Высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения Советский патент 1982 года по МПК G05F1/56 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

1

Изобретение относится к регулированию и управлению, в частности к высоковольтным регулируемым источникам постоянного напряжения.

Известны высоковольтные источники постоянного напряжения, широко используемые для питания электроннолучевых трубок в телевизионной аппаратуре. В этих источниках используется преобразование постоянного напряжения в затухающие синусоидальные колебания с частотой 20-50 кГц с последующим их выпрямлением. Преобразование осуществляется с помощью контура ударного возбуждения путем прерывания (или изменения величины) протекающего через него тока. Особенностью таких источником является их импульсный характер, поскольку на вход схемы выпрямления воздействуют затухающие высокочастотные импульсы, период следования которых, как правило, значительно болыйе периода высокочастотных колебаний заполнения 1 и 2.

Недостаток известных устройств состоит в том, что выходной выпрямитель реагирует только на первый период ВЧ колебаний каждого входного импульса, так как все последующие периоды имеют меньшую амплитуду и вентили выпрямительной схемы для них оказываются запертыми. Таким образом конденсаторы фильтра выпрямительной схемы заряжаются импульсами тока с больщой скважностью, что определяет большое внутреннее сопротивление таких источников. Кроме того, поскольку энергия затухающих колебаний в контуре ударного возбуждения целиком определяется энергией, запасенной в индуктивности контура, величина выходной мощности оказывается ограниченной из-за возрастания габаритов катушки. Известны также источники высокого напряжения с преобразованием постоянного напряжения питания в переменное трансформацией этого напряжения и его выпрямлением .

Недостатки указанных высоковольтных источников заключаются в малой эффективности регулирования выходногонапряжения, поскольку известные способы регулирования путем изменения напряжения питания преобразователя обеспечивают сравнительно малое изменение выходного напряжения и используются, как правило, только для цеРассмотрим более подробно процессы, происходящие в разрядной и зарядной цепях преобразователя напряжения.

При поступлении на управляющий электрод тиристора коммутирующего импульса и при наличии на накопительном конденсаторе некоторого положительного напряжения LJC (0) происходит разряд конденсатора через тиристор и первичную обмотку трансформатора. Так как тиристор запирается током перезаряда конденсатора, то длительность импульса разрядного тока составляет 0,5 Тр , где tp - период собственных колебаний разрядной цепи (фиг. 3). Амплитуда импульса тока определяется начальным напряжением на конденсаторе и равна УС. I (0)1/, где f - волновое сопротивление разрядной цепи. Напряжение на конденсаторе в процессе его разряда на трансформатор изменяется от IJ (0) до - Uc (0), (если добротность Qp разрядной цепи больше 1). После запирания тиристора начинается резонансный заряд конденсатора через дроссель, приче.м начальное напряжение на нем будет отрицательным и примерно равным положительному напряжению в момент разряда на трансформатор. При разряде конденсатора на вторичной обмотке трансформатора формируется импульс переменного напряжения, форма которого показана на фиг. 3. Периодическая последовательность таких импульсов поступает на вход выпрямителя и преобразуется в постоянное напряжение. За один цикл разряда конденсатор отдает в нагрузку энергию, равную We /Qp.

На фиг. 4-6 представлены графики колебательного процесса в зарядной цепи при различных значениях периода Ту коммутирующих импульсов, причем принято, что . Это условие позволяет повысить эффективность регулирования выходного импульсного напряжения ,преобразователя. На фиг. 4 изображен режим работы цепи, когда период коммутации и период собственных колебаний цепи почти равны. Как видно, разряд накопительного конденсатора на трасформатор происходит в данном случае при минимальном напряжении на нем. Поэтому начальные условия, при которых начинается очередной цикл заряда Конденсатора через дроссель близки к нулевым. Как известно, при таки.х начальных условиях напряжение на конденсаторе в конце цикла Тз заряда достигает максимального значения, равного 2Е, а в конце цикла Гр разряда составляет примерно (0,05-0,1) Е в зависимости от потерь. В указанном режиме колебаний интервалы заряда и разряда конденсатора примерно равны и потому постоянная составляющая тока через дроссель мала. Амплитуда импульса разрядного тока и выходное напряжение также имеют минимальное значение. При уменьщении периода Т коммутации напряжение на конденсаторе в момент разряда на трансформатор возрастает (а так как начальная фаза колебания Uc (t) - постоянна) li одновременно изменяются и начальные усло5 ВИЯ при заряде - } ачальное напряжение на конденсаторе становится более отрицательньп. Последнее приводит к тому, что з, чение Uctnax конце цикла заряда i; к моменту коммутации тиристора возрастает. Режим колебаний, близкий к предельном}.

0 когда конденсатор разряжается сразу riocле окончания цикла заряда, т. е. при Т Т, изображен на фиг. 6. В этом режиме значение Ucmax приближается к своему теоретическому пределу 4/-;. Как видно, Tj Тр и постоянная составляющая, питающего преобразователь тока максимальна. Амплитуда импульса разрядио1о- тока в этом режиме наиболыиая. На фиг. 5 и фиг. 6 цг;д;;с что после разряда конденсатора на транс форматор продолжается процесс его разряд

0 иа дроссель. Это обстоятельство говорит о том, что за малый интервал времещ ра3|1яда (0.5tp) конденсатор не успевает иолностьк отдать накоп1Лелы1ую энергию R нагрузкх, В пределе, при Т 0,5 Т и при более д.ш тельном времени разряда конденсатора на трансформатор интервал Тр разряда дп.iжен быть равен 0. а постоянная состав. питающего тока максимальна.

Увеличение периода коммутации к сторону величин больщих Г и умены.иеппе

0 его в сторону .чии меньших 0.5 Г 1 ецелосообразно, так как в первом случае yvoirLщаются пределы регулировки вслсдсты.е затухающего характера зав1 симости Uc (t), а во втором случае регулировка амплитуды импульса разрядного тока неосуществлсна,

5 поскольку напряжение на конденсаторе в момент коммутации в этом режиме колебаний максимальное () и не зависит от периода коммутации.

Указанные от.личия в выполкеник О пульсного преобразователя позволил обеспечить весьма эффективную регулировку выходного напряжения и существенно упростить устройство. Регулировка выходного напряжения в широких пределах обеспечпвается тем, что при изменении периода коммутации тиристора 7 -- 0,5 Г изменяется начальное напряжение на конденсаторе в его заряда, благодаря чему напряжение на конденсаторе в момент его разряда на повы.шающий .трансформатор изменяется от минимального значения, равного (0,1 0,5) f. до максимального, равного 4. Примерно в таком же отношении (32-38 дБ) на.ходятся верхний и нижний пределы выходного высокого напряжения. Необходимо т;;кже OTMeTiiTb, что поскольку увеличение выходного напряжения достигается при уве.1ичении частоты комм тации тиристора, cpe;iняя выходная мощность источника существенно возрастает с увеличением выходного напряжения, что объясняется увеличением частоты циклов заряда конденсатора фильтра выпрямителя.

Изобретение позволяет значительно упростить схему высоковольтного регулируемого источника постоянного напряжения и обеспечить широкую регулировку выходного напряжения. Формула изобретения Высоковольтный регулируемый источник постоянного напряжения, содержащий источник низкого постоянного напряжения, подключенный к импульсному преобразователю с управляемым ключевым каскадом, соединенным с узлом управления, повышающий трансформатор с выходным вып1эямителем, отличающийся тем, что, с целью обеспечения эффективного регулирования выходного напряжения и упрощения, упомянутый импульсный преобразователь выполнен в виде последовательпого соединения дросселя и накопительного конденсатора.

который через упомянутый ключевой выход подключен к первичной обмотке повышающего трансформатора, а узел управления выполнен в виде генератора импульсов с возможностью регулирования периода следования импульсов от 0,5 Т до Т, где Т - период собственных колебаний цепи, состоящей из дросселя и накопительного конденсатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 72855, кл. Н 02 М 3/28, 1948. 2.Светлов Н. И. «Маломощные ВЧ источники высокого напряжения. М-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 6. 3.Белополоский Н. И. и Тихонов В. И. «Транзисторные преобразователи на повышенные и высокие напряжения. М., «Энергия, 1971. с. 57. 4.Додик С. Д. и др. «Источники электропитания на полупроводниковых приборах. М., «Советское радио, 1969, с. 373. 5.Авторское свидетельство СССР .NO 257588, 1969.

,57

Составитель И. Никитин

Редактор М. Товтин

Техред А. БойкасКорректор М. Пожо Заказ 2340/53

Тираж 908Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4