Формирователь импульсов Советский патент 1981 года по МПК H03K5/01 

1

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в генераторах импульсов тока, в частности, большой а1/1плитуды, используемых в экспериментальной физике и в электрофизических установках, например, в ускорителях заряженных частиц.

Наиболее близок к предлагаемому формирователь импульсов тока, используемый преимущественно в электрофизических установках для получения импульсов тока с плоской вершиной в активно-индуктивных нагрузках fl Этот формирователь состоит из накопительного конденсатора, к которому через управляемые коммутаторы подключены последовательно соединенные катушки индуктивности, активно-индуктивная нагрузка и датчик тока. Параллельно цепи нагрузка-датчик тока включено последовательное соединение стабилитрон-тиристор. При включении управляемых коммутаторов конденсатор начинает перезаряжаться по цепи нагрузки. При этом в нагрузке формируется импульс тока в форме полуволны синусоиды. В момент достижения током заданной величины вкльэчается тирисуор, и параллель.но цепи нагрузки оказкщается включенной цепь стабилитрона, что вызывает появление плоской вершины у импульса тока нагрузки.

Однако в этом формирователе предельная длительность плоской части импульсов определяется значением Jполупериода колебательной разрядки накопительного конденсатора на катушку индуктивности, нагрузку и цепь стабилитрона. Поэтому при необходи10мости существенно удлинить плоскую вершину импульса, а такая задача часто.возникает в ускорительной технике, например, при питании кольцевых магнитов накопителей,- приходит15ся очень сильно увеличивать емкость накопительного конденсатора, что при длительности площадки в десятки миллисекунд и при реальных нагрузках встречает на практике серьезные труд20ности. Кроме того, при этом резко возрастает импульсный ток через стабилитрон и тиристор, что приводит к необходимости выбирать эти элементы более мощными.

25

Целью изобретения является увеличение длительности плоской частл импульса тока.

Поставленная цель достигается тем, что в формирователь импульсов тока, 30 содержащий тиристор, вход которого подключен к выходу включающего блока накопительный конценсатор, между обкладками которого включены последовательно соединенные первый управляемый -ком1 утатор, катушка индуктивности, активно-индуктивная нагрузка датчик тока нагрузки и второй управ1ляемый коммутатор, причем управляющие электроды коммутаторов подключены к шине запускающих сигналов, ст билитрон, анод которого соединен с анодом тиристора, катод подключен к точке соединения нагрузки с катушкой индуктивности, катод тиристора подключен к точке соединения анода второго коммутатора с датчиком тока нагрузки, выход которого соединен с входом включающего блока, введены третий и четвертый управляемые коммутаторы, диод, два блока задержки импульсов запуска, входы которых сое динены с шиной запускающих сигналов а выходы подключены к управляющим электродам соответственно третьего и четвертого управляемых коммутаторов, катоды которых соединены с кат дом первого управляемого коммутатора, а аноды подключены соответствен к аноду и катоду второго управляемо го коммутатора, причем анод второго управляемого коммутатора соединен с анодом диода, катод которого подсое нен к аноду первого управляемого коммутатора. На фиг. 1 приведена электрическа схема формирователя; на .фиг. 2 даны диаграммы изменений токов и напряже ний в его цепях: а - ток, протекаю щий через нагрузку; б - ток через с билитрон и тиристор; в - ток через катушку индуктивности; г - напряжение между катодами стабилитрона и тиристора; д - напряжение на конден саторе. Формирователь импульсов содержит тиристор 1, вход которого подключен к выходу включающего блока 2, накопител)зный конденсатор 3, между обкладками которого последовательно включены управляемый ког пчутатор 4, катушка индуктивности 5, активноиндуктивная нагрузка б с активной 7 и индуктивной8 составляющими, датчик 9 тока нагрузки и управляемый комму;татор 10. Стабилитрон 11 анодом соединен с анодом тиристора 1, а ка тодом подключен к точке соединения кaтylj Iки индуктивности 5 и нагрузки К катоду коммутатора 4 подключены катоды упразляегПлх коммутаторов 12 и 13, аноды которых соединены соотв ственно с анодом и катодом управляе мого коммутатора 10, а между анодами управляемых коммутаторов 4 и 1 включен диод 14 так, что его анод соединен с анодом ког-1мутатора . 10, Управляющие электроды управляемых коммутаторов 12 и 13 подключены соэтветственво к выходам блоков 15 и 16 задержки импульсов запуска, вхоцы которых соединены с шиной запускающих сигналов. В качестве блоков 15 и 16 задержки импульсов запуска могут использоваться любые времязацающие электронные узлы, н.апример, широко известные ждущие мультивибраторы . Работает формирователь следующим образом. В исходном состоянии конденсатор 3 заряжен, а токи в схеме отсутствуют, в момент времени tg (фиг. 2) подается внешний запускающий импульс, включающий управляемые коммутаторы 4 и 10. По катушке индуктивности 5, нагрузке 6 и датчику тока 9 начинает ., протекать ток, нарастая по синусоидальному закону (фиг. 2а, в). В момент времени t , когда ток нагрузки достигает заданного значения, выходной сигнал датчика тока 9 воздействует на включающий блок 2, что приводит к включениьэ тиристора 1. Начиная с этого момента часть тока катушки индуктивности 5 ответвляется в цепь стабилитрон 11-- тиристор 1 (фиг. 26), а сумма падений напряжения на активной составляющей 7 и датчике тока 9 поддерживается равной сумме напряжений на проводящих стабилитроне 11 и тиристоре 1 (фиг. 2 г). За счет этого через активно-индуктив-ную нагрузку б протекает практически неизменный ток. В момент времени t когда напряжение на конденсаторе 3 изменяет знак (фиг. 2 д), с выхода первого блока задержки 15 к третьему управляемому коммутатору 12 подается включающий его импульс, задержанный на время -о относительно внешнего запускающего сигнала. Ток параллельных ветвей нагрузка 6 - датчик тока 9 и стабилитрон 11 - тиристор 1 замыкается через коммутатор 12 и катушку индуктивности 5. Коммутаторы 4 и 10 выключаются. В интервале времени от trj до tj ток через катушк-у индуктивности 5 и цепь стабилитрон 11 - тиристор 1 медленно уменьшается по экспоненциальному закону. В момент t с выхода второго блока задержки 16 к четвертому управляемому коммутатору 13 подается включающий его импульс,задержанный на время относительно внешнего запускающего сигнала. При этом коммутатор 12 выключается, его ток переводится в цепь диод 14 - конденсатор 3 - коммутатор 13. Конденсатор 3 начинает заряжаться в первоначальной полярности. В момент t прекращается ток через цепочку стабилитрон 11 - тиристор 1, и она выключается. Ток через нагрузку спадает до нуля. Таким образом, в интервале времени от t до t. через нагрузку протекал неизменный ток, соответствующий плоской вершине импульса.

В данном устройстве можно использовать для получения самой плоской вершины не процесс резонансной разрядки накопительного конденсатора, а режим замыкания тока катушки индуктивности (режим кроубар), когда накопительный конденсатор отключен от нагрузки. При этом скорость спада iTOKa катушки индуктивности резко замедляется (ток спадает по экспоненциальному закону), что позволяет более эффективно использовать накопленную энергию, существенно увеличив длительность плоской вершины импульса через нагрузку, не увеличивая емкости накопительного кoндe caтopa. Кроме того, введенные в схему формирователя четвертый управляемый коммутатор и диод делают возможным проведение рекуперации энергии в течение рабочего импульса, что значительно уменьшает напряжение обратной полярности, прикладываемое к накопительному конденсатору, сокращает потери энергии и уменьшает время готовности формирователя к следующему импульсу.

Таким образом, формирователь увеличивает длительность площадки по сравнению с прототипом в девять раз. Он может найти применение, например, в схемах импульсного питания магнитов каналов медленного вывода

пучков из ускорителей, магнитов ионопроводов и кольцевых накопителей,

Формула изобретения

Формирователь импульсов тока по авт. св. № 653736, отличающийся тем, что, с целью увеличения длительности плоской части импульса тока, в него введены третий и чет0вертый управляемые коммутаторы, диод, два блока задержки импульсов запуска, входы которых соединены с шиной запускающих сигналов, а выходы подключены к управляющим электродам соот5ветственно третьего и четвертого управляемых коммутаторов, катоды которых соединены с катодом первого управляемого коммутатора, а аноды подключены соответственно к аноду и

0 катоду второго управляемого коммутатора, причем анод второго управляемого коммутатора соединен с анодом диода, катод которого подсоединен к аноду первого управляемого коммутатора.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 653736, кл. Н 03 К 5/01, 20.10.76 (прототип).

0

фиг.1

V/

о,

2

Фиг. 2 ijt.