Стабилизирующий источник высокого напряжения Советский патент 1990 года по МПК G05F1/52 

t

(21)4475172/24-07

(22)12.08.88

(46) 07.07.90. Бюл. № 25 (72) В.Л.Верещагин, А.А.Камунин, Л.М.Макальский, Ф.В.Цетлйн, А.В.Калинин и В.А.Жуков

(53)621.316.722.1(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 152666, кл. G 05 F 1/52, 1961.

Авторское свидетельство СССР 657423, кл. G 05 F 1/52, 1977.

(54)СТАБИЛИЗИРУЮЩИЙ ИСТОЧНИК ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

(57)Изобретение относится к электротехнике , в частности к источникам вторичного электропитания. Цель -. увеличение верхней границы рабочего диапазона выходного напряжения. В состав устройства входят высоковольтный источник 1 питания, вспомогательный источник 5 питания, источник 12 опорного напряжения, управляющий источник 13 напряжения, делитель 24 напряжения обратной связи, усилитель 27 сигнала рассогласования, то- коограничивающий резистор 30, резистор 31 смещения, развязывающий диод 32. При знакопеременном напряжении управляющего источника 13 поочередно происходит его сложение с опорным напряжением источника 12 либо вычитание , За счет кольца обратной связи напряжение на выходе делителя 24 в любой момент равно алгебраической сумме напряжений источников 12 и 13. Нагрузочный конденсатор 36 то заряжается через регулирующий титрон 14, то разряжается через управляющий титрон 19. Слабая зависимбсть тока через титрон 14 от приложенного к нему напряжения и возможность понижения коллекторного напряжения при высоких напряжениях анода обеспечивают достижение поставленной цели. I ил.

а «

(Л

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - увеличение верхней границы рабочего диапазона выходного напряжения. В состав устройства входят высоковольтный источник 1 питания, вспомогательный источник 5 питания, источник 12 опорного напряжения, управляющий источник 13 напряжения, делитель 24 напряжения обратной связи, усилитель 27 сигнала рассогласования, токоограничивающий резистор 30, резистор 31 смещения, развязывающий диод 32. При знакопеременном напряжении управляющего источника 13 поочередно происходит его сложение с опорным напряжением источника 12 либо вычитание. За счет кольца обратной связи напряжение на выходе делителя 24 в любой момент равно алгебраической сумме напряжений источников 12 и 13. Нагрузочный конденсатор 35 то заряжается через регулирующий титрон 14, то разряжается через управляющий титрон 19. Слабая зависимость тока через титро 14 от приложенного к нему напряжения и возможность понижения коллекторного напряжения при высоких напряжениях анода обеспечивают достижение поставленной цели. 1 ил.

т «Ср-4ц

гг

(

8

ОЭ 00 00

vl

гзг-н

Z4ffl

sTI

Јн

-X

5

20

25

31576887

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации электропитания, например,емкостного озонатора, работающего по принципу электрического разряда по поверхности диэлектрика.

Цель изобретения - увеличение верхней границы рабочего диапазона выходного напряжения и КПД.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема стабилизирующего источника высокого напряжения.

Стабилизирующий источник высокого напряжения содержит высоковольтный источник 1 питания постоянного тока с положительным полюсом 2 s промежуточным полюсом 3 и отрицательным полюсом 4, вспомогательный источник 5 питания постоянного тока с положительным полюсом 6 и отрицательным полюсом 7, двухполярный источник 8 питания с потенциальными полюсами 9,10 и средним выводом 11, источник 12 опорного напряжения постоянного тока, управляющий источник 13 напряжения переменного тока (с низкоомным выходом) , регулирующий титрон 14 с анодом 15, катодом 16, коллектором 17 и управляющим электродом 18, управляющий титрон 19 с анодом 20, катодом 21, коллектором 22 и управляющим электродом 23, делитель 24 напряжения обратной связи с резисторами 25 и 26, усилитель 27 сигнала рассогласования с дифференциальным усилите- лем 28 и выходным транзистором 29, токоограничивающий резистор 30, резистор 31 смещения, развязывающий диод 32, На схеме отмечены также выводы 33 и 34 для подключения нагрузки, шина 35 нулевого потенциала и нагрузочный конденсатор 36.

Коллектор 17 регулирующего титро- на 14° подключен к положительному полюсу 2 высоковольтного источника 1 питания постоянного тока, связанного отрицательным полюсом 4 с шиной 35 нулевого потенциала. Коллектор 22 управляющего титрона 19 подключен к аноду 15 регулирующего титрона 14 и первому выводу токоограничивающего резистора 30, Делитель 24 напряжения обратной связи включен между выводами 33 и 34 для подключения нагрузки, при этом вывод 34 связан с шиной 35 нулевого потенциала. Сигнальный вход усилителя 27 сигнала

ра вх со пр вх ци це же с эм но св на

те но ля по по на по то ян од 16 ги до до ко кл ог ле по те по пи вя ле а го ци

ет

пи ка мо же но це пр на же оп пр ци ус Эт

30

35

40

50

55

5

0

5

рассогласования (неинвертирующий вход дифференциального усилителя 28) соединен с выходом делителя 24 напряжения обратной связи, опорный вход (инвертирующий вход дифференциального усилителя 28) - с выходной цепью источника 12 опорного напряжения постоянного тока, связанной с шиной 35 нулевого потенциала, а эмиттер-коллекторный переход выходного транзистора 29 включен в цепь связи катода 21 управляющего титрона 19 с шиной 35.

Положительный полюс 6 вспомогательного источника 5 питания постоянного тока соединен с анодом 20 управляющего титрона 19, а отрицательный полюс 7 связан с шиной 35 нулевого потенциала. Управляющий источник 13 напряжения переменного тока включен последовательно в выходную цепь источника 12 опорного напряжения постоянного тока. Резистор 31 смещения одним из выводов соединен с катодом 16 регулирующего титрона 14, а другим выводом - с управляющим электродом 18 регулирующего титрона 14, анодом развязывающего диода 32 и высокопотенциальным выводом 33 для подключения нагрузки. Второй вывод токоограничивающего резистора 30 и коллектор 17 регулирующего титрона 14 подключены соответственно к положительному полюсу 2 и промежуточному полюсу 3 высоковольтного источника 1 питания постоянного тока. Катод развязывающего диода 32 соединен с коллектором 22 управляющего титрона 19, а управляющий электрод 23 последнего связан с шиной 35 нулевого потенциала.

Стабилизирующий источник работает следующим образом.

При наличии напряжения на выходах питающих источников 1,5,8 и источника 12 опорного напряжения в исходный момент времени, когда выходное напряжение управляющего источника 13 равно нулю, возникает переходной процесс. Начальный момент переходного процесса характеризуется отсутствием напряжения на выводах 33 и 34, а также на выходе делителя 24. При этом опорное напряжение от источника 12 прикладывается между входными потенциальными выводами дифференциального усилителя 28 практически без потерь. Это объясняется тем, что внутреннее

0

5

0

0

5

5

гопроIивлениг управляющего источника 13 и сопротивление резистора 26 значительно меньше входного сопротивлении дифференциального усилителя 28

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 28 отрицательно по знаку и закрывает транзистор 29 и управляющий титрин 19. Ток, протекающий через резистор 30, мал и практически равен току анода 15 регулирующего титрона 14. Падение напряжения на резисторе 30 оказьюается незначительным и к аноду 15 прикладывается высокое напряжение от источника 1 , что обеспечивает быстрое открытие регулирующего титрона 14. При наличии подключенного к выводам 33 и 34 нагрузочного конденсатора 36 последний быстро заряжается через открытый регулирующий титрон 14. Напряжение на выводах 34 и 33 резко увеличивается и достигает значения, при котором напряжение, снимаемое с выхода делителя 24, сравнивается с опорным напряжением источника 12. Дальнейшее бесконечно малое приращение напряжения на выходе делителя 24 приводит к некоторому преобладанию по величин напряжения, прикладываемого к ненн- вертирующему входу дифференциального усилителя 28. Последний открывается и на его выходе появляется положительное напряжение. -Это напряжение приоткрывает транзистор 29 и управляющий титрон 19, В результате через резистор 30 начинает дополнительно протекать ток коллектора 22 управляющего титрона 19. Напряжение на аноде 15 регулирующего титрона 14 уменьшается и фиксируется на таком значении, при котором обеспечивается необходимый ток через регулирующий титрон 14. При этом напряжение на неинвертирующем входе дифференциального усилителя 28 оказывается практически равным опорному напряжению источника 12 или несколько преобладающим. Переходной процесс на этой завершается.

В течение времени протекания тока через регулирующий титрон 14 цепь питания нагрузки и делителя 24 напряжения изолируется от управляющего титрона 19. Поэтому нагрузка запиты-, вается исключительно через титрон 14, а титрон 19 выполняет функции управления.

Выходноо напряжение U

661 X

на ВЫ

и .54 и установившемся pe

еделяется

25 +

R

к а к

U

26

2

0

5

0

5

где R,, , R,.- сопротивления соответ тс

ственно резисторов : и 26;

U10- опорное напряжение источника 1 2.

При появлении в управляющем источнике 13 некоторого напряжения, при котором суммарное напряжение источников 12 и 13 уменьшается, положи- те Льное Первоначальное напряжение н.ч выходе делителя 24 оказывается больше указанного суммарного напряжения и на выходе дифференциального усилителя 28 увеличивается положительное напряжение. В результате через транзистор 29 и управляющий титрон 19 увеличивается ток. Это приводит к некоторому увеличению падения напряжения на резисторе 30 и уменьшению тока через регулирующий титрон 14. Напряжение на выходе делителя 24 принимает значение, равное алгебраической сумме напряжений источников 12 и 13. При знакопеременном напряжении управляющего источника 13 поочередно в зависимости от его полярности происходит либо сложение напряжений источников 12 и 13, либо вычитание. За счет кольца обратной связи напряже- 5 нис на выходе делителя 24 в любой момент времени равно алгебраической

0

0

5

0

5

сумме напряжений источников 12 и 13. Если последняя становится равной нулю, регулирующий титрон 14 закрывается, а управляющий титрон 19 максимально открывается. Падение на резисторе 30 оказывается максимальным. Первоначально заряженный конденсатор 36 разряжается через открытые управляющий титрон 19 и транзистор 29.

При напряжении управляющего источника 13,равном опорному напряжению источника 12, и согласном включении двух источников, когда их напряжения складываются, переходной процесс характеризуется зарядом нагрузочного конденсатора 36 через открытый регулирующий титрон 14. В первоначальный момент времени заряда сумма напряжений источников 12 и 3 значительно больше напряжения на выходе делителя 24. Поэтому дифференциальный усилитг М. 28 перевилиiсч н состояние,

При КО ГОрОМ 1Ы I1 Г П HhlXCVlf формируется клиряжеНИР, закрывающее транзнс- тор 29. Ток через транзистор 29, управляющий титрон 19 и резистор 30 уменьшается. Регулирующий титрон 14 интенсивно открывается и быстро заряжает нагрузочный конденсатор 36,пос- ле чего напряжение на в -1ходе делителя 24 принимает значение, равное сумме напряжений источников 12 и 13.

При наличии управляющего источника 1 3 с плавно изменяющимся синусоидальным напряжением промышленной частоты обеспечивается практически безынерционное .поочередное открытие управляющего титрона 19 при разряде нагрузочного конденсатора 38 либо регулирующего титрона 14 при заряде нагрузочного конденсатора 36.

У титрона вольт-амперные характеристики практически параллельны относительно оси, по которой отложены значения коллекторных напряжений. Ток коллектора титрона слабо зависит от приложенного к нему напряжения и определяется напряжением ускоряющего электрода-анода. При токах коллектора в десятки и сотни миллиампер анодный ток составляет всего 1,5- 2 мА при напряжении анода 800- 1200 В. Причем, например, у титрона ПП1-0,5/20 при напряжении на управляющем электроде 45В изменение коллекторного напряжения в два раза вызывает изменение тока всего на 1-2 Вольт-амперные характеристики оптро- на аналогичны характеристикам пентода, но при значительных токах через лампу анодный ток очень мал (1-2 мА)

Слабая зависимость тока через титрон 14 от приложенного к нему напряжения и возможность понижения коллекторного напряжения при высоких (1000-1500 В) напряжениях анода позволяет в конечном счете увеличить верхнюю границу рабочего диапазона выходного напряжения и КПД устройства.

Формул а «изобретения

Стабилизирующий источник высокого напряжения, содержащий регулирующую лампу, первый шектрод которой подключен к положительному полюсу высоковольтного источника питания

постоянного пока, слячанжто отрицательным полюсом с шиной нулевого потенциала, управляющую лампу, первый электрод которой подключен к ню- рому электроду регулирующей лампы и первому выводу токоограничивающего резистора, делитель напряжения обратной, связи, включенный между вывода.. ми для подключения нагрузки, один из которых связан с шиной нулевого потенциала, усилитель сигнала рассогласования, в котором сигнальный яход соединен с выходом делителя нанряже ния обратной связи, опорный вход - с выходной цепью источника опорного напряжения постоянного тока, связанной с шиной нулевого потенциала, а эмиттер - коллекторный переход выход0

5

0

5

5

ного транзистора включен к цепь связи с третьего электрода управляющей лампы с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью увеличения верхней границы

5 рабочего диапазона выходного напряжения и КПД, в него введены вспомогательный источник питания постоянного тока, управляющий источник напряжения переменного тока, резистор смещения

Q и развязывающий диод, высоковольтный источник питания постоянного тока снабжен промежуточным полюсом, а регулирующая и управляющая лампы выполнены в виде регулирующего и управляющего титронов, у которых первым, вторым и третьим электродами являются соответственно коллектор, анод и катод, а дополнительный четвертый электрод выполнен управляющим, причем положительный полюс вспомогательного источника питания постоянного тока соединен с анодом управляющего титрона, а отрицательный полюс связан с шиной нулевого потенциала, управляющий источник напряжения переменного тока включен последовательно в выходную цепь источника опорного напряжения постоянного тока, резистор смещения одним из выводов соединен с катодом регулирующего титрона, а другим выводом - с. управляющим электродом регулирующего титрона, анодом развязывающего диода и высоко- потенциальным выводом для подключения нагрузки, второй вывод токоограничивающего резистора и коллектор регулирующего титрона подключены соответственно к положительному и промежуточному полюсам высоковольтного игточни-

0

9157688710

ка питания постоянного тока, катод управляющий электрод последнего свя- развячыиающего диода соединен с зан с шиной нулевого потенциала, коллектором управляющего титрона, а