Устройство защиты электронных схем, находящихся под высоким напряжением Советский патент 1989 года по МПК B23K15/00 

1

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для защиты электронной аппаратуры от перенапряжений, возникающих в результате электрических разрядов в вакууме или газе, например в электронно-лучевой сварочной аппаратуре, рентгеновских трубках и других высоковольтных устройствах.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности электронных схем, находящихся под высоким напряжением.

В электронно-лучевых пушках, как правило, катод и управляющий электрод

Я

sj

находятся под напряжением ускорения электронов (30 и более киловольт), схемы управления и питания электро- дов также находятся под ускоряющим напряжением. Энергия питания на схемы подается через высокопотенциаль- ные трансформаторы (трансформаторы с изоляцией, выдерживающей ускоряющее напряжение). При электрических . разрядах между электродами пушки в результате разряда паразитных емкостей между корпусом и элементами схем, а также между первичными и вторичными обмотками высокопотенциальных трансформаторов, выходят из строя элементы схем, находящиеся под вы3

1477528

соким напряжением относительно корпуса.

Для повышения эксплуатационной надежности электронные схемы помещаются в коаксиально расположенные экраны, выполненные в виде замкнутых оболочек, которые соединены с соответствующими напряжениям. Обмотки трансформаторов также снабжены много- слойным экраном, каждый из слоев которых соединен с соответствующим напряжением. Предлагаемая система защиты электронных схем за счет соот4

четвертый экран 15 - с пятым экраном 16, охватывающим схему 17 питания катода. Устройство помещено в корпус 18.

Для защиты электронных схем от перенапряжений они помещаются в экраны в виде шара, а шар подсоединяют к источнику высокого напряжения. В случае, если происходит электрический пробой с шара на корпус, то все элементы, находящиеся в шаре, надежно защищены оболочкой и выходить из строя не будут. Это идеаль

Изобретение относится к машиностроению ,и предназначено для защиты электронной аппаратуры от перенапряжений, возникающих в результате электрических разрядов в вакууме или газе, например в электронно-лучевой сварочной аппаратуре, рентгеновских трубках и других высоковольтных устройствах. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности электронных схем. Устройство содержит электронно-лучевую пушку, высокопотенциальные трансформаторы, схемы управления и защитные экраны. Электронные схемы помещают в коаксиально расположенные экраны, выполненные в виде замкнутых оболочек, которые соединены с соответствующими потенциалами. Высокопотенциальные трансформаторы снабжены многослойными экранами, каждый из которых соединен с соответствующим напряжением. Устройство позволяет исключить паразитные емкости между элементами электронных схем, находящихся под разными высокими потенциалами, путем введения коаксиальных многослойных экранов. 1 ил.

ветствующего подключения экранов соз- 15 ный случай, который в практике не дает пути разряда паразитных емкостей, минуя элементы схем. Причем в связи с наличием (например, в электронно-лучевой сварочной аппаратуре) нескольких источников питания элек- 20 тродов пушки экраны находятся под раз- разными напряжениями друг относительно друга.

На чертеже представлена электрон-: но-лучевая установка с защитными экранами схем управления и повышающих трансформаторов.

Устройство защиты электронных схем, находящихся под высоким напряжением, содержит электронно-луче- 30 вую пушку 1, связанную с источником 2 ускоряющего напряжения,, которая питается через схему 3 регулирования от первого высокопотенциального тран25

существует, так как схемы надо зап тывать и управлять ими. Для этого могут быть применены элементы, име щие высокопотенциальную развязку, т.е. источник энергии и приемник р делены изоляцией, выдерживающей вы сокое напряжение. В частности, для защиты схем используются высокопотенциальные трансформаторы, а для передачи управляющих сигналов - св товоды При установке высокопотенциальных трансформаторов в оболочк шара-экрана появляются разрывы и, соответственно, емкостная связь ме ду элементами схем и корпусом. А т как эта паразитная емкость заряжен до величины высокого напряжения, т в тот момент, когда при электричес ком разряде шар-экран соединяется

сформатора 4. Электронно-лучевая пуш- 35 корпусом, эта емкость начинает разка 1 включает в себя подогреватель 5, катод 6, управляющий электрод 7 и анод 8. Между заземленным корпусом и элементами устройства существуют первая 9 и вторая 10 паразитные ем- 40 кости, причем первая паразитная емкость 9 существует между корпусом и первым экраном 11, а емкость 10 - между корпусом и вторым экраном 12, расположенным между первичной и вто- 45 ричной обмотками первого высокопотенциального трансформатора 4 (фиг.1), В электронцо-лучевой сварочной аппаратуре кроме схемы 3 регулирования управляющего электрода 7 имеется схема управления катодом 6, находящаяся под потенциалом (5-10 кВ) относи- тельно управляющего электрода 7. Устройство управления катодом 6

СОСТОИТ ИЗ ВТОРОГО ВЫСОКОПОТеНЦИ- дс

ального трансформатора 13, имеющего между обмотками третий 14 и четвертый 15 экраны, причем третий экран 14 связан с первым экраном 11, а

50

ряжаться через элементы схем на шар- экран, тем самым выводя элементы из строя.

Для устранения этого нежелательного явления необходимо исключить паразитную емкость между первичной и вторичной обмотками трансформатора Это достигается установкой экрана в трансформатор между первичной и вторичными обмотками. Экран трансформатора соединяется с шаром-экраном, этим достигается эффект полностью замкнутого экрана-шара. Нри этом па- раэ итная емкость существует между первичной обмоткой и экраном трансформатора и при электрическом пробое шара на корпус разряд паразитной емкости протекает через экран на шар, т.е. минуя элементы схем.

Теперь, если предположить, что внутри шара имеется еще схема, которая находится относительно шара под

ный случай, который в практике не

существует, так как схемы надо запи- тывать и управлять ими. Для этого могут быть применены элементы, имеющие высокопотенциальную развязку, т.е. источник энергии и приемник разделены изоляцией, выдерживающей высокое напряжение. В частности, для защиты схем используются высокопотенциальные трансформаторы, а для передачи управляющих сигналов - световоды При установке высокопотенциальных трансформаторов в оболочке шара-экрана появляются разрывы и, соответственно, емкостная связь между элементами схем и корпусом. А так как эта паразитная емкость заряжена до величины высокого напряжения, то в тот момент, когда при электрическом разряде шар-экран соединяется с

0 5

с

0

ряжаться через элементы схем на шар- экран, тем самым выводя элементы из строя.

Для устранения этого нежелательного явления необходимо исключить паразитную емкость между первичной и вторичной обмотками трансформатора. Это достигается установкой экрана в трансформатор между первичной и вторичными обмотками. Экран трансформатора соединяется с шаром-экраном, этим достигается эффект полностью замкнутого экрана-шара. Нри этом па- раэ итная емкость существует между первичной обмоткой и экраном трансформатора и при электрическом пробое шара на корпус разряд паразитной емкости протекает через экран на шар, т.е. минуя элементы схем.

Теперь, если предположить, что внутри шара имеется еще схема, которая находится относительно шара под

высоким напряжением, то приведенные предположения распространяются и на эту часть схемы, и для защиты элементов необходимо вводить в шар и в трансформатор еще экраны, которые необходимо соединить с вторым высоким напряжением. Например, если для ускорения электронов в электроннолучевой пушке требуется -60 кВ, а для управления смещением пушки - 15к относительно -60 кВ, то наружный экран-шар соединяется с -60 кВ, а внутренний - с 15 кВ. Эти предположения распространяются далее, напри- мер, относительно напряжения 15 кВ, в системе управления электронно-лучевой пушкой имеется 1,5 кВ - напряжение прикладывается к катоду пушки для нагрева катода и соответственно появляется третий шар-кэран и третий экран в трансформатора. Таким образом, получается многослойный экран, причем каждый экран соединен со своим потенциалом. Для того, чтобы не ухудшался КПД трансформаторов, экраны не образуют короткозамкнутых витков. Экраны, соединенные с высоким потенциалом, выполняются из стали и являются защитными экранами от элек- тромагнитных наводок, а для защиты от помех общая точка электронных схе соединяется с экраном. Экраны первичных обмоток трансформаторов помимо защиты элементов от перенапряжений соединены с корпусом и защищают системы управления от помех и наводок.

Устройство работает следующим образом,

В исходном режиме первая 9 и вто- рая 10 паразитные емкости заряжены до ускоряющего напряжения. При разрядах с управляющего электрода 7 на анод 8 электронно-лучевой пушки 1 происходит разряд паразитных емкое- тей, причем разряд может пройти через схему 3 регулирования, что приводит к выходу ее из строя. При наличии защитного первого экрана 11 паразитные емкости разряжаются через его оболочку, минуя элементы схемы 3 регулирования. Во время работы уст10

15 2025 30 35

775286

ройства может также произойти разряд с катода 6 на управляющий электрод 7 что приведет к выходу из строя элементов схемы 17 питания катода за счет разряда паразитных емкостей между элементами схемы 17 и первым экраном 11, соединенным с управляющим электродом 7. С помощью четвертого 15 и пятого 16 экранов устраняется разряд паразитных емкостей через элементы схемы 17 питания катода. Если

же имеются элементы схемы, находящиеся под высоким потенциалом относительно катоДа 6 электронно-лучевой пушки 1 (например, подогреватель 5 катода 6 находится относительно последнего в реальных условиях под напряжением 1,5 кВ ), то указанный способ защиты может быть распространен и на эти элементы (не показано).

Применение устройства защиты электронных схем позволяет повысить надежность схем управления и питания электронно-лучевых пушек, рентгеновских трубок и других высоковольтных устройств, а также использевать в системах управления полупроводниковые элементы.

Формула изобретения

Устройство защиты электронных схем, находящихся под высоким напряжением, содержащее электронно-лучевую пушку, электронную систему управления и высокопотенциальные питающие трансформаторы, о тличаю- щ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности оно снабжено по крайней мере двумя замкнутыми коаксиальными экранами,внутрь каждого из которых помещены защищаемые элементы электронных схем, электрически соединенные со своим экраном, а обмотки высокопотенциальных питающих трансформаторов разделены многослойными экранами, каждый из которых соединен с одним из замкнутых коаксиальных экранов и находится под потенциалом соответствующего экрана.

Составитель В.Пучинский Редактор В.ДанкоТехред А.КравчукКорректор В.Романенко

Заказ 2194/14

Тираж 895

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное