Способ регулирования напряжения на накопительном конденсаторе Советский патент 1993 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовав но в технологических лазерах с предионизацией активной среды короткими импульсами тока с крутыми фронтами.

Цель изобретения - повышение быстродействия регулирования уровня напряжения накачки.

Для достижения указанной цели предварительно заряженный за полуволну тока до амплитудного значения напряжения емкостный накопитель разряжают до заданного уровня напряжения за счет рекуперации энергии в сеть, а затем быстро разряжают

на нагрузку. Таким образом, регулирование уровня напряжения накачки происходит в течение одного такта рабочей частоты ис- тбчника предыонизации, что обеспечивает его быстродействие.

На фиг. 1 изображена схема устройства, позволяющего осуществить предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие реализацию способа.

Устройство содержит низковольтный источник 1. Питания постоянного тока, к выходу источника 1 питания подключен транзисторный однотактный преобразователь 2 С возвратными диодами 3 и повышающим

00

NX О

ся

трансформатором 4. Последовательно с первичной обмоткой трансформатора 4 включен добавочный резонансный дроссель 5. Ко вторичный обмотке трансформатора 4 подключен накопительный конденсатор б. Параллельно емкостному накопителю 6 включены соединенные последовательно высоковольтный коммутатор 7 и нагрузка 8 (лазер), а также делитель напряжения 9. Выход делителя 9 напряжения и источник 10 опорного напряжения соединены с первым и вторым входами компаратора 11. Выход компаратора 11 соединен с управляющим входом модулятора 12, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки 13, а выход с управляющим входом коммутатора 7. Вход элемента задержки 13 соединен с выходом задающего генератора 14, другие выходы которого соединены с управляющими входами транзисторов 15 однотактного преобразователя 2. Для исключения аварийных выбросов напряжения преобразователь 2 включает в себя диоды 16.

Согласно предлагаемому способу, емкостный накопитель 6 заряжают от инвертора 2 и разряжают на электроды лазера с одной и той же частотой. Эта частота определяется технологическими требованиями со скоростью изменения мощности излучения лазера4. Собственная частота цепи колебательной зарядки емкостного накопителя б выше рабочей частоты инвертора 2 и устанавливается, например, с помощью добавочного дросселя 5, При работе источника предьюнизации на входы ключей 15 (транзисторы) инвертора 2 (в данном случае, од- нотактный преобразователь) поступают управляющие импульсы е задающего генератора 14 (моменты времени 11Дб-фиг. 2,а). Через открытые ключи 5, повышающий трансформатор 4 и добавочный дроссель 5 от источника питания 1 идет прямая полуволна тока, заряжающего емкостный накопитель 6. Время открытого колебательного процесса, т.е. ключи 15 закрываются, когда зарядный ток уменьшается до нуля, а напря- жение на емкостном накопителе 6 становится максимальным (момент времени ta - фиг. 2,6,в). Обратная полуволна тока замыкается на источник питания 1 через возрастные диоды 3, рекуперируя энергию емкостного накопителя 6 обратно в сеть. Уровень напряжения на емкостном накопителе б сравнивается с требуемым в данный момент по технологии лазерной установки с помощью делителя напряжения 9 и источника опорного напряжения 10. При равенстве этих уровней напряжения срабатывает компаратор 11 (моменты времени t2, t4 - фиг, 2,д). Когда

напряжение на накопителе 6 возрастает, управляющий импульс на коммутатор 7 не формируется модулятором 12, т.к. еще нет разрешающего сигнала. Разрешающий

сигнал формируется из управляющего импульса с задающего генератора 14, задержанным элементом задержки 13 на такое время, при котором ключи 15 инвертора 2 надежно закрыты (момент времени ta - фиг.

0 2,г). При наличии разрешающего сигнала с элемента задержки 13 и сигнала с компаратора 11 модулятор 12 формирует импульс, включающий коммутатор 7 (момент времени t4 - фиг. 2,е). Через коммутатор 7

5. емкостный накопитель б разряжается на нагрузку 8 за время 50-100 не, формируя на ней требуемый импульс тока с крутыми фронтами.

Следующий цикл зарядки емкостного

0 накопителя 8 может начаться после возврата самого инерционного элемента схемы (в данном устройстве, трансформатора 4) в исходное состояние. Так как реальная нагрузка 8, помимо лазера, со5

держит индуктивность линии, то емкостный накопитель 6 перезаряжается через нее до величины, равной напряжению разряда. После отключения коммутатора 7 перезаряд накопителя б продолжится через индуктив0 ность намагничивания трансформатора 4, При равенстве положительной и отрицательной вольт-секундных площадей сердечник трансформатора 4 перемагничивается, и можно начинать следующий цикл зарядки

5 емкостного накопителя 6 (момент времени ts-фиг. 2,в).

Меняя уровень опорного напряжения источника 10, можно изменять момент включения коммутатора 7, начиная с момен0 та, когда напряжение на накопителе максимально и начинается процесс рекуперации энергии в сеть. В случае апериодического процесса рекуперации диапазон регулирования уровня напряжения накачки состав5

ляет половину выходного напряжения

инвертора. В случае колебательного процесса рекуперации диапазон регулирования расширяется от максимального напряжения на накопителе до спада его

0 практически до нуля.

При этом исключается задержка управляющего воздействия при прохождении других функциональных узлов источника предыонизации.

о

Ташм образом воздействие на коммутатор в течение второй полуволны зарядного тока, когда напряжение на емкостном накопителе снижается за счет рекуперации энергии в сеть, повышает быстродействие

регулирования уровня напряжения накачки технологического лазера.

Формула изобретения Способ регулирования уровня напрйже- ния на накопительном конденсаторе, заключающийся в том, что заряжают колебательно-накопительный конденсатор от источника питания за полуволну тока и разряжают его в момент времени, соответствующий времени достижения на нем напряжения, равного напряжению UH (где UH 0

напряжение, равное напряжению на нагрузке), о тли чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, накопительный конденсатор заряжают от источника напряжения До величины напряжения, большей значения напряжения UH, а момент времени, соответствующий достижению на накопительном конденсаторе величины напряжения U«. определяют путем сравнения напряжения предварительного его разряда с опорным.

Использование: в импульсной технике и в технологических лазерах с предыоййза- ц-ией активной среды короткими импульсами тбка с крутыми фронтами, Сущность изобретения: способ заключается в том, что емкостный накопитель заряжают от источника питания постоянного тока за полуволну зарядного тока до максимального амплитудного значения. В течение второй полуволны тока накопитель разряжают до заданного уровня напряжения, а затем, подавая управляющий импульс на коммутатор, разряжают накопитель на нагрузку (лазер)..Особенностью изобретения является то, что регулирование уровня напряжения на нагрузке осуществляется в течение одного такта рабочей частоты источника предыонйза- ции, что позволяет повысить быстродействие. 2 ил. (Л G