Устройство для питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республикеврйдрдтиоаиый дават Водите Маиидтрод Вод ао додда адобрдтдаайа открытийВалявко, А.А. Мозго и Б.В. Кр рудового Красного Знамени институтзики АН Белорусской ССР(54) УСТРОИСТВО ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАМП НАКАЧКИ ОПТИЧЕСКИХ КВАНТОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ нт т Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов, работающих в режиме как 5 одиночных, так и часто повторяющихся вспышек с плавной регулировкой энер гии, разряжаемой на лампу накачки.Известно устройство для регулировки энергии, разряжаемой на лампу на- т 0 качки активного тела оптических кван товых генераторов (ОКГ). Рабочая батарея конденсаторов в этом устройстве заряжается от силового выпрямителя через основное ключевое устройст во. При накоплении в батарее конде саторов требуемого количества энергии процесс зарядки прерываЕтся путем запирания основного ключевого устройства с помощью вспомогательной Ю цепи искусственной коммутации. Это приводит к низкой помехоэащищенности электронной схемы управления, сложности и низкой надежности устройства Г 1) . 25Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство пиания импульсных ламп накачки ОКГ, коорое содержит силовой выпрямитель, 30 зарядное ключевое устройство, вспомогательную цепь искусственной коммутации, зарядную индуктивность, диод,рабочую батарею конденсаторов, омический датчик тока зарядки, два квадратичных усилителя, сумматор, схемууправления и импульсную газоразрядную лампу. Зарядка рабочей батареи конденсаторов осуществляется от силовоговыпрямителя через зарядное ключевоеустройство и зарядную индуктивность.В процессе зарядки один из квадратичных усилителей, подключенный к клеммам рабочей батареи конденсаторов,выдает сигнал, пропорциональный энергии, запасенной в батарее, Второйквадратичный усилитель, подключенныйк омическому датчику тока зарядки,выдает сигнал, пропорциональный энергии, запасенной в зарядной индуктивности,Выходные напряжения обоих квадратичных усилителей складываются сумматором и поступают на электроннуюсхему управления для сравнения с эталонным напряжением. При накоплении вконтуре, состоящем иэ рабочей батареи конденсаторов, зарядной индуктивности и диода, требуемого количестваэнергии, электронная схема управлениявыдает сигнал на вспомогательную цепьискусственной коммутации для запирания зарядного ключевого устройства.После запирания последнего происходитперекачка энергии из зарядной индуктивности через диод в рабочую батарею5конденсаторов. Далее осуществляетсяподжиг импульсной газораэрядной лампынакачки и разряд на нее рабочей батареи конденсаторов. Электронная схема управления эа каждый цикл работыустройства выдает по разделенным каналам три последовательных импульса:импульс открытия зарядного ключевогоустройства 1 импульс управления вспомогательной цепи искусственной -коммутации и импульс поджига лампы. Кроме того, схема управления через квадратичный усилитель и сумматор осуществляет компарирование уровня напряженияна рабочей батарее конденсаторов 12.Недостаток такого устройства заключается в том, что регулировка уровнянакачки производится путем компарирования высокого напряжения на рабочейбатарее конденсаторов и прерывания 25больших зарядных токов, что приводитк низкой помехозащищенности высокоомных цепей квадратичногО усилителяи низкой надежности устройства,Цель изобретения - повышение помехозащищенности,и надежности устройства.Цель достигается тем, что устройство питания импульсных ламп накачки .ОКГ, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности, блокзадержки и ключевой блок, снабженоформирователем тактовых импульсов,синхронных с напряжением питающей сети, выход которого подключен к управляющему электроду ключевого бЛока и .через блок задержки к зажигающемуэлектроду лампы, причем катушка индуктивности выполнена переменной.На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -временная диаграмма работы устройства. Устройство питания импульсных ламп накачки ОКГ содержит однополупериод ный. выпрямитель 1, управляемый вентиль 2, диод 3, вариометр 4, рабочую батарею конденсаторов 5, импульсную лампу б накачки, формирователь 7 тактовых импульсов, линию 8 задержки. К 55 выходу однополупериодного выпрямителя 1 подключены параллельно рабочая батарея конденсаторов 5, импульсная лампа б и цепочка последовательно соединенных ключевого устройства и вариометра 4, Выход формирователя 7 тактовых импульсов соединен с управляющим входом управляемого вентиля 2 и входом линии 8 задержки, выход которой подключен к устройству поджига импульсной газоразрядной лампы б.65 На временной диаграмме работыустройства приведены графики изменения напряжения на выходе выпрямителя 1(см. временную ось Ц.) на выходе линии 8 задержки (ось Ц ), нарабочей батарее конденсаторов 5 (ось(импульсов (ось ЦР ,1,Однополупериодный выпрямитель 1выпрямляет. переменное напряжение,подаваемое со вторичной обмотки силового трансформатора. Рабочая батареяконденсаторов 5 служит для накопления электрической энергии и разрядаее на импульсную лампу б, которая,в свою очередь, является источникомсвета накачки активного тела ОКГ. Вариометр 4 является вспомогательнымнакопителем энергии и служит для накопления отведенной в него из рабочей,батареи конденсаторов. 5 избыточнойэнергии, а также последующего возврата энергии в батарею.Ключевое устройство состоит изуправляемого вентиля 2 и встречнопараллельного с ним диода 3 и подключает вариометр 4 к батарее конденсаторов 5. Формирователь 7 Формируетимпульсы, синхронные с напряжениемпитающей сети и слЕдующие с требуемОйчастотой повторенияЛиния 8 задержкислужит для осуществления постояннойпо времени задержки импульсов, поступающих на устройство поджига импульсной лампы б накачки, относительноимпульсов, поступающих на управляющийвход управляемого вентиля 2.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Рабочая батарея конденсаторов 5заряжается непосредственно от однополупериодного выпрямителя 1 силовойсети до амплитудного значения напряжения цо (см. ось Пбат. на фиг,2) навыходе выпрямителя. Формирователь 7тактовых импульсов вырабатывает с требуемой частотой следования импульсы,синхронные с моментом спада напряжения на выходе выпрямителя до нулевогозначения (см. моменты Со и С и осьцфор,на фиг, 2). Эти .синхроимпульсы поступают на управляющий вхонуправляемого вентиля 2 и на входлиний 8 задержки. С открытием управляемого вентиля 2 (см.первый цикл операций на Фиг. 2) начинается отвод избыточной энергии иэ рабочих батарейконденсаторов 5 в вспомогательный накопитель энергии - вариометр 4. Про- .цесс отвода энергии длится промежутоквремени ъо 8.,определяемый моментом(см.фиг.2), когда с выхода линии8 постоянной задержки запускающийимпульс поступает на устройствоподжига импульсной лампы 11 ф,о ТьаК этому времени в результате колебательного процесса, начавшегося вконтуре, рабочая батарея конденса 531472торов 5 - вариометр 4 с началом отвода энергии в вариометр, напряжениена рабочей батарее конденсаторов падает с максимальной величины Ц 0 дотребуемого значения Ц 1(см,первый.цикл операций по оси П на фиг. 2). 5В момент С происходит кратковременная вспышка, за время которой требуемое количество энергии, оставшееся в рабочей батарее конденсаторов,разряжается на лампу б накачки. Далее 10в результате колебательного процесса,происходящего в контуре, батарея конденсаторов 5 - вариометр 4, осущест-.вляется возвращение энергии из вариометра в рабочую батарею, благодаря 15чему сохраняется высокий КПД устройства. Причем первые полпериода токпротекает через управляемый вентиль 2,а вторые полпериода в обратном направлении - через диод 3. УправляемыйЮвентиль 2 запирается и может быть открыт вновь лишь при поступлении сигнала на его управляющий электрод.После дозарядки рабочей батареи от,выпрямителя до напряжения .Цц циклопераций может быть повторен (см,например, второй цикл операций с момента 0 на фиг.2).Плавная регулировка энергии, разряжаемой на.лампу накачки, осуществляется за счет изменения индуктивностивариометра 4, и как следствие этого,перестройки собственной частоты колебательного контура, образованного емкостью рабочей батареи конденсаторов 5 и индуктивностью вариометра 4. 35Два цикла этих операций, начинающиесясоответственно в моменты времени 10 и110, приведены на временной диаграммена Фиг. 2. В первом случаеиндуктивность вариометра сравнительно велика 40и эа интервал времени Г,д =11 -ънапряжение на рабочей батарее конденсаторов 5 успевает упасть от своейамплитудной величины ХГ 0 до значения 04 . Во втором случае индуктивность 45вариометра 4 уменьшена и за такойже по длительности интервал Т, =- 0 напряжение на батарее 5 к мо 1менту вспышки лампы 6 11 падает дозначения Ц (Ц 1,Однако в обоихслучаяхизбыточная энергия, предварительноотведенная в вариометр, после осуществления вспышки газоразрядной лампывозвращается в рабочую батарею конденсаторов, что позволяет сохранять: высокий КПД устройства,55В данном устройстве исключена возможность импульсных перегрузок однополупериодного выпрямителя 1, таккак зарядное напряжение после предыдущей вспышки, синхронизированной с 60напряжением питающей сети, возрастает не скачком, а от нулевого значения по синусоидальному закону, При,этом рабочая батарея конденсаторов ужечастично заряжена за счет энергии,отводимой к моменту предыдущей вспьнаки в вариометр. Это позволяет отказаться от токоограничивающих зарядных элементов (резисторов, дросселей снижающих КПД всего устройства. Вентильные элементы не испытывают перегрузок, так как участвуют, лишь в плавных колебательных процессах. Элек- тронная схема управления отличается простотой, поскольку за один цикл операций вырабатывает лишь два импульса, жестко связанных друг с другом во времени. Еомпарирования высоких напряжений с помощью высокоомных делителей и пороговых устройств не производится. Это существенно повышает помехозащищенность и надежность устройства. Применение в устройстве вариометра, формирователя тактовых синхроимпульсов и линии задержки позволяет повысить его помехоустойчивость и надежность, а также упростить конструкцию.Область применения данного устройства не ограничивается лишь питанием ОКГ. Оно может быть применено в различных процессах, требующих часто повторяющихся зарядов емкостного накопителя с последующим кратковременным мощным регулируемым разрядом его на потребитель энергии. Примерами могут быть электроискровая и импульсная электромагнитная обработка материалов, получение электрогидравлического эффекта и т.д. Формула изобретенияУстройство питания импульсных ламп накачки оптических квантовых генераторов, работающих в режиме как одиночных, так и часто повторяющихся вспышек с плавной регулировкой энергии накопителя, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности, блок задержкиключевой блок, состоящий из управляемого и неуправляемого вентилей, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и надежности, оно снабжено формирователем тактовых импульсов, синхронных с напряжением пи-. тающей сети, выход которого подключен,к управляющему электроду ключевого блока и через блок задержки к зажигающему электроду лампы, причем катушка индуктивности выполнена переменной.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Вакуленко В.М. и др, Заряд.ка емкостного накопителя от сети пе" ременного напряжения, ПТЭ, 1970, 9 5, с. 112.2. Белостоцкий Б.Р, Ьсновы лазерной техникиф, М., Советское ,радио, 1972, с. 251-252.Составитель С. ГорбачеТехред 3. Фанта к ектор С,ш аещщ аэ 2864/3 Т ЦНИИПИ Государственного к по делам изобр 113035 Москва Япианое в СССР г. жг Филиал ППП Патент тная,едактор П. Горьков аж 992 итета Со ений и о ушская н