Высоковольтный источник электропитания Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено для использования при реализации электроснабжения высоковольтных узлов и элементов радиоэлектронной аппаратуры и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1667206.

Известен высоковольтный источник электропитания, содержащий ключевой каскад, повышающий резонансный трансформатор и высоковольтный выпрямитель, включенные последовательно между выводами для подключения первичного источникапитанияинагрузки, широтно-импульсный модулятор, модулирующий вход которого соединен с выходом источника модулирующего напряжения, а выход - с управляющим входом ключевого каскада, блок определения скорости изменения напряжения, нуль-детектор и управляемый задающий генератор, включенные последовательно между выходом ключевого каскада и входом синхронизации широтно- импульсного модулятора, узел блокировки, включенный между выходом нуль-детектора и его соответствующим входом.

Недостатками известного источника являются ограниченный диапазон изменения входного напряжения и снижение КПД при росте входного напряжения.

Это объясняется следующими причинами. КПД источника определяется потерями на регулирующем элементе, пропорциональными мощности, рассеиваемой при включении. Последняя, в свою очередь, пропорциональна напряжению на регулирующем элементе в момент его включения и обратно пропорциональна скважности. Следовательно, при росте входного напряжения растет мощность, рассеиваемая на регулирующем элементе при включении. Так как при этом длительность импульса уменьшается, то растет доля рассеиваемой на регулирующем элементе мощности в общей потребляемой мощности. Рост входного напряжения ограничен, поскольку ключевой каскад имеет предел уменьшения длительности выходных импульсов.

Цель изобретения - расширение диапазона изменения входного напряжения и повышение среднего КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтный источник электропитания, содержащий ключевой каскад, повышающий резонансный трансформатор и высоковольтный выпрямитель, включенные последовательно между выводами для подключения первичного источника питания и нагрузки, широтно-импульсный модулятор, модулирующий вход которого соединен с выходом источника модулирующего напряжения, а выход - с управляющим входом ключевого каскада, блока определения скорости изменения напряжения, нуль-детектор и управляемый задающий генератор,

включенные последовательно между выходом ключевого каскада и входом синхронизации широтно-импульсного модулятора, узел блокировки, включенный между выходом нуль-детектора и его соответствующим

0 входом, введен гистерезисный узел сравнения, а узел блокировки снабжен управляющим входом и выполнен с возможностью увеличения длительности выходного блокирующего сигнала при наличии входного уп5 равляющего сигнала, причем вход гистерезисного узла сравнения соединен с выходом источника модулирующего напряжения, а выход - с управляющим входом узла блокировки.

0 На фиг. 1 представлена функциональная схема описываемого высоковольтного источника электропитания; на фиг. 2, а-г - временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу.

5 Высоковольтный источник электропитания содержит управляемый задающий генератор 1 (фиг. 1), вход которого подключен к выходу нуль-детектора 2, а выход- к входу синхронизации широтно-импульсного мо0 дулятора 3. На модулирующий вход последнего подается модулирующее напряжение Умод, являющееся разностью некоторого опорного напряжения и части выходного напряжения высоковольтного выпрямителя 4.

5 Выход модулятора 3 соединен с управляющим входом ключевого каскада 5, выход которого подключен к входам повышающего резонансного трансформатора 6 и блока 7 определения скорости изменения напряже0 ния, выходом соединенного с одним из входов нуль-детектора 2. Узел 8 блокировки входом подключен к выходу нуль-детектора 2, а выходом - к второму входу нуль-детектора 2. Узел 9 сравнения входом соединен с

5 выходом источника модулирующего напряжения Умод, а выходом - с управляющим входом узла 8 блокировки.

Устройство работает следущим образом.

0 Начальный запуск обеспечивается задающим генератором 1, собственная частота которого заведомо ниже частоты колебательного процесса повышающего резонансного трансформатора 6. Под дейст5 вием импульсов запуска в транформаторе 6 появляются затухающие колебания. При возникновении колебаний Ue (фиг. 2, в) в трансформаторе 6 (фиг. 2в) на выходе нуль- детектора 2 вырабатываются сигналы запуска U2 (фиг. 2, б), поступающие на вход

генератора 1 и синхронизирующие его. С выхода генератора 1 импульсы подаются на вход синхронизации модулятора 3, на выходе которого формируются импульсы Ua(фиг. 2, г) с длительностью, определяемой модулирующим напряжением Кмод (фиг. 2, а), являющимся разностью некоторого опорного напряжения и части выходного напряжения высоковольтного выпрямителя 4. Импульсы Us с выхода модулятора 3 поступают на управляющий вход транзисторного ключа 5, управляя длительностью его открытого состояния. Блок 7 определения скорости изменения напряжения анализирует выходного напряжение ключевого каскада 5. Выходной сигнал этого блока подводится к нуль-детектору 2. В моменты, когда напряжение на ключевом каскаде 5 минимально, скорость изменения выходного напряжения ключевого каскада 5 равна нулю, а нуль-детектор 2 вырабатывает сигнал запуска генератора 1 и узла 8 блокировки. Узел 8 блокировки для предотвращения ложных срабатываний запирает нуль-детектор 2 на время Тблок, определяемое как

0,5 х Т Гблок. Т,

где Т - период колебательного процесса трансформатора 6.

При росте напряжения питания (фиг. 2, интервал ) длительность выходных импульсов Us модулятора 3 уменьшается и при достижении некоторой критической длительности начинают сказываться потери на ключевом каскаде 5 при включении (фиг. 2, момент t2). Дальнейшее уменьшение длительности, импульсов Уз неизбежно приведет к снижению КПД источника питания. Поэтому при достижении критической длительности импульса сигнал, поступающий от источника модулирующего напряжения имод, становится равным пороговому сигналу Unop.1. При этом узел 9 сравнения выдает управляющий сигнал, который поступает на вход управления узла 8 блокировки. Узел 8 блокировки запирает нуль-детектор 2 на время

1,5хТ Хблок 2 хТ,

т.е. увеличивает время блокировки на период колебательного процесса в трансформаторе 6 (фиг. 2, интервал t2-ts).

Теперь ключевой каскад 5 срабатывает в каждом втором периоде колебаний в трансформаторе б. Но поскольку выходное напряжение высоковольтного выпрямителя 4 необходимо поддерживать постоянным, то для этого нужно поставлять в контур постоянное количество энергии (считаем для простоты, что нагрузка высоковольтного выпрямителя 4 в этот момент не меняется).

Поэтому модулятор 3 автоматически увеличивает длительность выходных импульсов. Потери на ключевом каскаде 5 сразу снижаются и КПД возрастает. Так как узел 9 сравнения постоянно анализирует длительность выходных импульсов Ua модулятора 3, он сразу отреагирует на увеличение их длительности (изменение модулирующего напряжения Умод) изменением своего

0 выходного сигнала, что приводит к уменьшению длительности времени блокировки до первоначальной. Это, в свою очередь, вызывает уменьшение длительности импульсов Уз модулятора 3, поскольку ключе5 вой каскад 5 опять начинает срабатывать в каждом периоде колебаний в трансформаторе 6 (фиг. 2, момент t4). Опять имеет место изменение выходного сигнала узла 9 сравнения. Процесс повторяется. В устройстве

0 возникают биения.

Чтобы этого не происходило, узел 9 сравнения наделен гистерезисным свойством, а именно имеет второй порог сравнения Unop.2, только при сравнении с которым

5 модулирующего напряжения имод. происходит уменьшение длительности блокировки на период колебаний в трансформаторе 6.

Так, при первом достижении критической длительности импульсов 1)з модулято0 ра 3 узел 8 блокировки увеличивает время блокировки на Т. Когда модулятор 3 вырабатывает импульсы Уз с повышенной длительностью, биений не образуется, так как источник модулирующего сигнала Умод вы5 дает сигнал, меньший Unop.2. Только при снижении напряжения или при увеличении нагрузки высоковольтного выпрямителя 4 произойдет возвращение устройства в исходное состояние (имеется в виду, что дли0 тельность блокировки станет опять соответствовать выражению 0,5 х Т 1блок Т, а источник модулирующего напряжения UMOA станет вырабатывать сигнал, равный Unop.2). Если происходит дальнейший рост

5 напряжения питания либо уменьшение нагрузки, то узел 9 сравнения увеличивает длительность блокировки, выражение для которой, в общем случае, принимает вид (п+ + 0,5) х Т гблок. (п + 1 ) х Т, где л (1, 2 ...)

0 - устанавливаемый узлом 9 сравнения коэффициент, показывающий число полных периодов колебаний в резонансном трансформаторе 6, в течение которых закрыт нуль-детектор 2.

Таким образом, в данном устройстве

5 при любых изменениях нагрузки и напряжения питания поддерживается высокий КПД. Дискретное изменение длительности блокировки, пропорциональное периоду Т колебаний в трансформаторе 6, происходит

как при цифровой, так и при аналоговой реализации узла 9 сравнения.

Формула изобретения Высоковольтный источник электропитания по авт. св. Ns 1667206, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона изменения входного напряжения и повышения среднего КПД, в него вве0

ден гистерезисный узел сравнения, а узел блокировки снабжен управляющим входом и выполнен с возможностью увеличения длительности выходного блокирующего сигнала при наличии входного управляющего сигнала, причем вход гистерезисного узла сравнения соединен с выходом источника модулирующего напряжения, а выход - с управляющим входом узла блокировки.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электропитания. Цель - расширение диапазона изменения входного напряжения и по- вышение среднего КПД, Устройство содержит задающий генератор 1, нуль-деОнод. неИК ниого па по- во -детектор2, широтно-импульсный модулятор 3, высоковольтный выпрямитель 4, ключевой каскад 5, повышающий резонансный трансформатор 6, узел 7 определения скорости изменения напряжения, узел 8 блокировки и гистерезисный узел 9 сравнения. Узел 8 в процессе работы устройства периодически запирает на некоторое время нуль-детектор 2 для предотвращения выработки ложных импульсов синхронизации из-за наличия паразитных высокочастотных колебаний в трансформаторе 6. При достижении критического уровня входного питающего напряжения сигнал с выхода широтно-импульсного модулятора 3 становится равным пороговому в узле 9 сравнения. Последний срабатывает и, воздействуя на управляющий вход узла 8 блокировки, увеличивает длительность блокирующего сигнала, 2 ил. Увы Риг.1 СЛ С S- L vj Ю СП СлЭ CJ ю ю

. Риг.2