Генератор прямоугольных импульсов Советский патент 1982 года по МПК H03K3/53 

(54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к импульсной технике , в частности к генераторам прямоугольник импульсов, преимущественно большой мощности, с частичным разрядом емкостного, накопителя энергии через ключевой элемент (тиратрон, тиристор), коммутирующий ток в нагрузку.

Генератор может найти широкое применение в промышленных и в исследовательских установках (ускорителях заряженных частиц, квантовых генераторах, установках для термоядерных исследований и т. П;) для получения мощных импульсов напряжения и тока с регулируемой длительностью импульсов в широких пределах.

Известны генераторы прямоугольных импульсов с частичным разрядом емкостного накопителя энергии через, первый ключ и дроссель, в которых выключение первого ключа осуществляется с помощью цепи, содержащей последовательно соединенные второй ключ и конденсатор, вклк ченный между анодом первого ключа н общей шиной .

Недостатками данных генераторов являются большие перенапряжения, возникающие на конденсаторе и, как следствие этого; значительные затраты энергии на выключение первого ключа.

Известен генератор прямоугольных импульсов, содержа.щий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выво10дом с общей щиной, другим выводом через дроссель - с анодом первого ключа, -катод которого через нагрузку соединен с общей шиной, а управляющий элект род - с входом блока регулируемой за15держки, второй ключ, катод которого . соединен с общей шиной, анод через первый конденсатор с анодом пе.рвого ключа, а управляющий электрод - с выходом блока регулируемой задержки, ис-.

20 точник постоянного напряжения, подклк ченный через первый резистор параллельно первтэму конденсатору, положительным лолюсом к аноду второго ключа, третий ключ, соединенный катодом с общей шиной, анодом через второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с анодом первого ключа, а управляющим электродом - с выходом источника пусковых импульсов, линию задержки, вклю ченную между управляющими электродами первого и третьего ключа 2 , В указанном генераторе третий ключ и второй конденсатор служат для умень щения длительности фронта импульса, а в рой ключ и первый конденсатор - для вьпсл чения первого ключа. При этом, .второй ко денсатор заряжается до напряжения на копителя, а первый кодненсатор - до напряжения, более чем вдвое превышающего напряжение на накопителе и воздействующего на первый ключ в прямом направлении. Однако в паузах между импульсами, формируемыми в нагрузке, энергии втог рого и первого конденсаторов, пропорциональные квадратам напряжений на них рассеиваются, соответственно, во второ и первом резисторах, существенно снижа тем самым КПД генератора. Целью изобретения является увеличение КПД генератора и снижение перенапряжений, воздействующих на первый ключ. Для этой пели в генератор прямоуголь ных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним , выводом с общей шиной, другим выводом - с началом обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с общей щиной, а управляющим электродом - с входом блока регулируе мой задержки, второй ключ, соединенны катодом с общей шиной, а управляющим электродом - с выходом блока регулиру мой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляющим электродом с источником пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключей, дополнительно введены диод и вторая обмотка дросселя, с числом витков меньшим, чем у первой обмотки, причем анод диода через резистор соединен с общей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с общей ш ной, анод третьего ключа соединенс анодом первого ключа, а к точке соединения катода третьего ключа с катодом диода подсоединено начало второй обмот ки дросселя, конец которой соединен-с анодом второго ключа. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема генератора. Генератор содержит емкостный накопитель 1 энергии, дроссель 2 с обмотками первой 3 и второй 4 (начала обмоток отмечены точками), первый ключ 5, подключенный управляющим электродом ко входу блока 6 регулируемой задержки импульсов, нагрузку 7, второй ключ 8, подключенный управляющим электродом к выходу блока 6, регулируемой задержки, конденсатор 9, шунтированный резистором 1.0 и диодом 11, третий ключ 12, источник 13 пусковых импульсов, линию 14 задержки. Генератор работает следующим образом. Первым от источника 13 включается ключ 12 и начинается зарядка конденсатора 9 через первую обмотку 3 дросселя 2 от накопителя 1, заряженного до напряженияЕ. Через время, равное tj,,5ii ifuC где L - индуктивность обмотки 3 дросселя 2 ; С - емкость конденсатора 9, когда напряжение на конденсаторе 9 достигнет величины Е , на управляющий электрод ключа 5 поступает пусковой импульс источника 13, задержанный линией 14 задержки на время to и включает ключ 5, При выполнении условия R j , где R величина сопротивления нагрузки 7, ток обмотки 3 дросселя 2 полностью перехватывается цепью нагрузки 7, и в нагрузке начинает формироваться импульс с крутым фронтом и прямоугольным переходом к вершине импульса. При этом зарядка конденсатора 9 прекращается и ключ 12 вьпслючается. Через время, равное требуемой длительности импульса, в нагрузке 7 и устанавливаемое с помощью блока 6, включается ключ 8 и через него и вторую обмотку 4 дросселя 2 начинается разряд 1сонденсатора 9, заряженного до напряжения Е . Так как число витков обмотки 4 меньше числа витков обмотки 3, на последней возникает напряжение больше Е и, ввиду того, что оно направлено навстречу напряжению на накопителе 1, на ключе 5 образуется обратное напряжение, вызывающее его выключение. В процессе разряда конденсатора 9 его энергия переходит в энергшо магнитного поля дросселя 2. После полного разряда конденсатора 9 начинается его перезарядка с обратной полярностью напряжения, которое снимается

цепью: резистор 10, диод 11, и, таким образом, энергия дросселя рассеивается в резисторе 10. Чем меньше величина сопротивления этого резистора, тем меньше напряжение обратной полярности возникает на конденсаторе 9, которое трансформируется Б обмотку 3 дросселя 2 и, складываясь с напряжением накопителя, воздействует на ключ 5 в прямом направлении. К началу следующего цикла работы генератора конденсатор 9 полностью разряжен.

В известном генераторе перенапряжения могут достигать 3 -3,5 Е, в предложенном же генераторе, как показьшают расчеты, они могут не превышать 1,1 Е, т. е. практически отсутствовать. В мощных генераторах, выполненных по схеме известного, КПД получается не более 8О%; в аналогичном генераторе, вьшолненном по данной схеме, КПД достигает 92 - 94%,

Формула изобретения

Генератор прямоугольных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выводом с обшей шиной, другим выводом - с началом обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с обтцей щиной, а управляющим электродом - с вхоДОМ блока регулируемой задержки, второй ключ, соединенный катодом с общей шиной, а управляющим электродом - с выходом блока регулируемой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляющим электродом с источником nycKOBbix импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключей, отличающийся тем, что,с целью уменьшения перенапряжений на первом ключе и повьппения КПД генератора, в него дополнительно введены диод и вторая обмотка дросселя с числом витков меньшим, чем у первой обмотки, анод введенного диода через резистор соединен с обшей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с обшей шиной, анод третьего ключа соединен с анодом первого ключа, а к точке соединения третьего ключа с катодом диода присоединено начало второй обмотки дросселя, конец которой соединен с анодом втсфого ключа.

Источ1аики информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР NO 541269, кл. Н ОЗ К 3/53, 1975 (лрототип).