Генератор импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/55 

(54) ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ

I

Изобретение относится к импульсной технике и может выть использовано для получения плазмы с ПОМОРЬЮ разрядов в газоразрядных-камерах .различного назначения.

Известен импульсный генератор (модулятор), содержащий источник питания, зарядный реактор, емкостные накопители энергии, в которых в качестве коммутаторов используются злектронные модуляторные лампы, импульсные водородные тиратроны и другие элементы с малым временем восстановления электрической проч нести П .

Недостаток таких генераторов относительно малая коммутируемая мощность,, ограниченная коммутационной способностью перечисленных коммутируюгдах элементов.

Известен также генератор мощных импульсов тока, содержащий зарядное устройство, зарядный реактор, подключенный к конденсаторным батареям через две параллельные тиристорно-диодные цепочки, а конденсаторные батареи подключены к нагрузке через основные управляемые вентили и шунтированы дополнительными управляемыми вентилями, управляющие электроды управляемых вентилей и тиристоров соединены с соответствующими выходами программнологического блока. В качестве

10 управляемых вентилей используются игнитронные разрядники, способные коммутировать мощности, значения которых достигают 200-Ю Вт 2 . 15

Недостатком таких устройств является низкий КПД из-за значительных величин энергий, рассеиваемых на бал:;астных сопротивлениях при 20 включении дополнительных управляемых ключей и ограничеиньге возможности при формиров.чннм квазипрямоугольш-1Х импульсов тока.

3

Цель изобретения - увеличение КПД мощных генераторов и повьшение надежности их работы.

Поставленная цель достигается тем, что в генераторе импульсов, содержащем накопители электрической энергии, подключенные через соответствующие зарядные ключи и

. зарядный реактор к зарядному блоку, а через соответствукяцие разрядные ключи - к нагрузке, параллельно накопителям включены шунтирующие цепочки из последовательно соединенных управляемого разрядника и резистора, синхронизатор импульсов управления, блоки запуска зарядных ключей, накопители электрической энергии выполнены в виде искусст- венных формирующих линий, шунтированных на входе цепочкой и последовательно соединенных первого дрпонительного управляемого разрядника и первого дополнительного резистора а на выходе - цепочкой из последовательно соединенных второго дополнительного управляемого разрядника, второго дополнительного резистора и конденсатора, параллельно которой включен делитель.напряжений, выход которого подключен к входу блока сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напря жения, выход блока сравнения подключен к входу модулятора -поджигающих импульсов второго дополнительного управляемого разрядника непосредственно, а к входам модуляторов цодкигающих импульсов первого дополнительного управляемого разрядника и управляемого разрядника шунтирующей цепочки через соответствующие

блоки задержки.

Кроме того, в. цепь нагрузки введен датчик пробоя сопротивления нагрузки, выход которого через соответствующие блоки запрета подключен к входам блоков запуска зарядных ключей и к входам модуляторов поджигающих импульсов разрядных ключей вторые входа блоков запрета подключены к синхронизатору импульсов управления.

На чертеже представлена структурная электрическая схема генератора.

В генераторе зарядный блок 1 через реактор 2 и зарядные составные ключи на тиристорах 3, 4 и диодах 5 J 6 подключены к входам искусст3J24к

венных формирующих линий 7 и 8. На входе каждой линии включена цепочка, состоящая из первого дополнительного управляемого разрядника 9 (JO), S подключенного анодом к выходу зарядного клмча, и первого дополнительного резистора 11 (12). Выход каждой линии 7 и 8 через разрядные управляемые ключи 13 и 14, включенные согласtO но с полярностью напряжения заряда линии, подключен к нагрузке 15 через датчик 16 пробоя сопротивления нагрузки. На выходе каждой зшния включена цепочка из второго допопни15 тельного разрядника 17 (18), второго дополнительного резистора 19 .{20} и конденсатора 21 (22) и шунтирующая цепочка из разрядника 23 (24) и резистора 25 (2б).

0 Анод разрядника 23 (24) шунтирующей цепочки соединен с катодом разрядника 17 (18) защитной цепочки и подключен К: аноду ключа 13 (14). Высоковольтный делитель 27 (28) напря$ жения средним выводом подсоединен к первому входу блрка 29 (30) сравнения. Второй вход блока 29 (ЗО) подключен к выходу источника 31 (32) опорного напряжения, а выход соединен с входом модулятора 33 (34) под- , жигающего импульса разрядника J 7 (18) и через блок 35 (Зб) временной задержки - с входом модулятора 37 (38) разрядников 9 (Ю), Через блок 39 (40) задержки выход блока 29 (ЗО) соединен с входом модулятора 41 (42) поджиганедих импульсов разрядника 23 (24) шунтирующей цепочки. Выход датчика 16 подключен к первым входам блоков

п 43-46 запрета, к вторым входам которых подключены соответствующие внходь синхронизатора 47 импульсов управления. Выходы блоков 43 и 44 подключеш к входам блоков 48 и 49 запуска тиристоров 3 и 4 зарядных ключей, а выходы блоков 45 и 46 - к входам модуляторов 50 (5I) поджигающих имщ льсов раз рядных ключей 13 и 14.

Генератор работает следуюидам образом.

При разряде искусственной формирующей линии 7 (8) на нагрузку 15, сопротивление которой не согласовано с волновым сопротивлением линии, конденсаторы ячеек формирующей линии перезаряжаются напряжением обратной полярности, величина которого зависит от степени рассогласования сопро59

тнвлений. Значительная величина обратного напряжения, приложенная к юдачу 13 .(14) J приводит к обратному зажиганию (игнитронного разрядника) и возникновению затяжных колебаний в разрядном контуре. Сникение амплитуду обратного напряжения на раз рядном ключе 13 (14) при одновременном снижении скорости спада тока разряда обеспечивается вклн чением разрядника 17 (18), причем велишша обратного напряжения опреде7 ляется параметрами резистора 19 (20) и ковдеясатора 21 (22).

Сигнал на запуск модулятора 33 (34 поступает с блока 29(30), связанного с источником 31 (32) и средней точкой высоковольтного делителя 27 (28). В то ке времй предлагаемый метод среза шлброса напряжения обратной полярности приводит к смене знака напряжения на конденсаторах линии на перврначальннй, начиная с входной ячейки формируки.ч;ей линии.

Для мощных игнитронных разрядников с большим временем восстановления электрической прочности и ограниченными вентильными свойствами, быстрый возврат положительного напряжения на анод может привести к переводу ключа 13 О А) в реким тлемзцего разряда, В этом случае очередное включеяме соответствующего тиристора 3 (4) вызывает сквозное зажигание в схеме (одновременно открыты зарядньш и соответствукячий разрядный ключ)Г Величина повторного пологштепьного напряжения на аноде ключа 3 (14) снижается включением через блок 35 (Зб) цепочки, состоящей из разрядника 9(10) и резистора 11 (12).

Включение через блок 39 (40) шунтирующей цепочки состоя1цей из разрядника 23 (24) резистора 25 (2б), обеспечивает формирование небольшого отрицательного напряжения на аноде разрядного ключа 13 (14) и восстановление его электрической прочности. При пробое в нагрузке 15, который ведет к.полному возврату энергии в формируюрогю линию 7 (s), в схеме предусматривается формирование паузы в работе тиристоров 3, 4 и ключей 13, 14 при помопщ сигнала, поступающего с датчика 16 на блоки 43-46 и запрещающего прохождение импульсов управления, формируемых синхронизатором 47 на входы блоков

2 ф

48, 49 тиристоров 3, 4 и модуляторов 50, 5 ключейЛЗу 14.

Длитедьиость иаузы в работе генератора при пробое в нагрузке равна 3-5 периодам следования выходньк импульсов генератора. Гашение колебаний энергии в формирующей линии 7 (8) при пробое и приведение лшши в исходное состояние производится включением разрядников 9j 17, 23 (to, 18, 24)- через соответствующие модуляторы 33 37, 41 (34, 38, 42) и блоки 35, 39 (36, 40) сигналом с блока 29 (30).

Дополнительное увеличение надежности работы предлагаемого генераг тора (при пробоях в нагру зйе) можно осуществить включением на выходе зарядного реактора дополнительного правляемого ключа для, перевода зарядного тока во время паузы в работе схемы генератора в параллельную цепь.

Предлагаемая схема генератора позволяет повысить КПД за счет более полного использования энергии емкостш- х накопителей, входящих в состав искусственных формирующих линий, и обеспечивает возмсга ность работы генератора при формировании квазипрямоугольных импульсов с плоской вершиной и значительной крутизной фронтов при различных степенях рассогласования сопротивлений форми-, рующнх линий и нагрузки..

Предлагаемая схема позволяет использовать в мощных генераторах, предназначенных для формирования сов тока амплитудой, не менее 3 кА, длительностью 30-100 мкс, напряжением 40 кВ и выше, при частоте следования импульсов до 500 в секунду, игнитронных разрядников с большим временем восстановления электрической прочности (до I мс) и ограниченными вентильными свойствами. I .

Формула изобретения

I. Генератор импульсов, содержа- цш накопители электрической энерий, подключенные через соответствущие зарядные ключи и зарядный ректор к зарядному блоку, а через оответствующие разрядные ключи - к агрузке, параллельно накопителям ключены иунтирукндае цепочки из последовательно соединенных управляемого разрядника и резистора, синхронизатор импульсов управления, бло7ки запуска зарядных ключей, отли чающийся тем что, с цепью увеличения КПД генератора, накопители электрической энергии выполнены в виде искусственных Лорнирующих линий, яунтированных на входе цепочкой из последовательно соединенных первого дополнительного управ ляемого разрядника и первого дополнительного резистора, а на выходе - цепочкой из последовательно соединенных второго дополнительного управляемого разрядника, второго допол нительного резистора и конденсатора, параллельно которой включен делитель напряжения, выход которого подключен к входу блока сравнения, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, выход блока сравнения подключен к входу модулятора поджигающих импульсов второго дополнительного управляемого разрядника непосредственно, а к входам мо.дуляторов поджигаюпцпс импульсов пер28вого дополнительного управляемого разрядника и управляемого разрядника шунтирующей цепочки через соответствующие блоки задержки. 2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыпения надежности работы генератора, в цепь нагрузки введен датчик пробоя сопротивления нагрузки, выход которого через соответствующие блоки запрета подключен к входам блоков запуска зарядных ключей и к входам модуляторов подзкигакнтих импульсов разрядных ключей, вторые входы блоков запрета подключены к синхронизатору импульсов управления. Источники информа1щи, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 331503, кл. Н 05 Н 7/02, 1970. 2. Авторское свидетельство СССР 618838, кл. Н 03 К 3/55, 1978 (прототип).