Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения Советский патент 1992 года по МПК H02M3/335 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам преобразования параметров электроэнергии, и может быть использовано, например, для питания электронно- и ионно-оптических систем.

Известен высоковольтный стабилизатор напряжения, содержащий регулятор напряжения, преобразователь, умножитель, фильтр и схему управления, связанную с дополнительной обмоткой обратной связи. В известном стабилизаторе изменение полярности выходного напряжения осуществляется перекоммутацией выходных зажимов стабилизатора, что становится возможным за счет отсутствия гальванической связи между обмоткой обратной связи и выходами устройства.

Недостатком стабилизатора является низкая стабильность выходного напряжения, особенно при изменении тока нагрузки или частоты преобразования.

Известен высоковольтный стабилизатор постоянного напряжения, состоящий из регулятора напряжения, преобразователя, умножителя, фильтра и схемы управления по отклонению абсолютного значения выходного напряжения от опорного. Изменение полярности выходного напряжения достигается перекоммутацией входных и выходных зажимов умножителя.

Недостатком стабилизатора является низкая надежность при работе на потребителей, в которых могут наблюдаться электрические пробои изоляции и короткое

замыкание выходных зажимов стабилизатора. Кроме того, стабилизатор имеет повышенную чувствительность к электрическим наводкам, что объясняется наличием высо- коомной развязки входных цепей усилителя сигнала рассогласования от общей точки схемы, что приводит к росту пульсаций выходного напряжения стабилизатора.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является высоко- вольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения, содержащий регулятор напряжения, транзисторный преобразователь, умножитель, фильтр и схему управления, включающую усилитель сигнала рассогласования, источник опорного напряжения, мостовой выпрямитель, делитель выходного напряжения и схему прекращения подачи мощности в цепь умножителя и фильтра при пробоях и коротком замыкании на выходе.

Недостатком известного стабилизатора является необходимость выключения стабилизатора для изменения полярности выходного напряжения с последующим включением и выдержкой времени для установления выходного напряжения, что затрудняет использование стабилизатора для питания ионной и электронной оптики, где требуется частая смена полярности питаю- щего напряжения, а также низкая надежность стабилизатора из-за наличия механического коммутатора выходного напряжения.

Цель изобретения - повышение надеж- ности и скорости коммутации полярности выходного напряжения.

Указанная цель достигается тем, что в высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения, содержащий регулятор напряжения и преобразователь напряжения с первым повышающим трансформатором, включенные последовательно между выводами для подключения первичного .источника напряже- ния постоянного тока, первый умножитель и фильтр, включенные последовательно в цепь между основной вторичной обмоткой первого трансформатора и выводами для подключения нагрузки, усилитель сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом регулятора напряжения, опорный вход-с выходом источника опорного напряжения, а сигнальный вход через гасящую RC-цепь делителя выходного напряжения - с выводами для подключения нагрузки, переключатель полярности выходного напряжения и два вспомогательных диода, введены второй умножитель напряжения и два высоковольтных транзисторных ключа. Преобразователь напряжения снабжен вторым повышающим трансформатором и оба трансформатора выполнены с дополнительной вторичной обмоткой, причем первичная обмотка второго трансформатора соединена последовательно с первичной обмоткой первого трансформатора, первый ключ включен к цепь основной вторичной обмотки первого трансформатора, второй умножитель напряжения через второй ключ включен между основной вторичной обмоткой второго повышающего трансформатора и входом фильтра, управляющие входы ключей подключены к дополни- тельнымвторичнымобмоткам

соответствующих трансформаторов, вспомогательные диоды соединены антипараллельно с соответствующими ключами, а переключатель полярности выходного напряжения включен с возможностью попеременного шунтирования первичных обмоток трансформаторов.

На чертеже показана схема высоковольтного стабилизатора с изменяемой полярностью выходного напряжения.

Стабилизатор состоит из регулятора 1 напряжения, преобразователя 2 напряжения, первого 3 и второго 4 повышающих трансформаторов, первого 5 и второго 6 умножителей напряжения, фильтра 7, делителя 8 выходного напряжения, усилителя 9 рассогласования, высоковольтных транзисторных ключей 10 и 11, вспомогательных диодов 12 и 13, переключателя 14 полярности выходного напряжения, источника 15 опорного напряжения.

Регулятор 1 напряжения входом подсоединен к выходу усилителя 9 рассогласования, а выходом соединен с преобразователем 2 напряжения с двумя повышающими трансформаторами 3 и 4, первичные обмотки которых, коммутируемые переключателем 14 выходного напряжения, соединен последовательно и подключены к источнику питания, основные вторичные обмотки этих трансформаторов одними концами подсоединены, соответственно, к высоковольтным транзисторным ключам 10 и 11 и вспомогательным диодам 12 и 13, соединенными антипараллельно с соответствующими ключами, а другими концами подсоединены к входам умножителей 5 и б напряжения, вторичные же дополнительные обмотки соответствующих трансформаторов подключены к управляющим входам ключей 10 и 11, выходы умножителей 5 и 6 соединены между собой и подсоединены к входу фильтра 7, выходом соединенного с входом гасящей RC-цепи делителя 8 выходного напряжения, выход которого подсоединен к сигнальному входу усилителя 9 рассогласования, опорный вход которого соединен с источником 15 опорного напряжения.

Высоковольтный стабилизатор работа- ет следующим образом.

Выходное напряжение регулятора 1 .определяет уровень переменного напряжения, поступающего с выхода преобразователя 2 напряжения (вторичных обмоток трансформаторов 3 или 4) на высоковольтные трази- сторные ключи 10 или 11 и на умножители 5 или 6 напряжения.

Увеличеное и выпрямленное положительное или отрицательное напряжение (в зависимости от положения переключателя 14. полярности выходного на пряжения) с выхода умножителя 5 или 6 напряжения поступает через фильтр 7 на выход стабилизатора. Усилитель 9 сигнала рассогласования, сравнивая выходное напряжение стабилизатора, которое подается на его сигнальный вход через гасящую RC-цепь делителя 8 выходного напряжения, с напряжением источника 15 опорного напряжения воздействует на управляющий вход регулятора 1 таким образом, что обеспечивается постоянное выходное напряжение,

Изменение полярности выходного напряжения стабилизатора осуществляется шунтированием низковольтных обмоток повышающих трансформаторов 3 или 4 переключателем 14 полярности выходного напряжения.

При положительном выходном напряжении работает преобразователь 2 напряжения с первым повышающим трансформатором 3. При этом первичная обмотка второго повышающего трансформатора 4 шунтирована переключателем 14.

Напряжение с основной вторичной обмотки трансформатора 3 поступает на вход умножителя 5, а с дополнительной вторичной обмотки - на вход высоковольтного транзисторного ключа 11, включенного последовательно с основной вторичной обмоткой и шунтированного вспомогательным диодом 13. При положительной полярности переменного напряжения на входе умножителя 5 вы- соковольтный транзисторный ключ 11 открывается и ток замыкается через него, при отрицательной полярности напряжения на входе умножителя 5 ток замыкается через диод 13.

На выходе стабилизатора формируется постоянное напряжение положительной полярности, транзисторный ключ 10 при этом закрыт.

При отрицательном выходном напряжении работает преобразователь 2 напряжения с вторым повышающим трансформатором 4. При этом первичная обмотка первого повышающего трансформатора 3 шунтирована переключателем 14. Напряжение с основной вторичной обмотки трансформатора 4 поступает на вход умножителя 6, а с дополнительной вторичной обмотки - на вход высоковольтного транзисторного ключа 10, включенного последовательно с основной

вторичной обмоткой и шунтированного вспомогательным диодом 12. При отрицательной полярности переменного напряжения на входе умножителя 6 высоковольтный транзисторный ключ 10 открывается и ток

замыкается через него, при положительной полярности напряжения на входе умножителя 6 ток замыкается через диод 12. На выходе стабилизатора формируется постоянное напряжение отрицательной полярности, транзисторный ключ 11 при этом закрыт.

Таким образом, предложенный высоковольтный стабилизатор напряжения более надежен в работе и обеспечивает, по сравнению с прототипом, более высокую скорость переключения полярности выходного напряжения.

Формула изобретения

Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения, содержащий регулятор напряжения и преобразователь напряжения с первым повышающим трансформатором, включенным

последовательно между выводами для подключения первичного источника напряжения постоянного тока, первый умножитель напряжения и фильтр, включенные последовательно в цепь между основной вторичной

обмоткой первого трансформатора и выводами для подключения нагрузки, усилитель сигнала рассогласования, выход которого соединен с управляющим входом регулятора напряжения, опорный вход -1 с выходом

источника опорного напряжения, а сигнальный вход через гасящую RC-цепь делителя выходного напряжения - с выводами для подключения нагрузки, переключатель полярности выходного напряжения, два вспомогательных диода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и скорости коммутации полярности выходного напряжения, в него введены второй умножитель напряжения и два высоковольтных транзисторных ключа,

преобразователь напряжения снабжен вторым повышающим транформатором и оба трансформатора выполнены с дополнительной вторичной обмоткой, причем первичная обмотка второго трансформатора соединена последовательно с первичной обмоткой первого трансформатора, первый ключ включен в цепь основной вторичной обмотки первого трансформатора, второй умножитель напряжения через второй ключ включен между основной вторичной обмоткой второго повышающего транформатора и входом фильтра, управляющие входы

ключей подключены к дополнительным вторичным обмоткам соответствующих трансформаторов, вспомогательные диоды соединены антипараллельно с соответствующими ключами, а переключатель полярности выходного напряжения включен с возможностью попеременного шунтирования первичных обмоток трансформаторов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к источникам вторичного электролита для радиоэлектронной аппаратуры. Цель - повышение надежности работы и скорости коммутации полярности выходного напряжения. В отличие от известных устройств в данном стабилизаторе изменение полярности производится не механической перекоммутацией внешних выводов одного умножителя напряжения, сопряженной с отказами и необходимостью предварительного отключения устройства, а путем перевода шунтирующего контакта переключателя с первичной обмотки первого повышающего трансформатора на обмотку второго трансформатора и блокирования цепи основной вторичной обмотки неработающего трансформатора закрытым транзисторным ключом. В результате из двух имеющихся умножителей напряжения к нагрузке подключается только умножитель с требуемой полярностью выходного напряжения. Стабилизация последнего осуществляется по компенсационному принципу с использованием в контуре обратной связи усилителя сигнала рассогласования, воздействующего на регулятор напряжения в цепи питания преобразователя напряжения. 1 ил.

I1

.J

(S