Генератор прямоугольных импульсов

(51) М, Кл. Н 03 К 3/53 ееударстееииый комитет СССР ио делам иэооретеиий и открытийДата опубликования описания 26.05.82(54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМ ПУЛ ЬСОВИзобретение относится к импульснои технике, в частности к генераторам прямоугольных импульсов, преимущественно большой мощности, с частичным разрядом емкостного. накопителя энергии через ключевой элемент ( тиратрон, тиристор), коммутирующий ток в нагрузку. Генератор может найти широкоеприменение в промышленных и в исследовательских установках (ускорителях заряженных частиц, квантовых генераторах, установках для термоядерных исследований и т, и.) 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, включенный между анодом первого ключа иобшей шиной 1 1 ,Недостатками данных генераторов являются большие перенапряжения, возникающие на конденсаторе и, как следствиеэтого; значительные затраты энергии навыключение первого ключа.Известен генератор прямоугольныхимпульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выво 1 Одом с обшей шиной, другим выводом через дроссель - с анодом первого ключа,катод которого через нагрузку соединенс обшей шиной, а управляющий электрод - с входом блока регулируемой за 15держки, второй ключ, катод которого.соединен с обшей шиной, анод черезпервый конденсатор - с анодом первогоключа, а управляющий электрод - с вы 20ходом блока регулируемой задержки, источник постоянного напряжения, подклю-ченный через первый резистор параллельно первьму конденсатору, положительнымполюсом к аноду второго ключа, третийключ, соединенный катодом с обшей ши-ной, анодом через второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с анодом первого ключа, а управляющим электродом - с выходом источника пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющими электродами первого и третьего ключа 2В указанном генераторе третий ключ и второй конденсатор служат для умень щения длительности фронта импульса, а второй ключ и первый конденсатор - для выключения первого ключа, При этомвторой конденсатор заряжается до напряжения накопителя, а первый кодненсатор - до 15 напряжения, более чем вдвое превышающего напряжение на накопителе и воздействуюшего на первый ключ в прямом направлении.Однако в паузах между импульсами, формируемыми в нагрузке, энергии второго и первого конденсаторов, пропорпиональные квадратам напряжений на них, рассеиваются, соответственно, во втором и первом резисторах, сушественно снижая тем самым КПД генератора. Целью изобретения является увеличение КПД генератора и снижение перенапряжений, воздействующих на первый30 ключ.Для этой цели в генератор прямоугольных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выводом с обпей шиной, другим выводом - с началом обмотки дросселя, ко 35 нец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с обшей шиной, 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 управляюшим электродом с источником пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляюшими электродами первого и третьего ключей, дополнительно введены диод и вторая обмотка дросселя, с числом витков меньшим, чем у50 первой обмотки, причем анод диода через резистор соединен с обшей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с обшей шиной, анод третьего ключа соединен с55 анодом первого ключа, а к точке соединения катода третьего ключа с катодом диода подсоединено начало второй обмотки 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 управляюшим электродом к выходу блока 6, регулируемой задержки, конденсатор 9, шунтированный резистором 10 и диодом 11, третий ключ 12, источник 13 пусковых импульсов, линию 14 задержки.Генератор работает следуюшим образом.Первым от источника 13 включается ключ 12 и начинается зарядка конденсатора 9 через первую обмотку 3 дросселя 2 от накопителя 1, заряженного до напряжения Е. Через время, равное 1 = =О,5 И ГСС. где Ь - индуктивность обмотки 3 дросселя 2; С - емкость конденсатора 9, когда напряжение на конденсаторе 9 достигнет величины Е , на управляюший электрод ключа 5 поступает пусковой импульс источника 13, задержанный линией 14 задержки на время и включает ключ 5. При выполнении условия - : Я Н, где К - ве 3 сличина 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 прекрашается и ключ 12 выключается. Через время, равное требуемой длительности импульса, в нагрузке 7 и устанавливаемое с помошью блока 6, включается ключ 8 и через него и вторую обмотку 4 дросселя 2 начинается разряд конденсатора 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 клоче 5 образуется обратное напряжение, вызывающее его выключение. В процессе разряда конденсатора 9 его энергия переходит в энергию магнитного поля дросселя 2. После полного разряда конденсатора 9 начинается его перезарядка с обратной полярностью напряжения, которое снимается9306 аз 3512/80 Тираж 954 Подписное НИИ Ужгород, ул. 11 роектная, "4 филиал нт цепью: резистор 10, диод 11, и, такимобразом, энергия дросселя рассеиваетсяв резисторе 10. Чем меньше величинасопротивления этого резистора, тем меньше напряжение обратной полярности возникает на конденсаторе 9, которое трансформируется в обмотку 3 дросселя 2 и,складываясь с напряжением накопителя,воздействует на ключ 5 в прямом направлении, К началу следующего цикла работы генератора конденсатор 9 полностьюразряжен.В известном генераторе перенапряжения могут достигать 3 -3,5 Е, в предложенном же генераторе, как показывают 11расчеты, они могут не превышать 1,1 Е,т. е. практически отсутствовать. В мощных генераторах, выполненных по схемеизвестного, КПД получается не более80%; в аналогичном генераторе, выполненном 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 обшей шиной, а управляющим электродом - с вхо 03 Бдом блока регулируемой задержки, второйключ, соединенный катодом с общей шиной, а управляющим электродом - с выходом блока регулируемой задержки,конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управляюшим электродом с источником пусковых импульсов, линию задержки, включенную между управляющимиэлектродами первого и третьего ключей,о т л и ч а ю ш и й с я тем, что,сцелью уменьшения перенапряжений напервом ключе и повышения КПД генератора, в него дополнительно введены диоди вторая обмотка дросселя с числомвитков меньшим, чем у первой обмотки,анод введенного диода через резисторсоединен с общей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и черезконденсатор - с обшей шиной, анод третьего ключа соединен с анодом первогоключа, а к точке соединения третьегоключа с катодом диода присоединено начало второй обмотки дросселя, конецкоторой соединен с анодом второго ключа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бутаков Л, Д. Исследование иразработка мощных генераторов милли- .секундной длительности. Дис. на соиск,уч. степени, Томск, 1967, с. 19-24,2. Авторское свидетельство СССР541269, кл. Н 03 К 3/53, 1975