Высоковольтный стабилизирующий источник напряжения постоянного тока Советский патент 1990 года по МПК H02M3/335 G05F1/573 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при реализации электроснабжения излучате лей ионов в масс-спектрометрах.

Цель изобретения - снижение пульса выходного напряжения и повьппение надежности в работе.

На фиг.1 представлена функциональная схема описываемого высоковольтно- го стабилизирующего источника напря- ения постоянного тока; на фиг.2(а-и) приведены временные диаграммы сигна- JJIOB, иллюстрирующие его работу

:

Высоковольтный стабилизирующий

источник напряжения постоянного тока (фиг..1) содержит датчик 1 тока,высоковольтный трансформатор.2, умножитель 3 напряжения, зашзнтный компаратор 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, Первый широтно-модулирующий компара- top 6, узел 7 коммутации, выполненный С использованием диодно-транзисторно to оптрона, генератор 8 треугольного Напряжения, второй широтно-г одулирую- Щий компаратор 9, транзисторные ключи 10, 11, измерительный орган 12 с рези стивным делителем напряжения и источником опорного напряжения U, задат- 4ик 13 порога срабатывания, развязыва |ощие диоды 14, 15. На схеме отмечены |гакже выводы 16, 17 для подключения Первичного источника с напря- |жением.Е„, выводы 18,19 для подключения нагрузки и собственно нагрузки 20, Транзисторные ключи 10, 11 включены через соответствующие первичные обмотки высоковольтного транс- форматора 2 между выводами 16, 17 для подключения первичного источника питания. Выходы пшротно-модулирующих компараторов 6, 9 подключены к управляющим входам транзисторных ключей 10 11 соответственно. Выход генератора . 8 треугольного напряжения соединён с инвертирующим входом щиротно-- модулрующего компаратора 6 и неинвертирую щим входом ширдтно-модулирующего компаратора 9. Неинвертирующий и инвертирующий выходы усилителя 5 сигнала рассогласования подключены к другим входам широтно модулирующих компараторов 6 и 9 соответственно. Умножите ль 3 напряжения соединен входом с вторичной обмоткой высоковольтного трансформатора 2, а выходом-с выводами 18, 19 для подключения нагрузки. последний из которых подключен к шине

-. Q с 0

5

нулевого потенциала. Вход измеритель- ного органа 12 соединен с выходом умножителя 3 напряжения, а выход-с входом усилителя 5 сигнала рассогласования. Датчик 1 тока включен между одним из выводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 2 и шиной нулевого потенциала. Неинвертирующий вход защитного компаратора 4 подключен к выходу датчика 1 тока, а инвертирующий вход-к выходу задатчика 13 порога срабатывания. Выходы защитного компаратора 4, узла 7 коммутации через развязывающие диоды 14, 15 соответственно соединены и инвертирующим выходом усилителя 5 сигнала рассогласования. Питание функциональных узлов 5,7,13 осуществляется от вспомогательного источника питания с напряжением Е ,„ , а управление узлом 7-управляющим источником с напряжением

Стабилизирующий источник напряжения работает следуюп1им образом.

Генератор 8 вырабатывает импульсы напряжения ид(фиг.2,в) треугольной формы частотой 10-12 кГц, симметричные относительно шины нулевого потенциала . Эти импульсы поступают на ин- вертирую1ций вход широтно-модулирующе- го компаратора 6 и неинвертирующий вход широтно-модулирующего компаратора 9.Па другие входы компараторов 6,9 подаются напряжения и еинв 5 имв о ветст- венно (фиг. 2 б,а) от усилителя 5 сигнала рассогласования. С выходов компараторов 6, 9 прямоугольные импульсы Ug, и (фиг.2 г,д), модулированные по длительности в зависимости от величины напряжении Uj неинв инв и сдвинутые ме;кду собой во времени, направ - ляются на управляющие входы транзис- торньк ключей 10, 11 соответственно.

Через каждую первичную обмотку высоковольтного трансформатора 2 поочередно протекают импульсы тока Ug (фиг.2 е)о Во вторичной обмотке трансформатора 2 наводится переменное напряжение, которое поступает на вход умножителя 3 напряжения. С выхода последнего высокое напряжение положительной полярности подается на выход стабилизирующего источника и на вход измерительного органа 12 (выход умножителя 3 напряжения через выходной

r- .vni

5. 16034986

конденсаторный филь;гр соединен с шиной ротно-модулируюцим компараторам 6, 9

от усилителя 5 подаются напряжения, которые ограничивают длительность импульсов, поступающих на транзисторные ключи 10, 11, до безопасной.величины. Значения этих напряжений подби -I - .Л л. А ,

нулевого потенциала). В низковольтное плечо делителя напряжения измерительного органа 12 подается отрицательнее опорное напряжение U,,.

раются по порогу срабатывания KONmapa- тора 4, т.е. по величине напряжения 10 Е 6СП Величина тока, протекающего через первичные обмотки высоковольтного трансформатора 2, транзисторные ключи 10, 11, уменьшается. Напряжение поступающее с вторичной обмотки высозначения. Таким образом, происходит защита от перегрузок транзисторных I ключей 10, 11, высоковольтного 20; форматора 2 и других узлов - от выхода из строя или ухудшения их качествен- ных характеристик.

Включение стабилизированного ис- .точника напряжения с пульта управ- 25 ления, от микропроцессора (ЭВК) и др„ . осуществляется с помощью узла 7 ком- мутяции. При отсутствии напряжения I Е (jf,p с выхода узла 7 через диод 15 на инвертируюрщй выход усилителя 5

Напряжение сравнения, величина и фаза которого определяются разницей между опорным напряжением U. и напря - обратной связи, поступает на вход усилителя 5 сигнала рассогласова- . кия о Изменение величины высокого ряжения (нестабильность) приводит к изменению напряжения сравнения, ко.торое усиливается усилителем 5, моду- |j ковольтного трансформатора 2 на ум- лирует импульсы U , Ug по длительное- ножнтель 3, снижается до минимального ти и таким образом регулирует величину тока, протекающего через первичные йбмотки высоковольтного трансформатора 2. При этом изменяется величина выс окого напряжения в сторону уменьшения напряжения сравнения, т.е. осушрствляется стабилизация высокого напряжения Ток высокого напряжения протекает по цепи от умножителя 3 через измерительный орган 12 (и нагрузка 20), датчик 1 тока и далее снова к умножителю 3.

При работе стабилизирующего источника без аварийных режимов (увеличе- 30 сигнала рассогласования поступает .ния тока нагрузки, увеличение длит.ель- напряжение отрицательной полярности.

Это напряжение имеет такое значение, I что полностью запирает диод, распо,ложенный в усилителе. 5. На выходе , стабилизирующего источника высокое чика 1 тока otpицaтeльнoй полярности. jнапряжение отсутствует.

.При появлении напряжения Е црр на выходе узла 7 напряжение отрицательной полярности снижается до 0,3-0,5В

положительное значение, U,более отри-дд и через диод 15 на инвертирующий выход цательно. На выходе компаратора 4 по- усилителя 5 не поступает. В этом является напряжение U (фиг. 2 и) по- случае стабилизирую щий источник рабо- ложительной полярности, которое через тает так, как бьшо описано для режима диод 14 не проходит и на.инвертирую стабилизации высокого напряжения. На щий выход усилителя 5 сигнала рассо- 5 его выходе (нагрузке 20) имеется вы- .гласования не поступает, т.е. не ока- сокое стабилизированное напряжение, зывает никакого- влияния на режим ста- На инвертирующий, выход усилителя 5 по- билизирующего источника.стоянно подается незначительное напря. При возникновении аварийного ре;ки- жение (0,2 - 0,3 В) отрицательной ма на неинвертирующий вход компаратора. 59 полярности от источника которое 4 поступает напряжение U, более отри-. ограничив ает максимальное значение

высокого напряжения в рабочих пределах.

Использование данного технического решения позволяет получить высоковольтный стабилизирующий источник на- пряжения, имеющий прецизионную стабильность и минимальные пульсации высокого напряжения. Высокая эксплуаности импульсов Ug , Ug от случайных помех и т.д.) на неинвертирующий вход защитного компаратора 4 поступает напряжение U, (фиг. 2 ж) от датОтносительно напряжения U ij (фиг. 2.з) , направляющегося на инвертирующий вход компаратора 4, напряжение Ut имеет

цательной величины, чем напряжение U(j , подводимое к инвертиру ощему входу этого компаратора. На выходе компаратора 4 появляется напряжение отрицательной полярности, которое через диод 14 поступает на инвертирующий выход усилителя 5 и подпирает или за- пирает находяпщйся там диод. К ши5i

раются по порогу срабатывания KONmapa- тора 4, т.е. по величине напряжения Е 6СП Величина тока, протекающего через первичные обмотки высоковольтного трансформатора 2, транзисторные ключи 10, 11, уменьшается. Напряжение поступающее с вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 2 на ум- ножнтель 3, снижается до минимального

значения. Таким образом, происходит защита от перегрузок транзисторных I ключей 10, 11, высоковольтного 20; форматора 2 и других узлов - от выход из строя или ухудшения их качествен- ных характеристик.

Включение стабилизированного ис- .точника напряжения с пульта управ- 25 ления, от микропроцессора (ЭВК) и др„ осуществляется с помощью узла 7 ком- мутяции. При отсутствии напряжения I Е (jf,p с выхода узла 7 через диод 15 на инвертируюрщй выход усилителя 5

|j ковольтного трансформатора 2 на ум- ножнтель 3, снижается до минимального

30 сигнала рассогласования поступает напряжение отрицательной полярности.

тационная надежность предопределяется введением высокоэффективной запщты от перегрузок и перспективного узла коммутации.

Формула изобретения 1. Высоковольтный стабилизируюпщй источник напряжения постоянного тока, содержащий два транзисторных ключа, включенньгх через соответствуюсще первичные обмотки высоковольтного трансформатора между выводами для подключения первичного источника питания, два широтно -модулирующих компаратора, вы- ходы которых подключены к управляющим входам соответствующих транзисторных ключей, генератор треугольного напряжения , выход которого соединен с инвертирующим входом первого и неин- вертирующим входом второго широтно- модулирующих компараторов, усилитель сигнала рассогласования, неинвёрти- рующий и инвертирующий выходы которог подключены к другим входам соответ- ственно первого и второго широтно- модулируюпщх компараторов, умножитель напр$5жеиия, соединенный входом с вторичной обмоткой высоковольтного, .трансформатора, а выходом - с вывода-

йи для .подключения нагрузки, один из которых подключен к шине нулевого потенциала, измерительный орган, вход которого соединен с выходом умножителя напряжения, а выход - с входом усилителя сигнала рассбгласования, узел коммутации, отличающий- с я тем, что, с целью снижения пуль саций выходного напряжения и повышения надежности в работе, в него введены датчик тока, запщтный компаратор задатчик порога срабатывания и два развязывающих диода, причем датчик тока включен между одним из выводов вторичной обмотки высоковольтного трансформатора и шиной нулевого потенциала, неинвертирующий вход защитного компаратора подключен к выходу датчика тока, а инвертирующий вход - к выходу задатчика порога срабатывания, выходы.зatщтнoгo компаратора и узла коммутации через соот- ветств:)Вдщие развязывающие диоды соединены с инвертирующим выходом усили- теля сигнала рассогласования.

2„ Источник напряжения по п.. 1 , отличающийся тем, чтр узел коммутации выполнен с использованием диодно-транзисторного оптрона

о

Ug О

и,

3

о

щ

ц

/3

Прира5оте с перегрузками

I Г1 Г1 Р, и

L.. J l lJJI

г т n г-l «-т n гт П П

1 J. 1 Vi-LU J. U J. U U U I.I J-I J-l

ПриРоЪоте с пеоегризками

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - снижение пульсаций выходного напряжения и повышение надежности работы. Устройство содержит датчик 1 тока, высоковольтный трансформатор 2, умножитель 3 напряжения, защитный компаратор 4, усилитель 5 сигнала рассогласования, широтно-модулирующий компаратор 6, узел 7 коммутации, генератор 8 треугольного напряжения, широтно-модулирующий компаратор 9, транзисторные ключи 10, 11, измерительный орган 12, задатчик 13 порога срабатывания, развязывающие диоды 14,15. Стабилизация выходного напряжения устройства осуществляется посредством классического компенсационного управления преобразователем напряжения с широтно-импульсной модуляцией управляющих сигналов. В нормальном режиме защитный компаратор 4 не оказывает влияния на работу устройства. При возникновении аварийного режима /перегрузки/ с датчика 1 снимается повышенное напряжение, компаратор 4 изменяет свое состояние и через диод 14 ограничивает выходные напряжения усилителя 5, а следовательно, и длительность импульсов на выходах широтно-модулирующих компараторов 6,9. Таким образом, происходит защита транзисторных ключей 10,11 и предотвращение повышенного уровня пульсаций выходного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

о

и.

п п п п Г1 Т п п пп п п п Г1

I I 111 I м i I I I I I I I 1111 I I I I I I I I

М .LJ и JL LI J J-L LU J. L. U и l-.LJ-i V- hi-iii nftAni-nO n nOni.

При работе с перегрузками

Фиъ.г

.UjiJJL

Редактор А.Маковская

Составитель Л.Морозов Техред М.Дидык

Заказ 3392

Тираж 498

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

.UjiJJL

Корректор Т. Мал ВЦ

Подписное