Коммутируемый высоковольтный источник питания Советский патент 1977 года по МПК G05F1/46 

1

Предлагаемый коммутируемый высоковольтный источник питания предназначен для использования в радиотехнических установках различного назначения, в частности, в индикаторных устройствах с цветными ЭЛТ типа «Penetron.

Известны коммутируемые высоковольтные источники питания, которые обладают недостаточным быстродействием при переключении высокого напряжения I.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является коммутируемый высоковольтный источник питания, стабилизированный постоянным напряжением, содержащий основной стабилизатор высокого напряжения, выполненный в виде преобразователя напряжения, подключенного к входным выводам через низковольтный стабилизатор напряжения, измерительный орган которого соединен с выходом основного стабилизатора, два дополнительных питающих узла с питающими трансформаторами, подключенные к выходу указанного преобразователя напряжения и выполненные по схеме удвоения напряжения, причем выходы питающих узлов включены последовательно с выходом основного стабилизатора и шунтированы цеточками из включенных последовательно резистора и диода 2.

Недостатками известного источника являются малое быстродействие, невозмол ность получения на выходе дополнительного источника биполярного напряжения и циклическая смена цветов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в каледый из дополнительных питающих узлов введен дополнительный питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходу преобразователя напряжения, вторичная обмотка крайними выводами подключена к выводам вентилей соответствующей схемы удвоения, средним выводом через

вторичную обмотку соответствующего питающего трапсформатора подключена к общему зажиму двух конденсаторов, подключенных последовательно к выходу соответствующего питающего узла, при этом другими выводами указанных конденсаторов и вентилями схем удвоения введены дроссели, а каждый из вентилей выполнен в виде встречнопараллельно включенных цепей, состоящих из последовательно включенных диода и тиристора, управляющий электрод которого подключен к программному устройству.

На фиг. 1 изображена блок-схема; на фиг. 2 - принципиальная схема вентиля схемы удвоения дополнительного питающего ЗЗла; на фиг. 3 - принципиальная схема одной

из ячеек, образующих основной высоковольтный источник; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняюгцие работу коммутируемого высоковольтного источника питания.

Устройство содержит основной стабилизатор 1 высокого иаиряжения, два одинаковых дополнительных питающих узла 2, 3, последовательно соединенных с основным стабилизатором 1, активно-емкостную нагрузку 4, 5 иа выходе устройства и цепь обратной связи, состоящую из подключенного параллельно выходу основного стабилизатора 1 резистивпого делителя напряжения 6, 7 и низковольтного стабилизатора 8 постоянного напряжения. На один вход стабилизатора 8 постояниого напряжения подается напряжение питания устройства, а на другой - сигнал обратной связи с движка переменного резистора делителя напряжения 7. Выход стабилизатора 8 связан со входом преобразователя 9 напряжения, с выхода которого по сигналу с программного устройства 10, также подаваемому иа вход преобразователя 9, импульсы напряжения высокой частоты подаются в первичные обмотки трансформаторов дополнительных питающих узлов 2 и 3.

Каждый дополнительный питающий узел 2, 3 выполнен по схеме удвоения напряжения (схема Латура) и содержит питающий трансформатор И, один конец вторичной обмотки которого соединен с конденсаторами 12, 13. Другие концы конденсаторов 12, 13 соответственно через дроссели 14, 15 соединены с вентилями 16, 17. Вентили 16, 17 другими концами соединены соответственно с концами «Ь и «d вторичной двухсекционной обмотки дополнительного трансформатора 18, средней точкой «с, соединенной с другим концом вторичной обмотки питающего трансформатора И. Выход дополнительного питающего узла 2, 3 шунтирован последовательно соединенными резистором 19 и диодом 20.

Вентили 16, 17 схемы удвоения (фиг. 2) образованы двумя последовательными цепочками из включенных в одном направлении диода 21, 22 и тиристора 23, 24. К поджигающему электроду тиристора 23, 24 соответствеипо через ограничительный резистор 25, 26 подключена вторичная обмотка трансформатора 27, 28 для питания поджигающего электрода. Цепочки соединены между собой в точке 29 противоположными электродами тиристоров 23 и 24. Другие концы 30 и 31 цепочек подключены к концам «Ь и «d вторичной двухсекционной обмотки дополнительпого трансформатора 18, причем с концом «Ь обмотки соединены конец 30 вентиля 16 и конец 31 вентиля 16, а с концом «d обмотки соединены коиец 31 вентиля и конец 30 вентиля 17.

Основной стабилизатор 1 высокого напряжения образован последовательным соединением четырех выпрямительных ячеек 32-35 (фиг. 3). Все ячейки выполнены одинаково ПО схеме удвоения напряжения каждая. В качестве питающих обмоток трансформаторов в данных выпрямительных схемах используются дополпительные вторичные обмотки питающих трапсформаторов И и дополнительных трансформаторов 18 дополнительных питающих узлов 2 и 3.

На фиг. 4 изображены временные диаграммы, с помощью которых можно объяснить работу устройства, где ,

36-напряжение на основной вторичной обмотке питающего трансформатора И;

37- напряжение па секции «be вторичной

обмотки дополнительного трансформатора 18 (фиг. 1);

38- напряжение иа секции «cd вторичной

обмотки дополнительного трансформатора 18;

39- напряжение в точках «аЬ дополнительного питающего узла;

40- напряжение в точках «ad дополнительного питающего узла;

41-нанряжеиие на вторичной обмотке трансформатора 27 вентиля 16;

42- напряжение па вторичной обмотке трансформатора 28 вентиля 16;

43- напряжение на вторичной обмотке трансформатора 27 вентиля 17;

44- напряжение на вторичной обмотке

трансформатора 28 вентиля 17;

45- наиряжение на выходе дополнительного

питающего узла.

Нринцип действия устройства заключается в следующем.

Носкольку основной стабилизатор высокого напряжения 1 и два дополнительных питаюнщх узла 2 и 3 соединены последовательно, то выходное нанряжение 0вых С/1+f/a+t a, где Ui - напряжение па выходе основного

стабилизатора 1;

f/2 - напряжение иа выходе дополнительного питающего узла 2; f/3 - напряжение на выходе дополнительного питающего узла 3; Если KB, а {71 12 кв, то, включая дополнительные питающие узлы 2 и 3 согласно, встречио или разнополярно с основным стабилизатором 1, можно получить на выходе устройства три значения напряжения:

1) + (кв)-зеленый цвет;

2)12-1-2 - (кв)-желтый цвет;

3)12-2 - 2 8 (кв)-красный цвет.

В предлагаемом устройстве можно менять уровень высокого напряжения, а следовательно, и цвет свечения экрана ЭЛТ с одного иа другой в любой последовательности.

Рассмотрим принцип получения биполярного напряжения иа выходе одного из дополнительных питающих узлов 2, 3 (фиг. 1) по временным диаграммам (фиг. 4).

Пусть в момент времени to по сигналу с программного устройства 10 с выхода преобразователя 9 напряжение в виде повторяющихся с больщой частотой импульсов подается иа трансформаторы И и 18, на вторичных

обмотках которых появятся равные по величине напряжения 36, 37, 38 (полярность без скобок). Одновременно на поджигающие электроды тиристора 23 вентиля 16 и тиристора 24 вентиля 17 подаются соответственно импульсы 41 и 44 той же частоты с трансформаторов 27 вентиля 16 и 28 вентиля 17. В первый полуиериод, т. е. в момент времени to-ti, конденсатор 12 заряжается через цепочку 30-29 вентиля 16, так как тиристор 23 открыт и дроссель 14 до суммарного напряжения (полярность без скобок) основной вторичной обмотки трансформатора 11 и секции «6с вторичной обмотки траисформатора 18 (полярность без скобок). Напряжение 39 в точках схемы «аЬ, как и напряжение на конденсаторе 12, равно двойному напряжению основной вторичной обмотки питающего трансформатора И, так как напряжения основной вторичной обмотки дополнительного трансформатора 11 и секции «be вторичной двухсекционной обмотки трансформатора 18 равны и однонаправлены. Напряжение 40 в точках «ad схемы равно нулю, так как напряжение вторичной обмотки трансформатора И и секции «cd вторичной обмотки дополнительного трансформатора 18 равны и противоположны по знаку, а вентиль 17 закрыт. Напряжение на конденсаторе 11 отсутствует.

Во второй полупериод, т. е. в момент времени ti- 4, напряжение на вторичных обмотках трансформаторов 11, 18, 27 вентиля 16 и 28 вентиля 17 меняют знак (полярность в скобках). Конденсатор 13 заряжается через дроссель 15 и цепочку 29-31 вентиля 17 (тиристор 24 вентиля 17 открыт) до суммарного напряжения основной вторичной обмотки трансформатора 11 и секции «be двухсекционной вторичной обмотки трансформатора 18 той же полярностью, что и конденсатор 12 (полярность без скобок). Вентиль 16 закрыт.

Конденсаторы 12 и 13 оказываются соединенными последовательно по отношению к нагрузке, и выпрямленное напряжение 45 на выходе дополнительного питающего узла (полярность без скобок) будет равно сумме напряжений на конденсаторах 12 и 13.

При этом тиристор 24 вентиля 16 и тиристор 23 вентиля 17, не участвующие в формировании выходного напряжения данной полярности, находятся в облегченном электрическом режиме за счет введения в схему дополнительного питающего узла дополнительного трансформатора 18. К этим тиристорам прикладывается только напряжение одного из конденсаторов, а напряжение основной вторичной обмотки трансформатора II компенсируется напряжением встречно включенной секции «cd вторичной двухсекционной обмотки дополнительного трансформатора 18. За счет этого повыщается надежность всего устройства.

Для получения на выходе дополнительного питающего узла напряжения обратной полярности необходимо перезарядить конденсаторы

12 и 13. Для этого в момент времени на поджигающие электроды тиристора 24 вентиля 16 и тиристора 23 вентиля 17 подаются в одинаковой фазе импульсы напряжения 42 и 43 с соответствующих тиристорам трансформаторов. На поджигающие электроды тиристора 23 вентиля 16 и тиристора 24 вентиля 17 напряжение не подается. Образуется колебательный контур LC, в котором электричеекая энергия конденсаторов 12, 13 преобразуется в .магнитную энергию дросселей 14, 15 и обратно. Конденсаторы 12, 13 перезаряжаются напряжением обратной полярности (полярность в скобках) по цепи, содержащей

дроссель 14, цепочку 29-31 вентиля 16, цепочку 30-29 вентиля 17 и дроссель 15. На этом переходный процесс заканчивается, так как диоды 22 vi 21 соответственно вентилей 16 и 17 не пропускают ток обратной полярности, а ТИРИСТОР 24 вентиля 16 и ТИРИСТОР 23 вентиля 17 закрыты. ВРРМЯ пепехолного процесса, определяющее время переключения высокого напряжения устройства, мало и определяется резонансной частотой контура.

В момент времени ti, на поджигающие электроды тиристора 24 вентиля 16 и тиристора 23 вентиля 17 подаются соответственно импульсы напрял ения 42, 43. Напряжение на питающем трансформаторе 11 меняет фазу

на противоположную (полярность в скобках) по отнощению к дополнительному трансформатору 18. Тогда в моменты времени f/, и конденсаторы 12 и 13 дозаряжаются до амплитуды выходного напряжения дополнительного питающего узла, компенсип я при этом потери напряжения в контуре LC при смене полярности.

Управляющие импульсы напряжения подаются на оба дополнительных питающих узла

одновременно.

Таким образом, время переключения выходного напряжения устройства определяется временем переходного процесса при переключении полярности биполярных дополнительных питающих узлов, а также временем, необходимым для компенсапии потерь при переключении, и составляет 10-15 мксек.

Изменение фазы напряжения питающего трансформатора II по отнощению к напряжению дополнительного трансформатора 18 при переключении полярности дополнительных УЗЛОВ 2 и 3 не влияет на выходное напряжение основного стабилизатора 1, образованное суммой выпрямленных напряжений дополнительных вторичных обмоток трансформаторов 11 и 18 обоих дополнительных питающих узлов 2 и 3, так как выпрямление напряжения каждой дополнительной ВТОРИЧНОЙ обмотки происходит с помощью двухфазной вьтпрямительной схемы удвоения напряжения (фиг. 3). При работе коммутируемого высоковольтного источнщ а на понижение напряжения, в зависимости от требуемого значения высокого напряжения на выходе, один или оба дополнительных питающих узла 2 и 3 включаются навстречу основному стабилизатору 1. При этом ток нагрузки будет заряжать емкости дополнительных питающих узлов 2 и 3, повышая напряжение на них. Чтобы исключить это, выходы дополнительных питающих узлов 2 и 3 шунтированы каждый последовательно соединенными резистором 19 и диодом 20, которые рассчитаны на ток, превышающий максимальный ток нагрузки.

Стабилизация выходного напряжения на нагрузке устройства обеспечивается цепью обратной связи, напряжение которой с резистивного делителя напряжения 6, 7, подключенного параллельно выходу основного стабилизатора 1, подается на стабилизатор напрял :ения 8.

Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает увеличение быстродействия переключения высокого напряжения и надежности по сравнению с известными.

Формула изобретения

Коммутируемый высоковольтный источник питания, стабилизированный постоянным напряжением, содержащий основной стабилизатор высокого напряжения, вынолненный в виде преобразователя напряжения, подключенного к входным выводам через низковольтный стабилизатор напряжения, измерительный, орган которого соединен с выходом основного стабилизатора, два дополнительных питающих узла с питающими трансформаторами, подключенные к выходу указанного преобразователя напряжения и выполненные по схеме удвоения напрял ения, причем выходы питающих узлов включены носледовательпо с выходом основного стабилизатора и шунтированы цепочками из включенных последовательно резистора и диода, отличаю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в из дополнительных питающих узлов введен дополнительный питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходу преобразователя напряжения, вторичная обмотка крайними выводами подключена к выводам

вентилей соответствующей схемы удвоения, средним выводом через вторичную обмотку соответствующего питающего трансформатора подключена к общему зажиму двух конденсаторов, подключенных последовательно к

выходу соответствующего питающего узла, при этом между другими выволТ.ами указанных конденсаторов и вентилями схем удвоения введены дроссели, а каждый из вентилей выполнен в виде встречно-параллельно включенных цепей, состоящих из последовательно включенных диода н тиристора, управляющий электрод которого подключен к программному устройству.

Источники информации, принятые

во внимание нри экспертизе

1.Авторское свидетельство № 463229, кл. Н 03k 3/53, 1974.

2.Патент Франции № 2158585, кл. П 03k 4/00, 1973.

I..1

фаг.З