4 и Фз в сторону увеличения последнего. Напряжение 1з наминает возрастать,()астут выходное напряжение-Ue умножителя б и выходное напряжение ивых всего, стабилизатора..

Когда напряжение Увых на выходе стабилизатора достигает номинального уровня, определяемого величиной Uon, напряжение на выходе усилителя 9 становится положительным, и транзистор 16 приоткрывается. Этим самым уменьшается напряжение Ui3 на выходе регулятора 13. что замедляет рост выходного напряжения UaMxё номинальном режиме канал регулирования, включающий в себя усилитель 8 сигнала рассогласования, регулирующий транзистор 12, выпрямитель 10 и вторичную o6MotKy 4. обеспечивает поддержание напряжения и 13 на выходе регулятора 13 близким к требуемому уровню, задаваемому .напряжением Uon и соотношением резисторов делителя во входной цепи усилителя 8

Регулятор 13 напряжения, выполненный в виде непрерывного транзисторного регулятора параллельного типа, характеризуется высоким быстродействием, чем достигаются высокие фильтрующие и точностные характегристики стабилизатора в иелом. По сравнению с известными устройствами наличие в выходной цепи умножителя 6 напряжения дополнительного быстро/действующего регулятора позволяет при тех же массогабаритных показателях фильтрующих элементов в несколько р.аэ

снизить амплитуду пульсаций выходного напряжения Квых. При скачкообразных изменениях входного напряжения UBX и тока нагрузки существенно повышается стабильность выходного напряжения Увых. поскольку минимальная инерционность регулятора 13 обеспечивает активное подавление выходной переменной составляющей в диапазоне от единиц герц до единиц килогерц.

Использование в качестве дополнительного регулятора 13 напряжения параллельной схе.мы включения транзистора 16 существенно повышает надежность работы всего стабилизатора в режимах кратковрег

менных пробоев между выходными клеммами 20,21. Даже при коротком замыкании на выходе стабилизатора напряжение на транзисторе 16. не может превысить уровня напряжения источника постоянного

напряжения (несколько десятков вольт). При этом ток короткого замыкания вообще не протекает по регулирующему транзистору 16. а течет по обратному диоду 17 и параллельно - по цепи конденсатор 14 балластный резистор 15. Поскольку перегрузочная способность по току диодов, конденсаторов и резисторов существенно выше, чем транзисторов, надежность работы данного стабилизатора оказывается

весьма высокой.