Высоковольтный коммутируемый стабилизатор напряжения Советский патент 1981 года по МПК G05F1/56 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТШЙ КОММУТИРУЕМЬЙ СТАШЛИЗАТОР

НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в устройствах электропитания высоковольтных слаботочных потребителей, требующих стабильного напряже-ния, изменяемого в процессе эксплуатации по величине, например двухили трехцветных электронно-лучевых трубок.

Известен высоковольтный коммутируемый стабилизатор напряжения, выполненный по типу замкнутой системы автоматического регулирования, в котором изменение стабилизируемого уровня выходного напряжения осуществляется изменением плеч делителя обратной связи, ЕО

Однако эти стабилизаторы имеют большое.время переходного процесса при переходе с одного уровня выходного напряжения на другой.

Известен коммутируемый стабйлиза- .тор напряжения, в котором имеется общий вьшод, соединенные последовательно входное устройство, регулируемый преобразователь постоянного напряжения в постоянное с устройством управления, резистор и симметрирздощие элементы, шунтированные транзисторами с разнш4И рабочйкш потенциалами, соединенными через устройство обратной связи с вьосодным высоковольтным и управлякщим выводами устройства, соединенным также с узлом управ10ления преобразователя постоянного напряжения в постоянное 2

Недостатками этого стабилизатора является его сложность, относительно низкий КПД, малая надежность и

15 болыше габариты.

Объясняется это тем, что цепочка последовательно соединенных транзисторов параллельного регулятора, подключенного к выходньм зажимам, долж20на быть рассчитана на наибольшее значение выходного напряжения (например 12 кВ)I вследствие чего количество транзисторов в ней получается дос3 .таточно большим (до 50-100 шт.). Поскольку все транзисторы управляются от одного усилителя, токи управления через отдельные транзисторы значитель но возрастают от верхнего транзистора к нижнему, из-за чего возрастают потери мощности в схеме управления и транзисторах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство, ко торое содержит последовательно включенные источники постоянного стабилизированного напряжения, по числу уров ней высокого напряжения, разрядные и за рядные ключевые элементы, связанные с логическим блоком управления выполненные на транзисторах, шунтированных стабилитронами (. Недостатком данного устройства явл является его сложность, так как оно с сйдержит несколько последовательно включенных источников постоянного ста бияизированного напряжения и высоковольтные зарядные ключевые элементы, выполняемые на транзисторах. Цель, изобретения - упрощение устройства и снижение массогабаритных показателей. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем два последовательно включенных источника постоянного стабилизированног высокого напряжения, которые включены между высоковольтным и общим выходным вьшодами, связанный с источником, подключенным к общему выводу, разрядный ключевой элемент на транBHCTojiax, шунтированных стабилитронами, входы которого подключены к логическому блоку управления, подключенным к управляющему входу устройства, источник, подключенный к общему выводу, вьшолнен управляемым, а разрядный ключевой элемент подключен к общину выводу через введенные последовательно включенные регулятор напряжения на транзисторах, шунтированных стабилитронами, и датчик тока, причем последний подключен к управлякщему входу управляемого источника, а управлякмций вход регулятора соединен, с выходом введенного узла обрат ной связи, подключенного к выходным и управляющему, входам устройства На чертеже приведена структурная схема стабилизатора. Выйоковольтньм коммутируемый стабилизатор напряжения содержит соеди8ненные последовательно входное устройство I, регулируемый источник вы- сокого напряжения 2, состоящий из преобразователя 3 постоянного напряжения в постоянное с устройством управления 4, разрядный ключевой элемент 5 с резистором 6 и симметрирующими элементами, например стабилитронами 7, параллельно которым подключены транзисторы 8, 9. Регулятор напряжения 10 на транзисторе И, нгунтированном стабилитроном 12, логический блок управления 13 разрядного ключевого элемента, управляющий вход 14, связанный с блоком управления и узлом обратной связи 15, датчик тока 16, включенный последовательно с регулятором напряжения, источник стабильного высокого напряжения 17, -юдключенный к высоковольтному выводу (зажиму). 187 и через управляемый источник к общему выводу 19. Датчик тока 16 подключен к узлу управления 4 управляемого источника 2, а выход узла обратной связи 15 к управляницему входу транзистора 1 1 регулятора напряжения 10. Коммутируемый стабилизатор работает следующим образом. Входное устройство } вырабатывает нестабилизированные напряжения постоянного тока, которые служат для питания управляемого источника 2 и стабильного источника высокого напряжения 17, который, в частности, может быть выполнен по авт. св. № 517012. Преобразователь 3 управляемого источника преобразует входное, относительно низкое нап|)яжение в высокое, которое поступает через резистор 6 разрядного ключевого элемента 5 на цепь последовательно соединенных транзисторов 8, 9, П и датчик тока 16. В начальный момент, когда транзисторы 8, 9, 11 заперты, а напряжение на выходе источника 2 относительно мало, напряжение на датчике 16 отсутствует, соответственно нет напряжения на входе узла управления 4, что создает условия для повышения напряжения на выходе источника 2. Когда последнее повышается до напряжения пробоя симметрирующих стабилитронов 7, начинает протекать ток через резистор 6 - стабилитроны 7, 12 - датчик 16, возникает сигнал на входе узла 4, который проходит далее на преобразователь 3 и ограничивает выходное напряжение последнего на уро не, соответстйующем заданной величи тока через, стабилитроны 7, 12 и дат чик 15. При этом напряжение на симметрирукщих стабилитронах 7, 12 равно их суммарному напряжению стабилизации. Это напряжение суммируется с выходным стабильным напряжением источни 17 (полярность обозначена на чертеже) и поступает на выходной высоковольт ный зажим 18. Если указанное суммар ное напряжение превьшает заданное значение, возникает сигнал рассогласования на выходе узла отрицатель ной обратной связи 15, под его воздействием открывается транзистор 11 регулятор напряжения 10, в результа те чего шунтируется стабилитрон 12, напряжение на транзисторе 16 становится меньше, соответственно меньше становится напряжение на всей цепи транзисторов 9, 8. П. Одновременно возрастает Ток в контуре резистор 6 верхние стабилитроны 7 - транзистор П - датчик 16, изменяется сигнал на входе узла 4, последнее воздействует на преобразователь3, и выходное напряжение источника 2 умень шается до величины, необходимой для поддержания заданного значения тока через датчик 16. Процесс продолжается до тех пор, пока напряжение на выходных вывЙдах 18-19 не установится равньи заданной величине. f Если теперь понадобится установить другой уровень стабилизированного высокого напряжения на зажимах 18-19, подается сигнал управления на управляющий вход 4. Под воздействием последнего срабатывает дискретный логический блок 13, который переводит в насыщенное состояние транзистор 8 или 9, или оба одновременно - в зависимости от требуемого изменения стабилизируемого напряжения на выводах 18, 19. Одновременно сигнал поступает э уст ройство обратной связи 15 и поддерживает его параметры (изменением входящих в его состав высоковольтного делителя или опорного источника) под второй уровень стабилизированного выходного напряжения. При коммутации транзисторов 8, 9 начинаются следующие процессы: возрастает ток через датчик 16, через который протекает ток разряда емкости высоковольтной нагрузки (или емкости монтажа)и ток выходной цепи источника 2, изменяется сигнал на входе.узла 4, под действием которого начинает уменьшаться выходное напряжение источника 2; одновременно в результате воздействия выходного сигнала на узел обратной связи 15, открывается транзистор 10, что создает условия дпя форсирования Процесса перехода с одного, большего уровня выходного напряжения на другой, меньший уровень. По окончании переходного процесса напряжение на выходе источника 2 уменьшается до величины, необходимой для поддержания первоначального значения тока через датчик 16, а напряжение на выходных зажимах 18, 19 устанавливается на втором заданном уровне. Стабилизация 3iToro уровня осуществляется путем воздействия на транзистор 11 по цепи обратной связи 15. Как и ранее, второй уровень выходного напряжения определяется суммой напряжений на выходе источника 17 (не изменяющегося в процессе эксплуатации) и на выходе разрядного ключевого элемента 5, с той лишь разницей, что часть транзисторов (или вес) 8,9 находятся в насыщенном состоянии. При необходимости установить на выходе первый, наибольший из требуемых, уровень стабильного напряжения снимается сигнал управления с входа 14. В результате обесточиваются трайзисторы 8, 9 (сигналами с выхода логического дискретного блока 13) н запирается транзистор 1{ (сигналш4 коррекции параметров узла 15), что приводит к увеличению выходного напряжения источника 2 и . до тех пор пока не установится исходное состояние схемы. В практических схемах, ввиду отсутствия транзисторов на высокие напряжения (порядка нескольких киловольт), в качестве транзисторов 8, 9, 11 могут использоваться цепочкииз последовательно соединенных транзистЬров. Устройство, выполненное по данному изобретению , обладая сравнительно небольшими временами переключения с одного уровня высокого напряжения на другой, -имеет меньшие по сравнению с прототипами массогабарнтные показагели в связи с отсутствием зарядных ключевых элементов и при 3 и более уровнях напряжения содержит в своем составе только один управляемый ист точник.

Формула изобретения

Высоковольтный коммутируемый стабилизатор напряжения, содержащий два последовательно включенных источника постоянного стабилизированного высокого напряжения, которые включены между высоковольтным и общим выходным выводами, разрядный ключевой элемент, связанный с источником, подключенным к общему выводу, и выполненный на транзисторах, шунтированных стабилитронами, входы которых подключены через логический блок управления к управляющему входу устройства отличающ.ийся тем, что, с целыо упрощения и уменьшения массо64268 ,8

габаритных характеристик, источник, подключенный к общему вьшоду, выполнен управляемым, а разрядный ключевой элемент подключен к общему вьшоду 5 через введенные последовательно вклю-ченные регулятор напряжения на транзисторах, шунтированных стабилитронами, и датчик тока, причем последний подключен к управляющему входу 10 управляемого источника, а управляющий вход регулятора напряжения соединен с выходом введенного узла обратной связи, входа которого подключены к высоковольтному и управляю15 вьюодам устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Патент США №3892977, кл. 307-77, 1975.