Генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1979 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относитря к области импульсной техники в электротехнике, в частности к генераторам пр; моугольных импульсов, преимущественид. большой мощности с частичным разрядом ёмкостного накопителя энергии через ключевой элемент (тиратрон, тиристор), коммутирующий ток в нагрузку. Генераторы, построенные на этом принципе, находят все более широкое применение в промышленных и, в особенности, в исследовательских установках (ускорителях заряженных частиц, установках для термоядерШ)1х исследований, квантовых генераторах, установках для магнитно-импульсной обработки материалов и т.д.) для получения мощньЬс импульсов напряжения и тока с регу: лируемой длительностью импульсов в широких пределах.,

Известны генераторы прямоугольных импуль сов с частичным разрядом емкостного накопителя энергии через первый ключ и дроссель, в которых выключение первого ключа осуществляется с помощью цепи, содержащей последовательно соединенные второй ключ и конденсатор, включенный между анодом первого 1слющ. и общей щиной 1.

Недостатками подобных генераторов являются большая установочная энергия накопителя, большие перенапряжения, возникающие на конденсаторе, и значительные затраты энергии на выключение первого ключа.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является известный генератор прямоугольных импульсов, содержащий последовательно соединенные первый емкостный накопитель, дроссель, первый ключ и нагрузку, цепь, включеннун) между анодом первого ключа и общей шиной, состоящую из последовательно соединенных второго ключа и конденсатора,и зарядные устройства первого емкостного накопителя и конденсатора 2,

Формирование импульса в нагрузке генератора начинается с момента включения первого ключа, а прекращение тока в нагрузке осуществляется выключением первого ключа путем подключения к его аноду отрицательно заря.женного ковденсатора в момент включения второго ключа. Указанный генератор обладает следующилш недостатками: большой установочной энергией накопителя, во много раз превышающей энергию, выделяющуюся в нагрузке сравнительно длинным фронтом импуль са, определяемым отношением индуктивности дросселя к величине сопротивления нагрузки; большими перенапряжениями, возникающими М кояденсаторе после его перезарядки и |воздействующими на первый ключ в прямом направлении, а на второй ключ - в обратном; значительными затратами энергии на выключение первого ключа, снижающими КПД генератора. Целью изобретения является улучшение масс габаритных показателей и повьпиения надеж11бсти гёШрат(Эра rtytisM уменьшения установочной энергий емкостного накопителя, сокращения длительности фронта импульса, снижения перенапряжений на конденсаторе и повышения КГЩ VeHepaTOpa.Поставленная цель достигается благодаря тому, что в генератор, содержащий йоследбвательно соединенные первый емкостной накопитель, дроссель, первый ключ и наГ15узку, цепь, включенную между анодом первого ключaJ общей шиной, состоящую из последовательно соединенных конден сатора и второго ключа, за рядные устройства первого емкостного нако пителя и конденсатора, . Цепь, подключ ия параллельно дросселю и состоящая из дву встречно-параллельно включенных ключей и последовательно соединенного с ними второго емкостного накопителя с зарядным устройством. При зтом дроссель выполняет две функции обеспечивает вьпслючение первого ключа и явл ется индутстивным накопителем энергии, а величина индуктивности его значительно больше индуктивности дросселя известной схемы генератора (при одинаковых мощностях и временных параметрах импульсов). На фиг. 1 представлена , схема генератора прямоугольных импульсов; на фиг. 2 - форма импульса в нагрузке (сплошной линией). Генератор состоит из первого емкостного накопителя 1 с зарядным устройством 2, второго емкостного накопителя 3. с зарядным устройством 4, дросселя 5, ключей 6 и 7, конденсатора 8 с зарядным устройством 9, второго ключа 10, первого ;ключа Ни нагруз ки 12.. В исходном состоянии накопители 1 и 3 и конденсатор 8 заряжень каждый от своего зарядного устройства с указанной полярностью (фиг. 1). После включения ключа 6 начинается колебательный разряд второго емкостного накопителя 3 через дроссель 5. В момент когда ток (-о ч дросселе 5 достигает мако мального значения, включается первый ключ 11 и на нагрузке 12 появляется напряжение, равное 1оНн. где RH - величина сопротивления нагрузки. В этот же момент, при условии 1оПн Е (Е - начальное напряжение на первом накопителе 1), прекращается ток через ключ 6 и до момента времени tj на его катоде присзтствует положительное, относительно анода, напряжение, необходимое для выключения ключа 6. Через промежуток времени, равный требуемой длительности имПульса (в момент tj) включается второй ключ 10 и через него к аноду первого ключа 11 прикладывается отрицательный потенциал конденсатора 8, благодаря чему ток через первый ключ 11 прекра- . щается и в течение времени разряда конденсатора 8 (через первый накопитель 1 и дроссель 5) до нулевой разности Потенциалов происходит вocctaнoвлe шe электрической прочности первого ключа П. В дальнейшем на конденсаторе 8 происходит изменение полярности напряжения и его рост До момента, когда оно сравняется с напряжением на первом накопителе 1. В этот момент вторично включается ключ 6 и энергия из дросселя 5 переходит во второй накопитель 3 и частично в конденсатор 8. Когда напряжение на втором накопителе 3 достигает максимальной величины, включается ключ 7, и второй емкостной накопитель перезаряжается в исходное состояние с последующей подпиткой до требуемого 5фовня напряжения от зарядного устройства 4. При условии 0,91 и оНн 0,76 ( J - волновое сопротивление кошура, содержащего накопитель 1 И дроссель 5) в нагрузку отдается 47% суммарной энергии первого и второго емкостных накопителей 1 и 3 при 5%-ой неравномерности вершины импульса. В известном устройстве, при 5%-ой неравномерности вершины импульса, запасаемая накопителем энергия в 10 раз больше энергии импулься в нагрузке. В описанном устройстве .при такой же неравномерности вершины запасаемая Накопителем энергия больше энергии импульса в нагрузке лишь Ъ 1,2 раза. Длительность фронта импульса, формируемого описанным генератором, определяется временем включения первого ключа и паразитной индуктивностью монтажа, т.е. практически составляет десятые доли едаЙйць шГКрШекунд, а перенапряжения на конденсаторе, обеспечивающем выключение первого ключа, практически отсутствуют, эа счет рекуперации энергии этого конденсатора значительно повыщается КПД генератора. Формула изобре те ния Генератор прямоугольных импульсов, содержащий последовательно соедииенньте первьш

емкостной накопитель, дроссель, первый ключ и нагрузку, цепь, включенную между анодом первого ключа и обшей тиной, состоящзто из последовательно соединенных конденсаторд и второго ключа, зарядные устройства первого емкостного накопителя и конденсатора, о т чичающийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей и повышения надежности генератора, параллельно дросселю включена цепь, состоящая из двух встречно-параллельно включенных ключей и соедиденного последовательно с ними второго емкостного накопителя с зарядным устройством.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1. Бутанов П. Д. Исследование и разработка мощных генераторов прямоугольных импульсов миплисекундной длительности. Диссертация. Томск, 1967, с. 19-24.

5. Леонтьев Н. И. и др. Генератор прямоугольнь1х импульсов с гашением тиратрона, лектрическтво, N 8,1969, с. 67-71 (прототип).