Стабилизатор импульсного напряжения

 

СТАБИЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входные клеммы , одна из которых, плюсовая, через зарядный дроссель подключена к аноду зарядного диода, катод которого подключен к первому выводу коммутирующего элемента и выводу основного емкостного накопителя второй вывод которого подсоединен к первому Ьыводу для подключения на- / грузки, включенный между общей шиной и катодом зарядного диода jse-. зистивный делитель напряжения, сред-, НИИ вывод которого подключен к входу порогового элемента, соединенного выходом с управляющим электродом регулирующего тиристора, соединенного катодом с общей шиной. и с вторым выводом коммутирующего элемента , накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входной клеммой, элемент задержки , возвратный диод, катод которого подключен к аноду зарядного . диода, дополнительный коммутирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного импульс ногсэ напряжения в расширенном в сторону увеличения диапазоне частот следования импульсов с одновременным повышением надежности, в стабилизатор введены разрядный диод, разделительный диод, логический элемент ИЛИ и дроссель, при этом разрядный диод зашунтирован резистором и включен в проводящем направлении между, общей. шиной и вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одним из входов логического элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с уп (Л равляющим электродом разрядного коммутирующего элемента и входом запуска стабилизатора через элемент задержки , вторая обкладка накопительного конденсатора через заведенный дроссель соединена с анодом возвратного диода и с катодом разделительного диода, анод которого соединен с общей шиной, анод регулирующего тиристора соединен с анрдом зарядного диода, а между общей шиной и минусовой клеммой силовыми выводами 4; включен введенный дополнительный комянутирующий элемент, управляющий 41 вход которого через введенный разде00 лительный трансформатор соединен с выходом логического элемента ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН. 3(я) G 05 F 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3443066/ 24-07 (22) 28.05.82 (46) 07.09.83. Бюл. Р 33 (72) В.С.Уманский (53) 621.316.722.1 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 769727., кл. H 03 К 7/02, 1979.

2 АвторскОе свидетельство СССР

В 714626, кл. Н 03 К 7/53, 1978., 3. Авторское свидетельство СССР

9 541281, кл. Н 03 К 7/02, 1976. (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входные клеммы, одна из которых, плюсовая, через зарядный дроссель подключена к аноду зарядного диода, катод которого подключен к первому выводу ком мутирующего элемента и выводу основного емкостного накопителя второй вывод которого подсоединен к первому выводу для подключения на.грузки, включенный между общей шиной и катодом зарядного диода ре-. зистивный делитель напряжения, сред-, ний вывод которого подключен к входу порогового элемента, соединенного выходом с управляющим . электродом регулирующего тиристора, соединенно+

ro катодом с общей шиной.и с вторым выводом коммутирующего элемента, накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входной. клеммой, элемент задержки, возвратный диод, катод кото-,.

ÄÄSUÄÄ 1040478 А рого подключен к аноду зарядного диода, дополнительный коммутирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности стабилизации выходного импульс. ного напряжения в расширенном в сто.рону увеличения диапазоне частот следования импульсов с одновременным повышением надежности, в стабилизатор введены разрядный диод, разделительный диод, логический элемент ИЛИ и дроссель, при этом разрядный диод зашунтирован резистором и включен в проводящем направлении между общей. шиной и вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одйим из входов логического элемента ИЛИ, щ второй вход которого соединен с уп-. равляющим электродом разрядйого коммутирующего элемента и входом запуска стабилизатора через элемент за- С„ держкй, вторая обкладка накопительного конденсатора через введенный дроссель соединена с анодом возвратного диода и с катодом разделитель- » б ного диода, анод которого соединен с общей шиной, анод регулирующего тиристора соединен с анодом зарядно- »ф» го диода, а между общей шиной и минусовой клеммой силовыми выводами ® включен введенный дополнительный »фЬ коммутирующий элемент, управляющий вход которого через введенный разделительный трансформатор соединен с (,ф выходом логического элемента ИЛИ.

1040478

Изобретение относится к электро- .технике и может быть применено преимущественно для получения электрических импульсов стабильной амплитуды, подаваемых на внешнюю нагрузку, например магыетронный генератор СВЧ в установке для сварки пластмассовых изделий, а также в передатчиках СВЧ.

В технологическом оборудовании для термической обработки пластмасс в

СВЧ электрическом поле известны гене- 10 раторы стабильного импульсного напряжения с разрядом линии .формирования для питания, например, мощных магнетронных генераторов СВЧ.В генераторах обеспечивается возврат. избыточ- 15 ной энергии в источник питания или накопитель для повышения КПД (,1 ) и (21.

Недостаток устройства - невысокая точность стабилизаций амплитуды gp импульсов, а также ограничение максимальной частоты их следования. В ряде случаев отсутствует защита устройства при потере управляемости регу лирующего тиристора и/или разрядного коммутирующего элемента.

В другом устройстве передача избыточной энергии из зарядного дросселя в процессе стабилизации происходит в источник питания, что заметно ограничивает максимальную величину частоты следования импульсов. Это ограничивает возможности применения устройства.

Наиболее близким к предлагаемому является импульсный модулятор со 35 стабилиз ацией амплитуды импульсов содержащий входные клеммы, последовательно соединенные зарядный дроссель, и зарядный диод, генератор импульсов . Генератор содержит разряд- 40 ный коммутирующий элемент, например тиратрон, зашунтированный последовательно соединенными основным емкостным накопителем энергии и нагрузкой, пРичем катод тиратрона сое- 45 динен с общей шиной и минусом источника питания. Точка соединения анода тиратрона с накопителем является входом генератора, импульсов.

Параллельно входу генератора включен резистивный делитель напряжения, средний вывод которого (выход делителя )через пороговый элемент соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора. Его катод соединен с общей шиной, а анод - с одним из крайних выводов дополнительной обмотки дросселя. Накопительный конденсатор включен между общей шиной и средним выводом допол- 60 нительной обмотки. Второй крайний вывод этой обмотки соединен с катодом дополнительного коммутирующего элемента на тиристоре, анод которого соединен с общей шиной

Управляющий электрод дополнительного коммутирующего тиристора через элемент задержки соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора. С анодом зарядного диода соединен катод возвратного диода, анод которого соединен с общей, шиной.

При сбоях в работе устройства задержки или при воздействии наводок может происходить одновременное отпирание тиристоров, что вызывает потерю их управляемости, закорачивание зарядного дросселя и вследствие этого возникновение аварийного режима короткого замыкания источника. То же может произойти в случае, когда на сетку коммутирующего тиратрона поступают импульсы запуска в моменты времени, предшествующие окончанию заряда накопителя. При этом тиратрон не выключается.(теряет управляемость )после разряда линии, так как ток через него. поддерживается за счет энергии, накопленной в дросселе °

На точность стабилизации импульсного напряжения влияет энергия, накопленная в индуктивности рассеяния зарядного дросселя к моменту включения регулирующего тиристора.

В этих условиях в упомянутой индуктивности рассеяния возникает перепад ЗДС самоиндукции, задерживающей запирание зарядного диода на некоторое время 7 после того, как включится дополнительный коммутирукщий тиристор. Основная обмот ка зарядного дросселя в это время зашунтирована через половину дополнительной обмотки.и тиристор накопительным конденсатором. Поэтому в течение указанного промежутка времени через индуктивность рассеяния и открытый зарядный диод происходит разряд накопителя, что и вызывает снижение точности стабилизации.

Время, необходимое для передачи энергии из накопительного конденсатора в источник питания, обусловливает снижение максимальной частоты, следования импульсов f3 ).

Недостатки известного устройства состоят в невысокой точности стабилизации выходного импульсного напряжения, в ограниченном диапазоне частот следования импульсов, а также в недостаточной надежности, при потере управляемости регулирующего тиристора и/или коммутирующего элемента.

Цель изобретения - повышение точности стабилизации выходного импульсного напряжения в расширенном в сто. рону увеличения диапазоне частот следования импульсов с одновременным повьааением надежности путем защиты устройства при потере управляемости

1040478 регулирующего тиристора и/или коммутирующего элемента.

Поставленная цель достигается тем,что в стабилизаторе импульсного напряжения, еодержащем входные клеммы, одна из которых, плюсовая, через зарядный дроссель подключена к аноду зарядного диода, катод которого подключен к первому выводу коммутирующего элемента и,выводу основного емкостного накопителя, второй вывод которого подсоединен к первому выводу для подключения нагрузки, включенный между общей шиной и катодом зарядного диода резистивный .делитель напряжения, средний вывод

6, например, тиристора, к аноду которого присоединены включенные последовательно основной емкостный. накопитель 7 (например, в випе линии формирования ) и нагрузка 8.

Катод тиристора 6 соединен с общей шиной ° Параллельно тиристору 6 вклю чен резистивный делитель 9 напряжения. Его средний .вывод (выход делителя ) через пороговый элемент 10 соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора 11, катод которого соединен с общей шиной.

Первая обкладка накопительного конденсатора 12 соединена с минусом источника 1 ° Имеется также дополнительный коммутирующий элемент 13 s виде транзистора, коллектор которого соединен с общей шиной, элемент

14 задержки и возвратный диод 15, катод которого соединен с объединенным выводом зарядного дросселя 3 и анода диода 4.

В .стабилизатор введены разрядный диод 16, зашунтированный резистором

17, разделительный диод 18, логический элемент HJIH 19 и дроссель 20.

При этом диод 16 включен в проводящем направлении между общей шиной и соединенными между собой вы--. водами нагрузки 8 и первого входа элемента ИЛИ 19, второй вход которого соединен с управляющим электродом тиристора 6 через элемент 14 задержки. Вторая обкладка конденсатора 12 через дроссель 20 соединена с выводами анода диода 15 и катода диода 18, анод которого соединен с общей шиной.

Анод тиристора 11 соединен с анодом диода 4. Эмиттер транзистора

13 соединен с минусом источника. 1,, а база связана с выходом элемента

ИЛИ 19, например, через разделительный трансформатор 21 (возможно так же использование оптоэлектронного элемента связи, обеспечивающего гальваническую развязку ).

Стабилизатор работает следующим образом.

Импульс запуска Е<(фиг. 2 a ) задерживается на время T„4 в элемен60

Благодаря введенньм элементом и связям между ними обеспечивается повышение-точности стабилизации выходного импульсного напряжения в расширенном (в сторону увеличения) диапазоне частот следования импульсов вследствие того, что анод зарядного диода через регулирующий те 14 задержки и через элемент ИЛИ

19 и трансформатор 21 поступает в виде импульса E >(фиг. 2 о) на базу транзистора 13. Этот транзистор от

5 пирается,,и через него, источник 1 питания, дроссель 3, диод 4, цепь нагрузки 8 н низкоомный резистор 17 начинается резонансный заряд основного накопителя 7 (при этом предполагается, что загрузка 8,например о магнетрон, подключена между накопителем 7 и резистором 17 через согласующий импульсный трансформатор, а задержка времени Т„м превышает дпительность 3 выходных импульсов

15 (фиг. 2 b, е). Падение напряжения

Ц, (фиг. 2 ) на резисторе 17, обра- зующееся в результате протекания через него зарядного тока накопителя 7, через элемент ИЛИ 19 и тран70 сформатор 21 прикладывается к базе которого подклю -.ен к входу порогового элемента, соединенного выходом с управляющим электродом регулирующего тиристора, соединенного катодом с

75 общей шиной и с вторым выводом коммутирующего элемента, накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входной клеммой, элемент задержки, возвратЗО ный диод, катод которого подключен к аноду зарядного диода, дополнительный коммутирующий элемент, введе. ны разрядный диод, разделительный диод, логический элемент ИЛИ и дроссель, при этом разрядный диод зашун35 тирован резистором и включен в про водящем направлении между общей шиной и вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одним из входов логического элемента ИЛИ, второй

40 вход которого соединен с управляющим электродом разрядного коммутирующего элемента и с входом запуска ста билизатора через элемент задержки, вторая обкладка накопительного кон

45 денсатора через введенный дроссель соединена с анодом возвратного диода и с катодом разделительного диода, анод которого соединен с общей шиной анод регулирующего тиристора соеди5п нен с анодом зарядного диода, а между общей шиной и минусовой клеммой силовыми выводами включен введенный дополнительный коммутирующий элемент управляющий вход которого через введенный Разделительный трансформатор соединен с выходом логического элемента ИЛИ.

1040478 тиристор соединяется с общей шиной, а энергия из накопительного конден-. сатора передается в основной накопитель во время его заряда от источника питания. Одновременно обеспечивается защита при потере управ— ляемости регулирующего тиристора и/или разрядного коммутирующего элемента путем разрыва цепи заряда основного накопителя по постоян-. ному току. Это обеспечивает как ограничение величины тока короткого замыкания, так и запирайие потерявших управляемость тиристоров.

На фиг. 1 показана принципиальная электрическая схема стабилизатора импульсного. напряжения; на фиг. 2 эпюры напряжений на элементах устройства.

Стабилизатор (фиг. 1) содержит источник 1 питания, зашунтированный конденсатором 2 фильтра. К плюсу источника 1 через зарягный дроссель .

3 подключен анод зарядного диода 4.

К катоду диода 4 подключен вход генератора 5 импульсов, в составе разрядного коммутирующего элемента транзистора 13 и удерживает его в открытом состоянии после окончания импульса Е„(фиг. 2 О, в).

Как только напряжение .Е на накопителе 7 в процессе заряда достигает заданного уровня Е7ном(фиг ° 2 ) несколько меньшего, чем удвоенное напряжение источника 1 питания, происходит срабатывание порогового элемента.10 под действием сигнала, поступающего на его вход от средней точки делителя 9 напряжения.

Выходньм импульсом порогового элемента 10 отпирается тиристор 11, при этом напряжение Е„„на его аноде и напряжение на аноде диода 14 спадает практически до нуля (фиГ. 2 д).

Благодаря этому диод 4 надежно запирается и дальнейший заряд накопителя 7 прекращается. Напряжение Е на нем таким образом фиксируется на заданном номинальном уровне Erson=

=const (фиг. 2 s). Напряжение 0„. на резисторе 17 в момент отпирайия тиристора 11 обращается в нуль, что вызывает эапирание транзистора

13 (фиг. 2 a). После этого от источника 1 через дроссель 3, тиристор 11 диод 18 и дроссель 20 начинается резонансный заряд конденсатора 12 (напряжение E+7 и ток заряда ? „2 фиг °

2 j . .При этом энергия, запасенная в индуктивности рассеяния дросселя 3, передается в источник 1. В результате повыаается точность стабилизации напряжения E»s ea накопителе 7 по сравнению с прототипак.

После достижения максимума напряжение на конденсаторе 12 тиристор 11 запирается, так как в этот момент ток 112 через конденсатор 12 стремится изменить свое направление (Фиг. 2 ъ). Цепь заряда основного накопителя 7 оказывается, таким .образом, разомкнутой по постоянному току, При поступлении очередного импульса запуска Гь (фиг. 2 а ) на управляющий электрод тиристора 6 через него и диод 16 происходит разряд накопителя 7 и формирование выходного

10 импульса со стабильной амплитудой ие (фиг. 2 е) на нагрузке 8.

Напряжение на накопителе к концу импульса становится равным нулю и тиристор 6 запирается. Затем импульс

15 запуска после задержки на время Т 4 в элементе 14 через элемент ИЛИ 19 и трансформатор 21 поступает в виде импульса Eqg на базу транзистора 13.

Время задержки Т в элементе 14 должно быть не меньшим, чем длительность выходного импульса на нагрузке

8 (фиг. 2а, Г, е).

Энергия, запасенная в конденсаторе 12, через дроссель 20, диод 15

25 и открытый транзистор 13 перерается в накопитель 7 (отрицательные импульсы тока Э, фиг. 2 ъ). Практически одновременно протекает и процесс заряда накопителя 7 от источника 1 через дроссель 3, диод 4, нагрузку 8 и транзистор 13. Благодаря этому достигается расширение диапазона частот следования импульсов по сравнению с . прототипом, где процесс передачи энергии из конденсатора 12 в источник 1 происходит после окончания заряда накопителя 7, а тиристор

6 запускается только после оконча - . ния процесса передачи энергии.

При потере управляемости у тирис

40 тора 6 (например, при подаче импульса запуска в момент времени, предшествующий окончанию заряда основного накопителя 7 ) заряд накопителя 7 прекращается, падение напряжения на резисторе 17 обращается в нуль и транзистор 13 запирается.

В результате цепь заряда оказывается разомкнутой по постоянному току, ток тиристора 6 замыкается через эле

50 менты 18, 20 и 12. После окончания заряда конденсатора 12 тиристор 6 запирается. Благодаря этому обеспечивается защита модулятора от короткого замыкания.

Аналогично обеспечивается защита при потере управляемости у тиристора 11, которая может произойти, например, под действием наводок по ,цепи его управляющего электрода.

60 Таким образом, положительный тех нический эффект от применения предлагаемого устройства состоит в повышении точности стабилизации выход" ного импульсного напряжения с одновременным расширением диапазона

7 "1040478 8

У. 4Риг. 2

ВНИИПИ Заказ 6929/53 . Тираж 874 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,- ул. Проектная, 4 частот следования импульсов в сторо-,ну увеличения. Одновременно с этим обеспечивается защита при потере,уп-. равляемости регулирующего и/или коммутирующего тиристора. При этом, в частности, достигается повышенная стабильность мощности радиоимпульсов ° генерируемых.магнетроном, кото- рый является нагрузкой модулятора.

Этим обеспечивается повышение точ.ности поддержания температуры нагрева пластмассовых иэделий.