Каскадный умножитель напряжения Советский патент 1978 года по МПК H02M7/10 

(54) КАСКА/ШЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

I

Изобретение относится к технике высоких напряжений и может быть применено в электрофизических установках, электронных микроскопах и ускорителях, BO частности оно предназначено для использования в качестве источника регулируемого в широких пределах высокого напряжения постоянного тока для питания электроннолучевых установок.

Известен радиочастотный регулируемый умножитель напряжения, содержащий модифицированный генератор. Эверхарта-Лоррейна на электровакуумных вентилях, генератор напряжения умножения с повышающим трансформатором и вспомогательные цепи для питания накалов вентилей, подключенные к двум генераторам напряжения накалов {1 .

Однако отмечается зависимость токов накалов вентилей от величины выходного высокого напряжения, сложности схемы и ее настройки.

Наиболее близким по своей технической сущности является каскадный умножитель напряжения, содержащий генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополнительную катушку индуктивности, включенные по каскадной схеме заряд-, иые-конденсаторы, электровакуумные вентили.

компенсирующую катущку индуктивности, разделительные дополнительные конденсаторы, а также цепи питания накалов вентилей 2. Недостатками этого умножителя, являются сложность схемы и значительный уровень вы сокочастотных пульсаций высокого напряжения.

Ц&лъ изобретения - упрощение умножителя и уменьщение уровня высокочастотных пульсаций.

Q Эта цель достигается тем, что в каскадном умножителе напряжения, содержащем генератор питания накалов, генератор напряжения умножения, выходные трансформаторы генераторов, накальные трансформаторы, дополни-, тельную катущку индуктнвности, включенные 5 по каскадной схеме зарядные конденсаторы,

.а также цепи питания накалов вентилей, в которых накальные и вспомогательные колонны, состоящие КЗ последовательно включенных разделительных конденсаторов, первичных обмо.. ток начальных трансформаторов и дополнительных конденсаторов, подключены через входные трансформаторы к генераторам напряжения накалов, выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы соединены со средней точкой компенсирующей катущки.индуктивности, а входы. накальных колонн подключены

ко вторичной обмотке выходного трансформатора генератора напряжения накалов, средняя точка которой заземлена, а средняя точка вторичной обмоткн выходного трансформатора генератора напряжения умножения подключена к земле через дополнительную катушку индуктивности.

На фиг. I представлена структурная электрнческэ$| схема каскадного умножителя напряжения; на фиг. 2 - эквивалентная схема пи-, тания накальных цепей каскадного умножителя напряжения.

На фис, I-изображены; первый и последний каскады умножителя напряжения, содержащего генератор 1 напряжения умножения, подключенный к первичной обмотке выходного трансформатора 2, вторичная обмотка которого подключена к схеме умножителя ЭверхартаЛоррейна, выполненного на электровакуумных вентилях 3-1 - 3-4, зарядных конденсаторах 4-1 - 4-3, 5-1 и 5-2 и компенсирующей катушке индуктивности б. Средняя точка компенсирующей катушки индуктивности 6 соединена с выходной шиной 7, а средняя точка пторич ной обмотки повышающего трансформатора 2 заземлена через дополнительную катушку ий- , дуктивности 8. Генератор 9 питания накалов нодключен к первичной обмотке выходного трансформатора 10, средняя точка вторичной обмотки которого заземлена, а выходные концы подключень к левой и правой накальпым колоннам, состоящим из п одинаковых последовательно включенных каскадов.

В каждом каскаде разделительные конденсаторы 11-1 - 11-4 включены последовательно с первичной обмоткой накальных трансформаторов 12-1 -- 12-4.

В левой накальной колонне вход первого каскада начинается с разделительного конденсатора 11-1, а вход правой накалыюй колонны - с накального трансформатора 12-2. Выходы накальных колонн через дополнительные конденсаторы 13-1, 13-2 соединены с шиной 7. В каждом каскаде каскадного умножителя напряжения вторичная обмотка накальных трансформаторов 12-1 - 12-4 подключены к накалам вентилей 3-1 - 3-4.

В каждом каскаде каскадного умножителя между разделительными конденсаторами Ии П-3 левой накальной колонны и зарядными конденсаторами 4-1 - 4-3, а также междуразделительными конденсаторами 11-2, 11-4 правой накальной колонны и зарядными конденсаторами 5-I и 5-2 включены выравнивающие резисторы 14-1 - 14-4.

На фиг. 2 представлена эквивалентная схема питания накальных цепей;каскадного умножителя. Гёиератор 9 питания накалов соединен с трансформатором 10, вторичная обмотка которого подключена к последовательным конгурам А н В. Каждый из них 5 вляется эквивалентом накальной колонны и состоит из эквивалентной емкости 15, аквивалентной индуктивности 16 и суммарного вносимого сопротивления 17 накальиой колонны. Между щиной 7, к которой подключены эквиваленты обеих накальных колонн, и землей, включен последовательный контур С, состоящий из эквивалентной емкости 18 схемы умножения напряжения, индуктивности 8 и сопротивления потерь 19. Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена.

Каскадный умножитель напряжения работа5 ет следующим образом.

Напряжение высокой частоты генератора I через трансформатор 2 поступает на схему умножителя, выполненную на вентилях 3-1 - 3-4, зарядных конденсаторах 4-1 - 4-3, 5-1

и 5-2 н компенсирующей катушке индуктивности 6. Высокое напряжение постоянного тока снимается относительно земли со средней точки катушки 6 и поступает на шину 7. Средняя точка вторичной обмоткн трансформатора 2 заземлена через дополнительную катушку индуктивности 8, Выравнивающий резистор 14-1 - 14-4, включенный в каждом каскаде умножителя напряжения, обеспечивает равенство потенциалов между конденсаторами 11-1 - 11-4 накальных колонн и конденсаторами 4-1 - 4-3, 5-1, 5-2 умножителя напряжения. Высокое напряжение регулируется изменением режима работы генератора напряжения умножителя.

Рассмотрим работу цепей, обеспечивающих питание накалов вентилей умножителя напряжения, Анализ работы этих цепей проведен на примере эквивалентной схемы фиг. 2. В связи с тем, что частота генератора 9 питания накалов значительно больше частоты генератора. 1 напряжения умножения, схему умноже-. ния для частоты генератора питания накалов

0 можно замтенить эквивалентной емкостью 18. Эта емкость, включенная последовательно с дополнительной катушкой 8 и сопротивлением потерь 19, образует последовательный контур С включенный между шиной 7 и землей. Средняя точка вторичной обмотки выходного трансформатора 10 заземлена, В образованной двухконтурной схеме ЛС и ВС) полезная мощность генератора 9 выделяется на эквивалентных сопротивлейиях 17 накальных колонн за счет контурных токов Jt и Jj. В виду того, что

напряжения, приложенные к контурам АС н ВС, равны по величине и противоположны по фазе, то результирующий ток, протекающий через последовательный контур С, в каждый момент времени равен разности амплитуд токов Ji и Jj. Все три последовательных контура настроены в резонанс с частотой генератора 9 питания накалов, поэтому для этой частоты каждая ветвь двухконтурной (ЛС и ВС) схемы представляет активное сопротивление. За счет того, что катушка 8 имеет высокую

Q добротность, активное сопротивление коитура С во много раз меньше активного сопротивления контуров л и в. Напряжение на контуре С, являющееся напряжением пульсаций, высокого напряжения с частотой генератора напряжения накалов, во много раз меньше на5 пряжения на накальных колоннах.

Таким образом, в таком каскадном умножителе напряжения питание накалов вентилей обеспечивается применением только двух накальных колонн, за счет протекания контурных токов через эти колонны и емкости схемы умно° жителя напряжения. Настройка цепей питания