Устройство для питания импульсной газоразрядной лампы накачки лазера Советский патент 1987 года по МПК H05B41/34 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дл питания импульсной газоразрядной лам пы,в частности,лампы накачки активно ;го тела лазера,работающего в режиме часто повторяющихся вспышек с нерегу лируемой знергией накачки Известно устройство для питания импульсной газоразрядной лампы, содержащее силовой выпрямитель, батарею конденсаторов, импульсную газоразрядную лампу накачки вспомогател ный индуктивный накопитель энергии, ключевой блок и электронную схему . управления. Недостатки этого устройства вызваны однополярностью разрядных импульсов тока, приводящих к интенсивному износу импульсной газораз рядной лампы и снижению допустимой средней мощности рассеяния, обусловленному неодинаковьм вьщелением тепла на электродах лампы Наиболее близким к изобретению Является устройство для питания импульсной газоразрядной лампы накачки лазера, содержащее силовой трансформатор, диод, тиристор, дроссель, накопительный конденсатор, задатчик частоты всйьшек, состоящий из синхронизатора импульсов и делителя час тоты, триггер и формирователь импуль сов поджига. Недостатки данного устройства свя заны с вьщелением на силовьк электро дах лампы неодинакового количества тепловой энергии, что в свою очередь вызвано постоянной направленностью разрядных импульсов тока. Электроды лампы разогреваются до различной тем пературы, в конструкции лампы возни-кают температурные механические напряжения. Электрод, имеющий более высокую температуру, подвергается активному распыпению. Все это приводит к интенсивному износу лампы и сокращению срока ее службы, а также к снижению допустимой средней мощности рас сеяния. Целью изобретения является увеличение срока службы импульсной газоразрядной лампы и повьш1ение ее допустимой средней мовдаости рассеяния. Поставленная цель достигается тем, что УСТрОЙСТВО для питания импульсной газоразрядной лампы накачки лазера, содержащее силовой трансформатор, диод, накопительный конденсатор, тиристор, дроссель, задатчик частоты вспышек, триггер и формирователь импульсов поджига, в котором выводы первичной обмотки силового трансформатора и вход задатчика частоты вспышек подключены к выводам для присоединения к сети переменного тока, один из вьгаодов вторичной обмотки силового трансформатора через диод подключен к аноду тиристора, к одной обкладке накопительного конденсатора и к одному из вьшодов для подключения импульсной газоразрядной лампы, другой вывод для подключения которой соединен с другой обкладкой накопительного конденса тора, с одним из вьгеодов дросселя, дру- . гой вьшод которого подключец к катоду тиристора и с другим выводом вторичной обмотки силового трансформатора, выход формирователя импульсов поджига подключен к выводу для присоединения электрода поджига импульсной газоразрядной лампы, а выход задатчика частоты вспышек соединен со входом триггера, снабжено двумя дифференцирующими цепями и линией задержки, а триггер выполнен со счетным входом, причем один из выходов триггера через дифференцирующую цепь подключен к управляющему электроду тиристора и к входу линии задержки, выход которой соединен с одним из входов формирователя импульсов поджига, а другой выход триггера через другую дифференцирующую цепь подключен к другому входу формирователя импульсов поджига, I. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства. Оно содержит силовой транформатор 1, диод 2, конденсатор 3, импульсную газоразрядную лампу 4, блок синхронизированного задатчика 5 частоты вспьшек, формирователь 6 импульсов поджига, тиристор 7, дроссель 8, триггер 9, линию задержки 10 и дифференцирующие цепи 11 и 12. Конденсатор 3 через диод 2 соединяется со вторичной обмоткой силового трансформатора 1, на первичную обмотку которого подается переменное напряжение питающей сети. Импульсная газоразрядная лампа 4 подключена своими силовыми электродами к выводам конденсатора 3. Задатчик 5 частоты вспышек, синхронизирующим входом подсоединен к выводу для подключения питающего переменного напряжения, а выходом - к счетному входу триггера 9. Цепочка из последовательно соединенных тиристора 7 и дросселя 8 подключена к выводам конденсатора 3. Триггер 9 одним из выходов через дифференцирующую цепь 12 подключен к управляющему электроду тиристора 7 и входу линии задержки 10. Другой выход триггера 9 через дифференцируюпоте цепь 11 подключен к одному из входов формирователя 6 импульсов поджига выход которого соединен с электродом, служащим для поджига импульсной газоразрядной лампы 4. Выход линии задержки 10 подключен ко второму входу формирователя j6 импульсов поджига лампы 4,

.

Силовой трансформатор 1 служит

для повышения переменного напряжения питающей сети до необходимой величины. Диод 2 осуществляет выпрямление переменного напряжения, снимаемого с вторичной обмотки силового трансформатора 1, и заряд конденсатора 3 до требуемого значения напряжения первоначальной (в данном примере положительной) полярности. Конденсатор 3, играет роль накопителя энергий, выделяемой в момент вспышки в импульсной газоразрядной лампе 4, которая, в свою очередь является источником лучистой энергии накалки активного тела лазера. Задатчик 5 частоты вспышек выдает с требуемой частотой следования импульсы, синхронные с .моментом спада до нуля мгновенного значения напряжения, проводимого диодом 2. Триггер 9 и дифференцирующие цепи 11 и 12 служат для поочередной подачи импульсов, синхронных снимаемым с блока 5 либо на вход формирователя 6 импульса поджига, либо на запуск тиристора 7 и линии задержки 10. / фференцирующие цепи 11 и 12 устроены таким образом, что вьщают лишь положительные импульсы в момент изменения напряжения с нулевого до единичного зна гения на соответствующем выходе триггера 9. Обратное изменение напряжения на выходе с единичного до нулевого значения не вызывает появления отрицательного импульса на выходах диф(1)еренцирующих цепей 11 и 12 за счет введения в их схемы под.ключенных соответствующим образом диодов. Тиристор 7 служит; для связи в требуемые моменты времени дросселя 8 и конденсатора 3, которые образуют колебательйый контур. Элементы контура подбираются таким образом, чтобы частота его свободных колебаний бьша

примерно вдвое вьппе частоты питающей сети. За счет осуществления в контуре половины периода свободных колебаний достигается перезаряд конденсатора 3 до напряжения обратной (в данном примере отрицательной) полярности. Линия 10 осуществляет задержку, сигнала, поступающего на вход формирователя 6 импульса поджига, относительно момента отпирания тиристора 7и,начала свободных колебаний в контуре 3-8 на время, которое должно составлять не менее половины периода свободных колебаний в контуре конденсаторная батарея 3 - дроссель 8. Формирователь 6, имеющий два входа, усиливает поступающие на них сигналы до величины, достаточной для поджига импульсной газоразрядной лампы 4

Устройство работает следующим образом. При подаче питающего напряжения конденсатор 3 заряжается от однополупериодного выпрямителя 2 и силового трансформатора амплитудного значения напряжения первоначальной (в данном примере положительной) полярности.

В момент синхронный СО спадом до нуля мгновенного значения напряжения проводимой полуволны питающего напряжения задатчик 5 частоты вспьштек выдает импульс, поступающий на счетный вход триггера 9. Триггер 9 меняет под его воздействием свое установившееся состояние. На выходе одной из дифференцирующих цепей, например цепи 11, возникает сигнал положительной полярности, поступающий на вход формирователя 6 импульсов поджига. В тот же момент сигнал, усиленный формирователем 6, поступает на электрод, служащий для поджига импульсной газораз.рядной лампы 4. Тем самым инициируется разряд конденсатора 3 на импульсную газоразрядную лампу 4, который происходит в промежутке времени значительно меньшем, чем длительность по.лупериода питающей сети. При этом направленность разрядного импульса тока через газоразрядную лампу 4 определяется первоначальной полярностью напряжения на конденсаторе 3. С момента начала новой полуволны питающего напряжения вновь осуществляется заряд конденсатора 3 от однополупериодного выпрямителя силового трансформатора 1. Поскольку к конденсатору3 прикладьгоается напряжение, плавно нарастающее по синусоидальному закону от нулевого значения, исключается возможность импульсных перегрузок зарядных цепей (силового трансформатора 1, однополупериодного вьтрямителя 2) и обеспечивается режим заряда, близкий к оптимальному, В момент окончания полуволны с выхода задатчика 5 частоты вспьшек на счетный вход триггера 9 поступает импульс (частота следования в данном примере равна 1/2 частоты питающей сети). Триггер 9 переходит в свое другое устойчивое состояние, при этом на выходе дифференцирующей цепи 12BO3никает импульс, отпирающий тиристор 7 и запускающий линию задержки 10, С открытием тиристора 7 в колебательном контуре, образованном емкостью конденсатора 3 и индзпстивностью дросселя 8, начинается свободный колебательный процесс. Элементы контура подбираются тйким образом, чтобы его резонансная частота была примерно вдвое вьше частоты питающей сети. За счет колебательного процесса вконтуре 3-8 происходит пол«ый перё заряд конденсатора 3,Активными потерями пренебрегаем для простоты изло-t жения. Ток в контуре спадает до нуля. Тиристор 7 запирается, свободный колебательный процесс прерывается. Затем сигнал с выхода линии задержки 10 поступает на вход формирователя 6 импульсов поджига. Длительность задержки, обеспечиваемой линией 10, должна быть не меньше, чем длительность полупериода свободных колебаний в контуре 3-8 и несколько меньше полупериода питающей сети, В тот же момент сигнал с выхода формирователя 6 импуАсов поджига поступает на электрод, служащий для поджига импуль843 6 сной газоразрядной лампы 4. Инициируется разряд конденсатора 3, заряженного до напряжения другой полярности. При этом направленность разрядного импульсного тока определяется напряжением и обратна направленности импульса в предьщушей вспышке. После заряда конденсатора 3 до напряжения первоначальной полярности устройство готово к новому циклу операций, Благодаря использованию предложенного технического решения, достигается вьщёление на силовых электродах лампы одинакового количества тепловой . Это обеспечивает их одинаковую эксплуатационную температуру, что существенно снижает тегшовые механические напряжения в конструкции лампы и увеличивает срок ее службы, Кроме того, применение предложенного изобретения позволяет избежать такого существенного недостатка, присущего однополярным схемам, как органичение допустимой мощности рассеяния тепловым режимом более перегретого электрода. Достигаемое в предложенном устройстве усреднение температуры электродов позволяет повысить допустимую среднюю,мощность рассеяния лампы. Помимо лазерной техники предложенное устройство может быть использрваяо в кинопроект он ной аппаратуре, в стробоскопических приборах, в установках по возбзгасдению и исследованию люминесценции,Возможно также его применение для телевизионной передачи кинофильмов, а также для освещения телестудий при система с передачи со сканирующим луном, Технико-экономический эффект при использовании изобретения достигается за счет -уменьшения эксплуатационг ньк расходов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ НАКАЧКИ ЛАЗЕРА, содержащее силовой трансформатор, диод, накопительный конденсатор, тиристор, дроссель, задатчик частоты вспышек, триггер и формирователь импульсов -поджига, причем вьшоды первичной обмотки силового трансформатора и вход задатчика частоты вслышек подключены к выводам для присоединения к сети пёременйого тока, один из выводов вторичной обмотки силового тран сформатрра через диод подключен к аноду тиристора, к одной обкладке накопительного конденсатора и к одному из выводов для подключения импульсной газоразрядной лампы, другой вывод для подключения которой соединен с другой обкладкой накопительного конденсатора, с одним из выводов дросселя, другой вывод которого подключен к катоду тиристора, и с другим выводом вторичной обмотки силового трансформатора, выход формирователя импульсов поджига подключен к вьшоду для присоединения электрода поджига импульсной газоразрядной лампы, а выход задатчика частоты вспышек соединен с.входом триггера, отличающееся тем, чТо, с целью увеличения срока службы импульсной газоразрядной лампы и повышения ее допусти(Л мой средней мощности рассеяния, оно снабжено двумя дифференцируюш;ими цепями и линией задержки, а триггер выполнен со счетным входом, причем один из выходов триггера через одну из дифференцирующих цепей подключен к управляющему электроду тиристора и к 00 входу линии задержки, выход которой 4 со со соединен с одним из входов формирователя импульсов поджига, а другой выход триггера через другую дифференцирую шую цепь подключен к другому входу САЗ формирователя импульсов поджига.: