Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди Советский патент 1992 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов.

Цель изобретения - повышение КПД при одновременном повышении стабильности работы устройства.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди содержит блок 1 управления, первый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора 2, второй выход - с управляющим электродом второго тиристора 3, анод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора 4, первым выводом первого нелинейного дросселя 5, анодом реверсив- но включаемого динистора 6, катод которого соединен с второй обкладкой первого конденсатора 4 и через первичную обмотку первого трансформатора 7 с анодом первого диода 8, катод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора 9, вторая обкладка которого соединена с вторым выводом первого нелинейного дросселя 5, индуктивный элемент 10, первый вывод которого соединен с катодом второго тиристора 3, второй вывод- с первым выводом первого резистора 11, второй диод 12, анод которого соединен с катодом первого диода 8, источник 13 постоянного напряжения, вторичная обмотка первого трансформатора 7 подключена параллельно третьему конденсатору 14, первый вывод которого соединен с первым выводом четвертого и пятого конденсаторов 15 и 16 и первым выводом нагрузки 17, второй вывод которой соединен через второй нелинейный дроссель 18 с вторым выводом пятого конденсатора 16, который через третий нелинейный дроссель 19 соединен с вторым выходом четвертого конденсатора 15 и первым выводом четвертого нелинейного дросселя 20, второй резистор 21, генератор 22 тока, третий, четвертый, пятый и шестой диодь 23,24,25 и 26, второй трансформатор 27, шестой и седьмой конденсаторы 28 и 29, пятый нелинейный дрос- сель 30, включенный между вторым выводом второго конденсатора 9 и первым выводом источника 13 постоянного напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом генератора 22 тока и катодом первого тиристора 2, анод которого соединен с катодом второго диода 12 и катодом третьего диода 23, анод которого соединен с вторым выводом генератора 22 тока, первый вывод первой обмотки второго трансформатора 27 соединен с катодом второго тиристора 3, а второй вывод-с анодом

четвертого диода 24, катод которого соединен с анодом второго тиристора 3. первый вывод второй обмотки второго трансформатора 27 соединен с катодом первого тиристора 2, а второй вывод - с анодом пятого диода 25, катод которого соединен с первым выводом источника 13 постоянного напряжения, второй вывод первого резистора 11 соединен с катодом шестого диода 26, анод

которого соединен с вторым выводом первого конденсатора 4, и через шестой конденсатор 28 соединен с вторым выводом индуктивного элемента 10, параллельно соединенные седьмой конденсатор 29 и второй резистор 21 включены между вторым

выводом третьего конденсатора 14 и вторым выводом четвертого нелинейного дросселя 20, причем первый, третий, четвертый и пятый нелинейные дроссели выполнены на сердечниках из аморфного сплава с термообработкой в поперечном магнитном поле.

Устройство работает следующим образом.

Тиристор 2 запускается один раз в начале работы устройства и в дальнейшем поддерживается в открытом состоянии с помощью источника тока удержания, Тиристор 2 необходим для обеспечения резонансного заряда конденсатора 9 реверсивно включаемого перед первым запуском динистора (РВД) 6. При отсутствии тиристора 2 конденсаторы 9 и 4 перед первым запуском РВД 6 оказались бы заряженными до напряжения источника 13 постоянного напряжения (без удвоения), что сделало бы

невозможным отпирание реверсивно включаемого динистора 6 ввиду недостатка энергии в конденсатор 4.

Конденсаторы 9 и 4 заряжаются через тиристор 2 до напряжения Uco, равного:

Uco-2U0+ I UH34,I

где 1)нач - напряжение на конденсаторе 9 перед началом очередного цикла работы;

Унам - (-50) - (-150) В в установившемся режиме.

Нелинейный дроссель 30 обеспечивает Необходимую задержку около 40 мкс между моментом разряда конденсатора 9 через РВД 6 и началом нового цикла заряда конденсатора 9, что обеспечивает восстановление РВД 6 и тиристора 3 к новому циклу работы.

Запуск РВД б происходит следующим образом.

Блок 1 управления вырабатывает импульс, открывающий тиристор 3, после чего начинается перезаряд конденсатора 4 по цепочке: конденсатор 4; тиристор 3- дроссель 10; конденсатор 28до напряжения противоположной полярности (так как С28 5С«). При этом конденсатор 28 заряжается до положительного напряжения около 0,4 DC,. Напряжение обратной полярности на конденсатоое 4 инициирует процесс отпирания РВД 6. Прямой ток через открывшийся РВД первоначально поступает от конденсатора 28 по цепи: конденсатор 28;. дроссель 10; первичная обмотка трансформатора 27, диод 24, что значительно расширяет диапазон работы РВД при изменениях напряжения питания. Разряд накопительного конденсатора 9 начинается с некоторой задержкой, определяемой нелинейным дросселем 5. Схема, содержащая трансформатор 27 и диоды 24 и 25, позволяет перекачать часть энергии, запасенной в конденсаторе 28, обратно в источник 13 питания, что повышает КПД генератора. Цепочка, состоящая из диода 26 и резистора 11, позволяет фиксировать напряжение на конденсаторе 28 равным нулю в начале очередного цикла работы генератора, повышая стабильность его работы. Потери мощности на резисторе 11 незначительны.

Блок 1 управления представляет собой генератор запускающих импульсов тиристоров 2 и 3. Параметры этих импульсов следующие; амплитуда напряжения 5-10 В; амплитуда тока- не менее 3 А, длительность импульсов 3-5 мкс. Частота повторения импульсов запуска тиристора 3 регулируется в пределах от 0 до 10 кГц при номинальной частоте 8 кГц. На тиристор 2 подается одиночный импульс в начале работы генератора, после чего отрытое состояние этого тиристора поддерживается генератором 22 тока. Блок 1 управления содержит задающий генератор с возможностью регулировки частоты и генератор одиночных импульсов, собранные на логических микросхемах, и два транзисторных усилителя импульсов.

Генератор 22 тока состоит из понижающего сетевого трансформатора, выпрямителя и фильтра, а также последовательно включенных линейного дросселя и балластного сопротивления. Генератор 22 тока обеспечивает протекание через тиристор 2 тока, превышающего минимальный ток удержания тиристора 2 в открытом состоянии.

Сжатие высоковольтного импульса происходит в цепочке из трех звеньев сжатия, содержащих конденсаторы 14, 15, 16 и нелинейные дроссели 20, 19, 18. Сердечники дросселей первых двух звеньев 20, 19 изготовлены из ленты аморфного сплава с термообработкой в поперечном магнитном поле. Это обеспечивает высокий коэффициент сжатия звеньев при относительно небольших размерах сердечников и минимально возможных для ферромагнитных материалов потерях на перемагничивание. Цепочка из параллельно включенных

конденсатора 29 и резистора 21 принудительно обеспечивает полное размагничивание сердечника дросселя 20 к началу очередного цикла работы генератора. Это стабилизирует работу цепочки звеньев сжатия при изменении напряжения питания генератора и параметров нагрузки. Выбор емкости конденсатора 29 определяется необходимостью поиска компромисса между повышением стабильности работы генератора и ростом потерь на резисторе 21 при уменьшении емкости конденсатора 29.

Для дросселя 18 последнего звена цепочки сжатия наиболее важным является минимально возможное значение его индуктивности в насыщенном состоянии, что непосредственно влияет на длительность фронта импульса тока через нагрузку и, следовательно, на мощность лазерного излучения. Поэтому дроссель 18 выполнен в виде

отрезка провода с надетыми на него ферри- товыми кольцами и расположен рядом с газоразрядной трубкой лазера на парах меди,

Формула изобретения

Магнитный генератор импульсов накачки лазера на парах меди, содержащий блок управления, первый выход которого соединен с управляющим электродом первого тиристора, второй выход - с управляющим

электродом второго тиристора, анод которого соединен с первой обкладкой первого конденсатора, первым выводом первого нелинейного дросселя, анодом реверсивно включаемого динистора, катод которого соединен с второй обкладкой первого конденсатора и через первичную обмотку первого трансформатора с анодом первого диода, катод которого соединен с первой обкладкой второго конденсатора, вторая обкладка

которого соединена с вторым выводом первого нелинейного дросселя, индуктивный элемент, первый вывод которого соединен с катодом второго тиристора, второй вывод -с первым выводом первого резистора, второй диод, анод котор ого соединен с катодом первого диода, источник постоянного напряжения, вторичная обмотка первого трансформатора подключена параллельно третьему конденсатору, первый вывод которого соединен с первым выводом четвертого и пятого конденсаторов, первым выводом нагрузки, второй вывод которой соединен через второй нелинейный дроссель с вторым выводом пятого конденсатора, который

через третий нелинейный дроссель соединен с вторым выводом четвертого конденса- тора и первым выводом четвертого нелинейного дросселя, второй резистор, о т- личающийся тем, что, с целью повышения КПД при одновременном повышении стабильности работы магнитного генератора, в него введены генератор тока, третий, четвертый, пятый, шестой диоды, второй трансформатор, шестой, седьмой конденсаторы, пятый нелинейный дроссель, включенный между вторым выводом второго конденсатора и первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод которого соединен с первым выводом генератора тока, катодом первого тиристора, анод которого соединен с катодом второго диода, катодом третьего диода, анод которого соединен с вторым выводом генератора тока, первый вывод первой обмотки второго трансформатора соединен с катодом второго тиристора, а второй вы.вод - с

анодом четвертого диода, катод которого соединен с анодом второго тиристора, первый вывод второй обмотки второго трансформатора соединен с катодом первого

тиристора, второй вывод - с анодом пятого диода, катод которого соединен с первым выводом источника постоянного напряжения, второй вывод первого резистора соединен с катодом шестого диода, анод которого

соединен с вторым выводом первого конденсатора, и через шестой конденсатор соединен с вторым выводом индуктивного элемента, параллельно соединенные седьмой конденсатор и второй резистор включены между вторым выводом третьего конденсатора и вторым выводом четвертого нелинейного дросселя, причем первый, третий, четвертый и пятый нелинейные дроссели выполнены на сердечниках из аморфного

сплава с термообработкой в поперечном магнитном поле.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для питания лазеров на парах металлов. Сущность изобретения: устройство содержит 1 блок управления (1), 2 тиристора (2,3), 7 конденсаторов (4,9,14.15.16.28,29), 5 нелинейных дросселей (5,18,19,20,30), 1 реверсивный динистор (6). 2 трансформатора (7,27), 6 диодов (8,12,23-26), 1 индуктивный элемент