Высоковольтный стабилизатор-коммутатор

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (И>

4(51) С 05 Е 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3496628/24-07 (22) 06.10.82 (46) 07.02.85. Бюл. ? 5 (72) Г.Л.Хренников (53) 621.316.722.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 864268, кл. С 05 F 1/56,. 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 851372, кл. G 05 F 1/56, 1979. (54) (57) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР-КОММУТАТОР, содержащий первый высоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй высоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого через первый блок. стабилитронов подключен к минусовому выходному выводу первого высоковольтного блока выпрямления, блок стабилизации высокого напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, а минусовой.и плюсовой выходные выводы соответственно — с плюсовым выходным выводом второго высоковольтного блока выпрямления и клеммой для подключения анода электронно-лучевой трубки, блок стабилизации низкого напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого подключен к сигнальному входу первого широтноимпульсного модулятора, первый и второй усилители мощности, питающие входы которых соединены с вы- ходом блока стабилизации низкого напряжения, а выходы — с входами соответственно первого и второго высоковольтных блоков выпрямления, первый усилитель постоянного тока, первый формирователь коротких импульсов, отличающийся тем, что, с целью получения промежуточного стабильного уровня выходного напряжения, в него введены третий высоковольтный блок выпрямления, высоковольтный выпрямительный столб, второй блок стабилитронов, третий усилитель мощности, второй и третий .широтно-импульсные ачодуляторы, второй и третий усилители постоянного тока, второй, третий, четвертый и пятый формирователи коротких импульсов, три.импульсных усилителя, три элемента ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, причем минусовой выходной вывод третьего высоковольтного блока выпрямления соединен с шиной нулевого потенциала, а плюсовой выходной вывод через второй блок стабилитронов — с минусовым выходным выводом второго высоковольтного блока выпрямления, высоковольтный выпрямительный столб анодом подключен к плюсовому выходному выводу второго высоковольтного блока выпрямления, а катодом — к плюсовому выходному выводу третьего высоковольтного блока выпрямления, питающий вход третьего усилителя мощности соединен с выходом блока стабилизации низкого напряжения, а выход — с входом третьего высоковольтного блока выпрямления, управляющий вход первого широтно-импульсного модулятора подключен к выходам первых усилителя постоянного тока и импульсного усилителя, а выход — к сигнальному входу первого усилителя мощности, сигналь1133793 ный вход второго широтно-импульсного модулятора соединен с выходом задающего генератора, управляющий вход— с выходами вторых усилителя постоянного тока и импульсного усилителя, а выход — с сигнальным входом .второго усилителя мощности, сигнальный вход третьего широтно-импульсного модулятора подключен к выходу задающего генератора, управляющий вход— к выходам третьих усилителя постоянного тока и импульсного усилителя, а выход — к сигнальному входу третьего усилителя мощности, вход первого усилителя постоянного тока соединен с выходом первого элемента ИЛИ, вход второго усилителя постоянного тока — с выходом элемента НЕ, вход третьего усилителя постоянного токас выходом элемента ИЛИ-НЕ, вход первого импульсного усилителя подключен к выходу второго элемента ИЛИ, Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования при реализации питания электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) с барьерным люминофором. 5

Известен трехуровневый высоковольiный коммутируемый стабилизатор напряжения, содержащий .нерегулируемый и регулируемый источники постоянного стабилизированного высокого напряже- 10 ния„ последовательно включенные между клеммой для подключения высоковольтного вывода нагрузки и шиной нулевого потенциала, разрядный ключевой элемент, связанный с регулируемым1 источником и подключенный к шине нулевого потенциала через последовательно включенные регулятор напряже- ния и датчик тока, выход которого соединен с управляющим входом регулируемого источника, узел обратной связи, включенный между клеммой для подключения высоковольтного вывода источника управляющих сигналов и соединенный выходом с управляю-р5 щим входом регулятора напряжения C1) Однако такое устройство имеет повышенное время переключения уровней вход второго импульсного усилителяк вьг..оду третьего элемента ИЛИ, вход третьего импульсного усилителя к выходу первого формирователя коротких импульсов, входы первого элемента ИЛИ и элемента ИЛИ-НЕ соединены с клеммами для подключения первого и второго источников управляющих сигналов, а вход элемента НŠ— с клеммами для подключения первого источника управляющих сигналов, входы второго элемента ИЛИ через второй и третий формирователи коротких импульсов подключены к выходам соответственно первого элемента ИЛИ и элемента НЕ, входы третьего элемента ИЛИ через первый, четвертый и пятый формирователи коротких импульсов соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ-НЕ, с клеммами для подключения второго источника управляющих сигналов и с выходом элемента НЕ. выходного напряжения, обусловленное значительными паразитными емкостями относительно высокоомного делителя выходного напряжения и необходимостью среза частотной характеристики системы авторегулирования в области средних и высоких частот.

Кроме того, имеет конструктивную сложность вследствие применения большого количества транзисторов в регуляторе напряжения и разрядном ключевом элементе.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является двухуровневый высоковольтный стабилизатор-коммутатор, содержащий первый высоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого сое- динен с шиной нулевого потенциала через один из резистивных датчиков тока, второй высоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого через блок стабилитронов подключен к минусовому выходному выводу первого высоковольтного блока выпрямления, а минусовой выходной вывод через другой резистивный датчик тока — к шине нулевого потенциала, блок стабилизации высокого

113879 напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, а минусовой и плюсовой выходные выводы соответ— ственно — с плюсовым выходным выво5 дом второго высоковольтного блока выпрямления и клеммой для подключения анода ЗЛТ, блок стабилизации низкого напряжения, питающий вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого подключен к сигнальному входу широтно-импульсного модулятора, два усилителя мощности, питающие входы которых соединены с выходом блока стабилизации низкого напряжения, сигнальные входы через переключатель с выходом широтно вЂ,импульсного моду-! лятора, а выходы — с входами соответствующих высоковольтных блоков выпрямления, усилитель постоянного . тока, сигнальные входы которого подключены к выходам резистивных датчиков тока, коммутирующий вход — к клеммам для подключения источника управляющих сигналов, а выход — к управляющему входу блока стабилизации низкого напряжения, блок управления, вход которого через формирователь коротких импульсов соединен с клеммами для подключения источника управляющих сигналов, а выход — с управляющим входом широтно-импульсного модулятора 323.

Недостаток указанного устройства связан с отсутствием промежуточного стабильного уровня выходного напряжения.

Цель изобретения — получение

40 промежуточного стабильного уровня выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в высоковольтный стабилизатор-коммутатор, содержащий первый восоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, второй высоковольтный блок выпрямления, плюсовой выходной вывод которого через первый блок стабилитронов подключен к минусовому выходному .выводу первого высоковольтного блока выпрямления, блок стабилизации высокого напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, а минусовой и плюсовой выходные выводы

3 4 . соответственно — с плюсовым выходным выводом второго высоковольтного блока выпрямления и клеммой для подключения анЬда ЭЛТ, блок стабилизации низкого напряжения, вход которого соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, задающий генератор, выход которого подключен к сигнальному входу первого широтно-импульсного модулятора, первый и второй усилители мощности, питающие входы которых соединены с выходом блока стабилизации низкого напряжения, а выходы — с входами соответственно первого и втоРОГО BbICOKOBOJIbTHblX JIOKOll BbllIPHM ления, первый усилитель постоянного тока, первый формирователь- коротких импульсов, введены третий высоковольтный блок выпрямления, высоковольтный выпрямительный столб, второй блок стабилитронов, третий усилитель мощности, второй и третий широтно-импульсные модуляторы, второй и третий усилители постоянного тока, второй, третий, четвертый и пятый формирователи коротких импульсов, три импульсных усилителя, три элемента ИЛИ, элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, причем минусовой выходной вывод третьего высоковольтного блока выпрямления соединен с шиной нулевого потенциала, а плюсовой выходной вывод через второй блок стабилитронов — с минусовым выходным выводом второго высоковольтного блока выпрямления, высоковольтный выпрямительный столб анодом подключен к плюсовому выходному выводу второго высоковольтного блока выпрямления, а катодом — к плюсовому выходному выводу третьего высоковольтС „ ного блока выпрямления, питающий вход третьего усилителя мощности соединен с выходом блока стабилизации низкого напряжения, а выход о с входом третьего высоковольтного блока выпрямления, управляющий вход первого широтно-импульсного модулятора подключен к выходам первых усилителя постоянного тока и импульсного усилителя, а выход к сигнальному входу первого усилителя мощности, сигнальный вход второго широтно-импульсного модулятора соединен с выходом задающего генератора, управляющий вход — с выхода- ми вторых усилителя постоянного то1138793

10 !

20 ка и импульсного усилителя, а выход — с сигнальным входом второго усилителя мощности, сигнальный вход третьего широтно-импульсного модулятора подключен к выходу задающего генератора, управляющий вход - к выходам третьих усилителя постоянного тока и импульсного усилителя, а выход — к сигнальному входу третьего усилителя мощности, вход первого усилителя постоянного тока соединен с выходом первого элемента ИЛИ, вход второго усилителя постоянного тока — с выходом элемента НЕ, вход третьего усилителя постоянного токас выходом элемента ИЛИ-НЕ, вход первого импульсного усилителя подключен к выходу второго элемента ИЛИ, вход второго импульсного усилителя — к выходу третьего элемента ИЛИ, вход третьего импульсного усилителя к выходу первого формирователя коротких импульсов, входы первого элемента ИЛИ и элемента ИЛИ-НЕ соединены с клеммами для подключения первого и второго источников управ— ляющих сигналов, а вход элемента НЕс клеммами для подключения первого источника управляющих сигналов, входы второго элемента ИЛИ через второй и третий формирователи коротких импульсов подключены к выходам соответственно первого элемента ИЛИ и элемента HE входы третьего элемента

ИЛИ через первый, четвертый и пятый формирователи коротких импульсов соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ-НЕ, с клеммами для подключения второго источника управляющих сигналов и с выходом элемента

НЕ, На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного высоковольтного стабилизатора-коммутатора, на фиг.2 — временные диаграммы сигналов, иллюстрирующие его работу (индексы при выходных напряжениях высоковольтных блоков выпрямления соответствуют цифровым позициям блоков на фиг.1)

Устройство (фиг.1) содержит высоковольтные блоки 1-3 выпрямления, состоящие из высоковольтного трансформатора, выпрямительных столбов и конденсаторов, блоки 4 и 5 стабилитронов, блок 6 стабилизации высокого напряжения, высоковольтный выпрямительный столб 7, блок 8 стабилизации низкого напряжения, усили25

5) тели 9-11 мощности, задающий генератор 12, широтно-импульсные модуляторы 13-15, усилители 16-18 посто. янного тока, импульсные усилители

19-21, формирователи 22-26 коротких импульсов, из которых формирователи

22, 23, 25 и 26 формируют импульсы по фронту входного сигнала, а формирователь 24 — по его спаду, элементы ИЛИ 27-29, элемент ИЛИ-НЕ 30, элемент НЕ 31. На схеме показаны ЗЛТ 32, клемма 33 для подключения потенциального вывода первичного источника питания, клеммы 34 и 35 для подключения потенциальных выводов соответственно первого и второго источников управляющих сигналов0 „ H О пр2 зпрк

Плюсовой выходной вывод высоковольного блока 1 выпрямления соединен с шиной нулевого потенциала.

Плюсовой выходной вывод высоковольтного блока 2 выпрямления через блок

4 стабилитронов подключен к минусовому выходному выводу высоковольтного блока 1 выпрямления. Минусовой выходной вывод высоковольтного блока 3 выпрямления соединен с шиной нулевого потенциала, а плюсовой выход-. ной вывод через блок 5 стабилитронов — с минусовым выходным выводом высоковольтного блока 2 выпрямления. Высоковольтный выпрямительный столб 7 анодом подключен к плюсовому выходному выводу высоковольтного блока 2 выпрямления, а катодом — к плюсовому выходному выводу высоковольтного блока 3 выпрямления. Вход блока 6 стабилизации высокого напряжения соединен .с клеммами для подключения первичного источника питания. т.е. с клеммой 33 и шиной нулевого потенциала, а минусовой и плюсовой выходные выходы соответственно с плюсовым выходным выводом высоковольтного блока 2 выпрямления и клеммой для подключения анода ЭЛТ 32.

Вход блока 8 стабилизации низкого напряжения соединен с клеммами для подключения первичного источника питания, т.е.с клеммой 33 и шиной нулевого потенциала. Выход задающе. -о генератора 12 подключен к сигнальным входам широтно-импульсных модуляторов 13-15. Питающие входы усилителей 9-11 мощности соединены с выходом блока 8 стабилизации низкого напряжения, сигнальные входы — с выходами соответственно

1138793 широтно-импульсных модуляторов 1315, а выходы — с входами соответственно высоковольтных блоков 1-3 выпрямления. Управляющий вход широтно-импульсного модулятора 13 под- 5 ключен к выходам усилителя 16 постоянного тока и импульсного усилителя

19. Управляющий вход широтно-импульсного модулятора14 соединен с выходами усилителя 17 постоянного тока и импульсного усилителя 20. Управляющий вход широтно-импульсного модулятора 15 подключен к выходам усилителя 18 постоянного тока и импульсного усилителя 21. Вход усилителя 15

16 постоянного тока соединен с выходом элемента ИЛИ 27, вход усилителя 17 постоянного тока — с выходом элемента НЕ 31, вход усилителя 18 постоянного тока — с выходом эле- 20 мента ИЛИ-НЕ 30. Вход импульсного усилителя 19 подключен к выходу элемента ИЛИ 28, вход импульсного усилителя 20 — к выходу элемента ИЛИ

29, вход импульсного усилителя 21 †. 25 к выходу формирователя 22 коротких импульсов. Входы элементов ИЛИ 27 и ИЛИ-НЕ 30 соединены с клеммами для подключения первого и второго источников управляющих сигналов, т.е.щ с клеммами 34 и 35 и шиной нулевого потенциала, а вход элемента НЕ 31 с клеммами для подключения первого источника управляющих сигналов, т.е. с клеммой 34 и шиной нулевого потенциала. Входы элемента ИЛИ 28 через формирователи 23 и 24 коротких импульсов подключены к выходам соответственно элементов ИЛИ 27 и НЕ 31.

Входы элемента ИЛИ 29 через формиро- 40 ватели 22, 25 .и 26 коротких импульсов соединены соответственно с выходом элемента ИЛИ-НЕ 30, с клеммами для подключения второго источника управляющих сигналов, т.е, с клеммой 45

35 и шиной нулевого потенциала, и с выходом элемента НЕ 31.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 12 вырабаты50 вает переменное напряжение повышенной частоты (30-50 кГц) прямоугольной формы. Широтно-импульсные модулятора 13-15 не пропускают эти импульсы, если на управляющих входах отсутствуют напряжения, полностью пропускают их, когда на управляющих входах имеются импульсы от импульсных усилителей 19, 20 или 21. Усилители 16-18 постоянного тока при наличии на их входах сигналов выдают на входы модуляторов 13-15 уменьшенный ток (напряжение), в связи с чем последние в этом случае пропускают на входы усилителей 9-11 мощности узкие двухполярные импульсы. На выходе усилителей 9-11 форма напряжения повторяет форму входного. Далее импульсное напряжение индуктивностью и емкостью высоковольтного трансформатора превращается в синусоидальное с амплитудой, пропорциональной длительности импульса. Соответственно будет меняться и выходное напряжение каждого из высоковольтных блоков 1-3 выпрямления. Наличие сигнала на первом управляющем входе устройсТВВ (с клеммой 34) соответствует низкому уровню выходного напряжения

U стройства (6 кВ). Наличие сигЬЬ|к нала на втором управляющем входе (с клеммой 35) соответствует промежу точному уровню (8 кВ). Отсутствие сигналов соответствует верхнему (12 кВ) уровню (фиг.?a Б s,w,ь м н î ст) .

Напряжение на выходе элемента ИЛИ

27 показано на фиг.2 ь, и,п,у, напряжения на выходе элемента НЕ 31 — на фиг. 2 8 к, р, ф, напряжение на выходе элемента ИЛИ-НЕ 30 — на фиг. 2 е, л, х.

Наличие сигнала логической "1" на выходе элемента ИЛИ 27 соответствует наличию напряжения на выходе вы соковольтного блока 1 выпрямления, сигнала логической "1" на выходе элемента НЕ 31 — напряжение на выходе высоковольтного блока 2 выпрямления, сигнала логической "1" на выходе элемейта ИЛИ-НЕ 32 — напряжение на выходе высоковольтного блока 3 выпрямления..

При работе блока 1 выпрямления ток в высоковольтной цепи протекает от плюсового выходного вывода на шину нулевого потенциала, далее через диоды блока 3 выпрямления, блок 5 стабилитронов, диоды блока 2 выпрямления и блок 4 стабилитронов возвращается к минусовому выходному выводу. Выходное напряжение Uzz„, устройства (напряжение на ЭЛТ 32) при этом состоит из напряжения блока 6 ста- билизации высокого напряжения (8 кВ) за вычетом напряжения блока 5 стабилитронов (обычно 2 кВ), т.е. имеет место напряжения нижнего уровня.

9 1)387

Если дополнительно включить блок 2 выпрямления, то он пропустит ток по контуру выпрямительный столб 7 — блок

5 стабилитронов. При этом напряжение на ЭЛТ 32 равно промежуточному 5 уровню (8 кВ). Если выключить блок 1 выпрямлениа, а включить блок 3 выпрямления, то напряжение на ЭЛТ 32 определяется суммой напряжений на выходе блока 6 стабилизации и блока

4 стабилитронов (4 кВ) и составляет напряжение верхнего уровня (12 кВ). Ток протекает по цепи выпрямительный столб 7, блок 4 стабилитронов, диоды блока 1 выпрямления. При этом ток от блока 2 выпрямления через выпрямительный столб 7 должен быть бо ьше, чем от блока 3 выпрямления. Ток через блоки 4 и 5 стабилитронов выбирается равным минимально допустимому для выбранного типа стабилитронов. Этот ток стабилен во времени, поскольку усилители 9-11 мощности питаются от блока 8 стабилизации низкого напряже- 2 ния, а длительность импульсов с модуляторов 13-15 также стабильна.

При различных напряжениях на аноде экран ЭЛТ 32 светится различным цветом (обычно красным, зеленым и 30 желтым при промежуточном уровне)..

Переключение уровней осуществляется с частотой 30-40 Гц. В зависимости от наличия разноцветной информации соотношение длительностей уровней меняется вплоть до исчезновения одного или двух на длительное время.

Анод ЭЛТ 32 имеет емкость на землю (800-1000 пФ). Для того, чтобы перезарядить этот конденсатор на несколь-40 ко киловольт за время 5.-100 мкс, необходимы импульсы мощности, измеряемые киловаттами. Для переключения с верхнего уровня на нижний блок 1 выпрямителя при включении должен не- 4 которое время, достаточное для разряда емкости ЭЛТ 32, работать форсированно, т.е. при полностью открытом модуляторе 13, что достигается прохождением короткого импульса (150 мкс) о по цепи, состоящей из элементов 23

28 и 19. Форсированный режим на диаграммах (фиг.2) показан затемненным.

В этом режиме соответствующий блок выпрямления развивает большой ток (до 100 мА). При переключении с нижнего уровня на промежу93 1О точный форсированно должен работать при включении блок 2 выпрямления, что достигается прохождением короткого импульса по цепи, состоящей из элементов 26, 29 и 20. При переключении на верхний уровень с промежуточного в момент включения блок 3 выпрямления должен работать в форсированном режиме. Это достигается прохождением короткого импульса по цепи, состоящей из элементов 22, 21 и 15. Кроме того, чтобы выпрямительный столб 7 не запирался, одновременно в таком же режиме должен находиться и блок 2 выпрямления, что обеспечивается цепью, состоящей из элементов 22, 29 и 20 (фиг. 23, е ) .

При режиме работы с отсутствием промежуточного уровня необходимые форсированные состояния блоков выпрямления обеспечиваются указанными цепями (фиг. 2 - n ) .

При отсутствии верхнего уровня в момент переключения с промежуточного уровня на нижний необходимо форсированное состояние блока 1 выпрямления, что достигается прохождением короткого импульса по цепи, состоящей из элементов 24, 28 и 19 (фиг.2 м — р ). При отсутствии нижнего уровня при переключении на промежуточный уровень с верхнего блок 2 .выпрямления должен быть включен форсированно, иначе током блока 1 выпрямления выпрямительный столб 7 закроется и процесс переключения затянется (фиг.2 т-х ). Это достигается прохождением короткого импульса по цепи, состоящей из элементов 25, 29 и 20. Длительность импульсов формирователей 2-26 выбирается несколько большей времени, необходимого для перезаряда емкости ЭЛТ 32. После перезаряда некоторое время большой импульс тока проходит через соответствующий блок стабилитронов, осуществляющий далее стабилизацию дополнительной части напряжения данного уровня, Таким образом, в предложенном устройстве получен промежуточный стабильный коммутируемый уровень выходного напряжения, что предопределяет появление промежуточного цвета на экране

ЭЛТ 32, т . е. более четкое разделение информации разных классов.

1138793

1138793

Ьмг

Vip

Ььа

Составитель Л.Морозов

Редактор Р.Цицика Техред Л.Мартяшова Корректор H.KOPJE

Заказ 10688/37 Тираж 8б3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4