Устройство для питания импульсной газоразрядной лампы Советский патент 1992 года по МПК H05B41/34 

W

с

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания импульсных газоразрядных ламп накачки лазеров, работающих в 6 , Л частотном режиме. Целью изобретения является повышение КПД и надежности устройства. Устройство позволяет формировать крутые фронты импульса тока лампы и обеспечивать стаПипнчлцни параметров без использования стабилизированного высоковольтного источника питания. Это обеспечивается за счет подключения дросселя 5 параллельно соединенным последовательно конденсатору 2 и тиристору 4. Передний фронт импульса тока через лампу формируется при разряде конденсатора 8, а вершина импульса тока формируется за счет дросселя 5. 3 ил.

У1

0

СЈ ЈЛ

s|

Изобретение относится к электро- технике и может быть использовано для питания импульсных газоразрядных ламп накачки лазеров,работающих в частот- ном режиме.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности устройства.

На фиг. приведена схема устройства для питания импульсной газораз- рядной лампы} на фиг. 2 - схема блока управления; на фиг 3 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, где 1д ток через импульсную лампу; 1 - ток дросселя; U4 и U. - напряжение на первом и втором конденсаторах.

Устройство содержит источник питания 1 постоянного тока, к положительному выводу которого подключена од- поименная обкладка первого конденсатора 2 и первый вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы 3, с отрицательным выводом источника питания 1 соединена вторая обкладка пер- вого конденсатора 2 и связан катод первого тиристора 4, дроссель 5, второй б и третий 7 тиристоры, аноды которых соединены между собой непосредственно, а катоды - через второй кон- йенсатор 8, четвертый 9 и пятый JO тиристорыг аноды которых соединены соответственно с катодами тиристоров 6 и 7, диод II, второй вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы 3, блок управления 12, к входу которого подключен датчик тока 13, причем анод тиристора 4 соединен с анодом тиристора 6 и через последовательно включенные датчик тока J3 и дроссель 5 с положительным выводом источника питания 1. Второй вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы через вторичную обмотку импульсного трансформатора 14 соединен с объединенными катодами тиристора 10 и диода I3, анод которого соединен с катодом тиристора 9 и положительным выводом источника питания 1. Первич

ная обмотка импульсного трансформатора 14 соединена с блока дежурной дуги 15,

Блок управления 12 состоит из узла задержки 16 (фиг. 2), узла сравнения 17 и трех генераторов 18-20 импульсов управления тиристорами, Вы-; ход первого генератора 18 соединен с управляющим входом тиристора 4, вход генератора 19 - с выходом узла срав

5

0

5

0

5,

нения 17, а выход - с входом узла задержки 16 и управляющими входами тиристоров б и 10. Вход генератора 20 - с выходом узла задержки 16, а выход - с управляющими входами тиристоров 7 и 9. Причем вход узла сравнения 17 соединен с датчиком тока 13.

Устройство для питания импульсной газоразрядной лампы работает следующим образом.

Перед началом формирования в импульсной газоразрядной лампе 3 импульса тока накачки конденсатор 8 заряжается от вспомогательного маломощного источника питания от напряжения приблизительно равного рабочему напряжению лампы (120%). В дальнейшем этот вспомогательный источник

I v

питания в работе схемы участия не принимает, поэтому на фиг. 1 не показан. Конденсатор 2 заряжается от источника питания 1 до напряжения lf (фиг. 3), причем допускается значительный разброс этого напряжения от импульса к импульсу (±20%). В импульсной газоразрядной лампе 3 с помощью поджигающего трансформатора 14 инициируется искровой разряд, блок дежурной дуги 15 переводит его в маи ломощный дуговой разряд, который поддерживается затем в течение всего времени работы устройства. Ток этого дугового разряда (ток дежурной дуги), протекающий через лампу 3 на три порядка меньше тока накачки, поэтому на фиг. 3 ок не показан.

В момент времени t0 на управляющий электрод тиристора 4 проходит отпирающий импульс из блока управления 12, Тиристор 4 включается и конденсатор 2 разряжается на дроссель 5. В момент t , когда ток i. в дросселе

5достигает заданного значения ., равного л.0,81т, блок управления 12, получив сигнал о токе ig, в дросселе 5 с помощью датчика тока 13 вырабатывает отпирающий импульс, поступающий

на управляющие электроды тиристоров

6и 10. Последние включаются, конденсатор 8, заряженный до напряжения U, разряжается по контуру тиристор 10 - вторичная обмотка трансформатора 14 - лампа 3 - конденсатор 2 - тиристор 4 - тиристор 6. При этом, начиная с момента tf, в лампе 3 формируется фронт импульса тока накачки,

а через тиристор 4 протекает ток, равный разности ia-i-/|. Так как в кон51563577

енсаторе 8 запасается энергия, неободимая лишь для формирования фронта

ла ши ка ни ра ко ту ня ти ва то ды

импульса тока ift накачки, то его емкость невелика и фронт импульса тока Ц крутой. Это приводит к уменьшению потерь энергии и уменьшению нагрева активного элемента лазера при формировании импульса тока ц накачки и повышению КПД устройства,

В момент t2, когда ток 1Л в лампе 3 достигает значения тока i. в дросселе 5 (фиг. 3), тиристор 4 выключается вследствие того, что к нему прикладывается обратное напряжение конденсатора 8. Разряд конденсатора 2 поэтому прекращается и с момента t конденсатор 2 вновь начинает заряжаться от источника питания 1, Несмотря на то что начальное напряжение U( заряда конденсатора 2 может изменяться от импульса к импульсу в широких пределах, энергия, запасенная в

5

10

лазерной генерации формирование вер- шины импульса тока i в лампе 3 заканчивается, Для этого блок управления выдает отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров 7 и 9, которые включаются. Так как к моменту t, напряжение конденсатора 8 сменяет знак (фиг, 3), то при включении тиристора 7 к тиристору 6 прикладывается обратное напряжение конденсатора 8, к тиристору 10 также прикладывается обратное напряжение конден15 сат рра 3 через тиристор 9 и диод , Тиристоры 6 и 10.вследствие этого закрываются, а ток ia дросселя 5 с момента t $ замыкается по новому контуру: тиристор 7 - конденсатор 8 20 тиристор 9. В момент t лампа 3 исключается из контура протекания тока ia дросселя 5 и ток irt через нее практически мгновенно прекращается (фиг. 3). Это повышает КПД устройства

дросселе 5 к моменту t, не изменяет- 25 и уменьшает нагрев активного элемента ся от импульса к импульсу. Это объяс- лазера, так как протекание тока через что включение в момент

НЯбТСЯ ТGM ч i3rv.JJp 4T -Ji.ri о ел 1 I-1

тиристоров 6 и 0 происходит всегда при одном и том же фиксированном заданном значении In. тока i. в дросселе 5. Следовательно, и выключение тиристора 4 через интервал времени , происходит при одном и том же значении тока i л. в дросселе 5, то есть энергия, запасенная в дросселе 5 к моменту t4, неизменна от импульса к импульсу, хотя в состав устройства не входит стабилизированный источник питания. Исключение стабилизированного источника питания позволяет уп- ростить схему и конструкцию устройства, повысить надежность его работы. Ток ia дросселя 5 (фиг, 3) с момента времени t замыкается по следующему контуру: тиристор б - конденсатор 8-45 тиристор 10 - вторичная обмотка трансформатора 14 - лампа 3. В лампе 3 формируется с момента tz вершина импульса накачки (фиг. 3) в основном за счет энергии дросселя 5. Регули- 50 ровка амплитуды импульса тока на- качки (±20%) производится изменением в блоке управления 12 величины тока I, От этой величины зависит момент t,, в который блок управления 12 55 выдает импульсы на включение тиристоров б и 10. Более глубокая регулировка тока накачк:: достигается изменением емкости конденсатора 2.

лампу после возникновения импульса лазерной генерации приводит к бесполезным потерям энергии и иэлитпнему

30 нагреву активного элемента лазера. Электромагнитная энергия дросселя 5, содержащаяся в нем к моменту tj, пе- реходит на интервале времени Cj--t4 (фиг. 3) в электростатическую энергию

.,- конденсатора. Напряжение Пг конденсатора 3 сначала вновь меняет знак, а затем достигает исходного значения U2 (фиг. 3). Обратное напряжение на конденсаторе 3 приблизительно на порядок

40 меньше начального напряжения U4t поэтому конденсатор 8 работает в режиме частичного, а не полного перезаряда, что увеличивает его срок службы и надежность работы, а следовательно, повышает надежность устройства в целом. Конденсатор 3 к началу формирования каждого импульса накачки заряжается до одного и того же напряженияг хотя в схеме устройства нет мощного высоковольтного стабилизированного источника питания. Исключение такого источника питания позволяет упростить устройство для питания импульсной гасоразряцнон лампы и повысить его н; тсгзюсть, так клк высоковольтный стабилизированный источник питания является наиболее сложным и наименее надежным учлом устройства, определяющим сложность и надежность

В момент t возникновения импульс.

5

0

лазерной генерации формирование вер- шины импульса тока i в лампе 3 заканчивается, Для этого блок управления выдает отпирающие импульсы на управляющие электроды тиристоров 7 и 9, которые включаются. Так как к моменту t, напряжение конденсатора 8 сменяет знак (фиг, 3), то при включении тиристора 7 к тиристору 6 прикладывается обратное напряжение конденсатора 8, к тиристору 10 также прикладывается обратное напряжение конден5 сат рра 3 через тиристор 9 и диод , Тиристоры 6 и 10.вследствие этого закрываются, а ток ia дросселя 5 с момента t $ замыкается по новому контуру: тиристор 7 - конденсатор 8 тиристор 9. В момент t лампа 3 исключается из контура протекания тока ia дросселя 5 и ток irt через нее практически мгновенно прекращается (фиг. 3). Это повышает КПД устройства

и уменьшает нагрев активного элемента лазера, так как протекание тока через

лампу после возникновения импульса лазерной генерации приводит к бесполезным потерям энергии и иэлитпнему

нагреву активного элемента лазера. Электромагнитная энергия дросселя 5, содержащаяся в нем к моменту tj, пе- реходит на интервале времени Cj--t4 (фиг. 3) в электростатическую энергию

- конденсатора. Напряжение Пг конденсатора 3 сначала вновь меняет знак, а затем достигает исходного значения U2 (фиг. 3). Обратное напряжение на конденсаторе 3 приблизительно на порядок

меньше начального напряжения U4t поэтому конденсатор 8 работает в режиме частичного, а не полного перезаряда, что увеличивает его срок службы и надежность работы, а следовательно, повышает надежность устройства в целом. Конденсатор 3 к началу формирования каждого импульса накачки заряжается до одного и того же напряженияг хотя в схеме устройства нет мощного высоковольтного стабилизированного источника питания. Исключение такого источника питания позволяет упростить устройство для питания импульсной гасоразряцнон лампы и повысить его н; тсгзюсть, так клк высоковольтный стабилизированный источник питания является наиболее сложным и наименее надежным учлом устройства, определяющим сложность и надежность

7156

устройства в целом, В момент цикл работы устройства заканчивается.

Необходимо отметить, что выше описан не первый после включения устройства цикл его работы( а любой, начиная с четвертого, пятого цикла, поскольку принципиально работа устройства в первык нескольких циклах не от- .яичается от описанной, а начальное (Напряжение заряда конденсатора 8, а следовательно, и амплитуда импульса Тока 1 накачки приходят к установившимся значениям за несколько циклов работы, I

Следующий цикл работы устройства для питания импульсной газоразрядной лампы начинается по истечении с момента te периода следования импульсов тока ijn накачки. Блок управления генерирует отпирающий импульс, который Поступает на управляющий электрод тиристора 4, далее работа схемы анало- , гична описанной,

дрмула изобретения

Устройство для питания импульсной газоразрядной лампы, содержащее источник питания постоянного тока, к положительному выводу которого подключена одноименная обкгадка первого конденсатора к первый вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы,, с отрицательным выводом источника питания соединена другая обкладка первого конденсатора и связан катод первого тиристора, дросчсельt В ГО У

п

5

0

5

8

рой и тиристоры, аноды которых соединены между собой непосредственно, а катоды - через второй конденсатор, четвертый и пятый тиристоры, аноды которых соединены соответственно с катодами второго и третьего тиристора, диод, второй вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы, блок управления, к входу которого подключен датчик тока, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД и надежности устройства, аноды первого, второго и третьего тиристоров объединены и соединены через последовательно включенные датчик тока и дроссель с положительным выводом источника питания, второй вывод для подключения импульсной газоразрядной лампы связан с соединенными между собой катодами пятого тиристора и диода, анод которого соединен с катодом четвертого тиристора и положительным выводом ист9чника питания, а блок управления выполнен в виде узла задержки, узла сравнения и трех генераторов импульсов управления тиристорами, выход первого из которых соединен с управляющим входом первого тиристора, вход запуска второго генератора с выходом узла сравнения, а выход с входом узла задержки и управляющими входами второго и пятого тиристоров, вход запуска третьего генератора с выходом узла задержки, а выход с управляющими входами третьего и четвертого тиристоров, причем вход сравнения соединен с входом блока управления.

Первый, дыход

19

Второй дыход

jfc

Фие. /