Высоковольтный стабилизатор-коммутатор Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР-КОММУТАТОР

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для питания анода электронно-лучеЪых трубок (ЭЛТ) с двухслойным люминофором. Известны высоковольтные стабилит заторы-коммутаторы, которые содержат электронные ключи, два блока выпрямителей , выходные выводы которах соединены через блок стабилитронов, усилитель, выход которого соединен с управляющим входом регулятора 11 Ht Недостатками известных устройств являются низкие надежность и КПД, большие вес и габариты, большое время переключения уровней выходного напряжения. Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор-коммутатор, содержащий блок стабилизатора, элект ройные ключи, два блока выпрямителей одни выходные выводы которых соединены собой через блок стабилитронов, а другие соединены с корпусом через соответствующие резисторы, а также со входами усилителя, выход которого соединен с управляющим входом линейного регулятора . Недостатками известного устройства являются низкие надежность и КПД большие вес и габариты, большое время переключения уровней выходного напряжения. Цель изобретения -. повышение надежности и КПД, уменьшение массы и габаритов, уменьшение времени переключения уровней выходного напряжения . Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтном стабилизаторе-коммутаторе, содержащем блок стабилизатора, электронные ключи, два блока выпрямителей, одни выходные выводы которых соединены между собой через блок стабилитронов, а другие соединето с корпусом через соответствующие резисторы, а также с входами усилителя, выход которого соединен с управляющим входом линейного регулятора, задающий генератор через широтно-импульсный модулятор и электронные ключи соединен с управляющими входами.двух инверторов, силовые входы которых подключены к линейному регулятору, а силовые выходы - к соответствующим блокам выпрямителей, выход блока стабилизатора шунтирован конденсатором и включен между выходно 1 клеммой и выводом блока стабилитронов, а вход

правления широтно-импульсного модуятора подключен к источнику напряжеия через два последовательно вклюённых резистора, один из которых унтирован транзистором, эмиттерный ереход которого подключен к одной иагонали выпрямительного моста, друая диагональ которого одним выводом оединена с корпусом, а другим через генератор коротких импульсов подключена к управляющим входам ключей.

На чертеже показан предлагаемый стабилизатор.

Предлагаемый стабилизатор-коммутатор содержит линейный регулятор 1 (обычно составной транзистор), транзисторные инверторы 2 и 3, блоки вы-, соковольтных выпрямителей 4 и 5, блок стабилитронов 6 (обычно последовательное соединение нескольких десятков стабилитронов), который подключен между разнополярными выходами выпрямителей, блок стабилизатора 7. Блоки 1-7 составляют силовую часть прибора. Остальные узлы выполняют функции управления. Усилитель 8 постоянного тока с коммутацией входов, резисторы 9 и 10, последовательно соединенные задающий генератор 11, широтно-импульсный модулятор 12 (например, в виде дросселя насыщения) , электронные ключи 13 (обыч.но на транзисторах) и цепь управления модулятором 12 из резисторов 14 и 15, транзистора 16, выпрямительного моста 17 и генератора 18 коротких импульсов (обычно на RC-цепях с усилителем) , питаемая от источника 19 напряжения, стабилизатор 7 щунтирован конденсатором 20. На схеме показана питаемая электронно-лучевая трубка (ЭЛТ 21).

Предлагаемый высоковольтный стабилизатор-коммутатор работает следующим образом.

Генератор 11 вырабатывает переменное напряжение прямоугольной фор-, мы повышенной частоты (30-50 кГц). В модуляторе 12 длительность импульса этого напряжения уменьшается, после чего оно подается на управляющие входы инверторов, при этом на выходе последних форма напряжения повторяет форму входного. Далее эти ,импульсы индуктивностью и емкостью высоковольтного трансформатора превращаются в синусоидальные с уменьшенной амплитудой, а затем выпрямляются; и сглаживаются в выпрямителях 4 иJШ 5. При положении ключа 13 вправо работают только инвертор 2 и выпрямитель 4, а узлы 3 и 5 не работают. Напряжение на выходе выпрямителя 4 стабилизируется стабилитронами б (обычно их напряжение составляет б кВ). Ток стабилитронов б замыкается через диоды выпрямителя 5 и резистор 10 на корпус прибора, при этом контур обратной связи из

узлов 8, 1, 2, 4, 6, 10 стабилизирует напряжение на резисторе 10 и, следовательно, ток через стабилитроны б. При этом на аноде ЭЛТ 21 напряжение равно верхнему уровню (12 кВ), являющемуся суммой напряжения на стабилитронах б и напряжения стабилизатора 7 (обычно тоже б кВ).

При положении ключа 13 влево под действием.выходного напряжения выпрямителя 5 протекает ток через стабилитроны б, диоды выпрямителя 4 и резистор 9. Напряжение на аноде ЭЛТ 21 при этом равно напряжению только стабилизатора 7 (нижний уровень). Ток через стабилитрон б при этом также стабилизирован контуром обратной связи из узлов 8, 1, 3, 5, б, 9. Усилитель 8 измеряет напряжение на резисторе 9 или 10 в зависимости от сигнала переключения, для чего во входных цепях обычного УПТ устанавливают ключи. При различных напряжениях на аноде экран ЭЛТ 21 светится различным цветом. Переключение уровней в зависимости от назначения ЭЛТ осуществляется с различной частотой (обычно 30-100 Гц). При этом, поскольку в течение переходного процесса изменения уровней информация на экране ЭЛТ не воспроизводится, время переключения существено определяет объем информации, отображаемой в единицу времени. В зависимости от программы соотношение длительностей обоих уровней меняется вплоть до исчезновения одного из них на длительное время. Анод ЭЛТ 21 имеет емкость относительно окружающих металлических заземленных частей прибора (обычно 500-1000 пф). Для того, чтобы перезарядить этот конденсатор на несколько киловольт за 20-50 МКС необходимы импульсы мощности, измеряемые киловаттами.

При переключении на верхний уровень вместо узлов 3 и 5 начинают работать узлы 2 и 4, а усилитель 8 начинает измерять напряжение на резисторе 10. Поскольку оно вначале равно нулю, то регулятор 1 полностью открыт. Одновременно генератор 18 дифференцирует сигнал переключения и через выпрямитель 17 подается короткий импульс на открывание транзистора 16, который, шунтируя резистор 15 резко увеличивает ток управления модулятора 12, который при этом пропускает без уменьшения напряжение с генератора 11 на вход инвертора 2. На выпрямителе 4 происходит резкое увеличение напряжения от нуля до напряжения стабилизации стабилитронов б. через конденсатор 20 происходит быстрый заряд емкости ЭЛТ 21, после чего появляется напряжение на резисторе 10 и регулятор 1 резко закрывается, обеспечивая лишь небольшой ток через стабилитроны б. Одновременно заканчивается импульс от генератора 18 и запирается транзистор 16. При переключении вниз регулятор 1 и модулятор 12 опять, полностью открыты, а через узлы 3, 5 и 6 происходит интенсивный разряд емкости ЭЛТ 21 до нижнего уровня. После появления напряжения на резис торе 9 регулятор 1 закрывается. Вме то источника 19 нельзя использовать другие, имеющиеся в приборе, поскол ку он должен быть изолирован от кор пуса из-за соединения с корпусом мо та 17. Из предлагаемой схемы нельзя исключить регулятор 1, соединив при этом выход усилителя 8 с управлякяцим входои модулятора 12, как в известной схеме, поскольку образовавшаяся система автоматического регулирования из узлов 8, 12, 13, 2, 4, 6, 10 принципиально неустойчива, т. е. ненадежна. Происходит это потому, что быстродействие указанного контура соизмеримо с периодом работы генератора 11, а модулятор представляе собой звено с запаздыванием. Для получения устойчивой системы регулирования в такой схеме, то есть для повышения надежности необходимо либо повысить частоту примерно на порядок для уменьшения времени задержки в модуляторе, что приводит к резкому увеличению потерь мощности (особенно в инверторе) и снижению КПД, либо снизить быстродействие контура что приводит к увеличению времени переключения уровней выходного напряжения. Из предлагаемой схемы нель зя исключить модулятор, закоротив его, поскольку на регуляторе 1 . тогда должно быть значительно увеличено напряжение, необходимое для создания импульсов мощности переключения. Увеличение напряжения на регуляторе снижает КПД устройства. Таким образом , в предлагаемом устройстве, в связи с использованием двух систем регулирования, уменьшено время переключения уровней выходного напряжения, повышена надежность. КПД, а следовательно, уменьшены масса и габариты устройства. Формула изобретения Высоковольтный стабилизатор-коммутатор, содержащий блок стабилизатора, электронные, ключи, два блока выпрямителей, одни выходные выводы которых соединены между собой через блок стабилитронов, а другие соединены с корпусом через соответствую-, щие резисторы, а также с входами усилителя, выход которого соединен с управляющим входом линейного регулятора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности КПД, уменьшения массы и габаритов, уменьшения времени переключения уровней выходного напряжения, задающий генератор через широтно-импульсный модулятор и электронные ключи соединен с управляющими входами двух инверторов, силовые входы которых подключены к линейному регулятору, а силовые выходы - к соответствующим блокам выпрямителей, выход блока стабилизатора шунтирован конденсатдром и включен между выходной-клеммой и выводом блока стабилитронов, а вход управления имротно-импульсного модулятора подключен к источнику напряжения через два последовательно включенных резистора, один из которых шунтирован транзистором, эмиттерный переход которого подключен к одной диагонали выпрямительного моста, другая диагональ которого одним выводом соединена с корпусом, а другим через генератор коротких импульсов подключена к управляющим входам ключей. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 408290, кл. G 05 F 1/56, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 584294, кл. G 05 F 1/56, 1975.

E

.

CuTHd/l

переключения