Стабилизатор импульсного напряжения

,8010404 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН За а 05 к 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 3443066/24-0 рого подключен к аноду зарядного (22) 28.05.82 диода, дополнительный коммутирующий (46) 07.09.83. Бюл, Р 33 элемент, о т л и ч а ю щ и й с я (72) В.С.Уманский тем, что, с целью повышения точ- (53) 621.316,722.1 (08 ) ности стабилизации выходного импульс (56) 1, Авторское овид льство СССР ного напряжения в расширенном в сто- Р 769727., кл, Н 03 К 7/02, 1979, рону увеличения диапазоне частот2 АвторскОе свидетельство СССРследования импульсов с одновременным В 714626, кл. Н 03 К 7/53, 1978, , повышением надежности, в стабилиза 3, Авторское свидетельство СССР тор введены разрядный диод, раздели-541281, кл. Н 03 К 7/02, 1976. тельный диод, логический элемент ИЛИи дроссель, при этом разрядный диод (54)(57) СТАБИЛИЗАТОР ИМПУЛЬСНОГОзашунтирован резистором и включен в НАПРЯЖЕНИЯ, содержащий входные клем- : проводящем направлении между общей, мы, одна из которых, плюсовая, че- шиной и вторым выводом для подклюрез зарядный дроссель подключена к . чения нагрузки, соединенным с одйим аноду зарядного диода, катод кото" : из входов логического элемента ИЛИ, рого подключен к первому выводу ком- . второй вход которого соединен с упмутирующего элемента и выводу ос-равляющим электродом разрядного комновного емкостного накопителя вто- : мутирующего элемента и входом запус-ф рой вывод которого подсоединен к . ка стабилизатора через элемент запервому выводу для подключения на- к держкй, вторая обкладка накопительгрузки, включенный между общей ши- ного конденсатора через введенный ной и катодом зарядного диода ре-. . дроссель соединена с анодом возврат-. зистивный делитель напряжения, сред-, ного диода и с катодом разделительний вывод которого подключен к входу ного диода, анод которого соединен порогового элемента, соединенного с общей шиной, анод регулирующего выходом с управляющим . электродом :. тиристора соединен с анодом зарядно- ф регулирующего тиристора, соединенно+ го диода, а между общей шиной и ми-. го катодом с общей шиной.и с вто- нусовой клеммой силовыаи выводами рым выводом коммутирующего элемен- включен введенный дополнительный 4 ь та, накопительный конденсатор, первая коммутирующий элемент, управляющий обкладка которого соединена с мину- . вход которого через введенный разде- совой входной. клеммой, элемент за- .лительный трансформатор соединен с (,ф держки, возвратный диод, катод кото",. выходом логического элемента ИЛИ. 7 8.8 ете ВеВИзобретение 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 вСВЧ электрическом поле известны гене раторы стабильного импульсного напряжения с разрядом линии .формирования для питания, например, мощных магнетронных генераторов СВЧ,В генераторах обеспечивается возврат. избыточ ной энергии в источник питания или накопитель для повышения КПД Г 1и 2.Недостаток устройства - невысокая точность стабилизации амплитуды ц 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 стабилизацией амплитуды импульсов содержащий входные клеммы, последовательно соединенные зарядный дроссель, и зарядный диод, генератор импульсов . Генератор содержит разряд ный коммутирующий элемент, например тиратрон, зашунтированный последовательно соединенными основным емкостным накопителем энергии и нагрузкой, причем катод тиратрона соединен с общей шиной и минусом источника питания. Точка соединения анода тиратрона с накопителем является входом генератора, импульсов.50Параллельно входу генератора включен резистивный делитель напряжения, средний вывод которого невыход 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 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 черезэлемент задержки соединен с управляющим электродом регулирующего тиристора. С анодом зарядного диода соединен катод возвратного диода, анодкоторого соединен с общей, шиной.При сбоях в работе устройства задержки или при воздействии наводокможет происходить одновременное отпирание тиристоров, что вызывает потерю их управляемости, закорачиваниезарядного дросселя и вследствие этого возникновение аварийного режимакороткого замыкания источника. Тоже может произойти в случае, когдана сетку коммутирующего тиратронапоступают импульсы запуска в моменты времени, предшествующие окончанию заряда накопителя, При этомтиратрон не выключается ( теряет управляемость )после разряда линии,так как ток через него. поддерживается за счет энергии, накопленной в дросселеНа точность стабилизации импульсного напряжения влияет энергия, накопленная в индуктивности рассеяния зарядного дросселя к моментувключения регулирующего тиристора.В этих условиях в упомянутой индуктивности рассеяния возникаетперепад ЗДС самоиндукции, задерживающей запирание зарядного диодана некоторое время 1 после того,как включится дополнительный коммутирукщий тиристор, Основная обмотка зарядного дросселя в это времязашунтирована через половину дополнительной обмотки.и тиристор накопительным конденсатором. Поэтомув течение указанного промежуткавремени через индуктивность рассеяния и открытый зарядный диод происходит разряд накопителя, что ивызывает снижение точности стабилизации.Время, необходимое для передачиэнергии из накопительного конденсатора в источник питания, обусловливает снижение максимальнойчастоты, следования импульсов 3 ).Недостатки известного устройствасостоят в невысокой точности стабилизации выходного импульсного напряжения, в ограниченном диапазонечастот следования импульсов, а такжев недостаточной надежности, припотере управляемости регулирующеготиристора и/или коммутирующего элемента,Цель изобретения - повышение точности стабилизации выходного импульсного напряжения в расширенном в сторону увеличения диапазоне частотследования импульсов с одновременнымповьзаением надежности путем защитыустройства при потере управляемостирегулирующего 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 1 например, в випе линии формирования ) и нагрузка 8, ф Катод тиристора 6 соединен с общей шинойПараллельно 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 1Имеется также дополнительный коммутирующий элемент 13 в 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 ИЛИ 19 и дроссель 20.Приэтом 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 5 фиг. 2 а ) задерживается на время т 4 в элемен 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 6065 те 14 задержки и через элемент ИЛИ19 и трансформатор 21 поступает ввиде импульса Е(фиг. 2 о) на базутранзистора 13Этот транзистор от 5пираетсяи через него, источник 1питания, дроссель 3, диод 4, цепьнагрузки 8 н низкоомный резистор 17начинается резонансный заряд основного накопителя 7 при этом предполагается, что загрузка 8,например 0 магнетрон, подключена между накопителем 7 и резистором 17 через согласующий импульсный трансформатор, азадержка времени Т превышает дпительность 3 выходных импульсов 15 1 фиг. 2 Б, е). Падение напряженияЦ, (Фиг. 2 ) на резисторе 17, обра-зующееся в результате протеканиячерез него зарядного тока накопителя 7, через элемент ИЛИ 19 и тран сформатор 21 прикладывается к базекоторого подключен к входу порогового элемента, соединенного выходом суправляющим электродом регулирующеготиристора, соединенного катодом с 25 общей шиной и с вторым выводом коммутирующего элемента, накопительныйконденсатор, первая обкладка которого соединена с минусовой входнойклеммой, элемент задержки, возвратЗ 0 ный диод, катод которого подключенк аноду зарядного диода, дополнительный коммутирующий элемент, введены разрядный диод, разделительныйдиод, логический элемент ИЛИ и дроссель, при этом разрядный диод зашунЗ 5 тирован резистором и включен в проводящем направлении между общей шинойи вторым выводом для подключения нагрузки, соединенным с одним из входов логического элемента ИЛИ, второй 40 вход которого соединен с управляющимэлектродом разрядного коммутирующего элемента и с входом запуска стабилизатора через элемент задержки,вторая обкладка накопительного кон 45 денсатора через введенный дроссельсоединена с анодом возвратного диодаи с катодом разделительного диода,анод которого соединен с общей шинойанод регулирующего тиристора соеди нен с анодом зарядного диода, а между общей шиной и минусовой клеммойсиловыми выводами включен введенныйдополнительный коммутирующий элементуправляющий вход которого черезвведенный разделительный трансформатор соединен с выходом логическогоэлемента ИЛИ.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 тиристораи/или разрядного коммутирующегоэлемента путем разрыва цепи зарядаосновного накопителя по постоян-.ному току. Это обеспечивает какограничение величины тока короткогозамыкания, так и запирайие потерявших управляемость тиристоров,На фиг, 1 показана принципиальнаяэлектрическая схема стабилизатораимпульсного. напряжения; на Фиг. 2эпюры напряжений на элементах устройства.Стабилизатор (фиг, 1) содержитисточник 1 питания, зашунтированный конденсатором 2 фильтра. К плюсуисточника 1 через заряг.ый дроссель .3 подключен анод зарядного диода 4.К катоду диода 4 подключен входгенератора 5 импульсов, в составеразрядного коммутирующего элементатранзистора 13 и удерживает его воткрытом состоянии после окончанияимпульса Ез(фиг. 2 Б, в),Как только напряжение .Е на накопителе 7 в процессе заряда достигает заданного уровняЕ (фиг2)несколько меньшего, чем удвоенноенапряжение источника 1 питания,происходит срабатывание пороговогоэлемента.10 под действием сигнала,поступающего на его вход от средней точки делителя 9 напряжения.Выходньм импульсом порогового элемента 10 отпирается тиристор 11, приэтом напряжение Ена его аноде инапряжение на аноде диода 14 спадает практически до нуля (Фиг. 2 д),Благодаря этому диод 4 надежнр запирается и дальнейший заряд накопителя 7 прекращается. Напряжение Ена нем таким образом фиксируется назаданном номинальном уровне Е.,ор=сопв (фиг. 2 в). Напряжение 0.на резисторе 17 в момент отпирайиятиристора 11 обращается в нуль,что вызывает эапирание транзистора13 (фиг. 2 в), После этого от источника 1 через дроссель 3, тиристор 11диод 18 и дроссель 20 начинаетсярезонансный заряд конденсатора 12(напряжение Е 2 и ток заряда 12 фиг.2 ) . При этом энергия, запасенная виндуктивности рассеяния дросселя 3,передается в источник 1. В результате повыаается точность стабилизации напряжения Е на накопителе 7по сравнению с прототипак.После достижения максимума напряжение на конденсаторе 12 тиристор 11 запирается, так как в этотмомент ток Т 12 через конденсатор 12 стремится изменить свое направление (Фиг. 2 ). цепь заряда основного накопителя 7 оказывается, таким .образом, разомкнутой по постоянному токуфПри поступлении очередного им"пульса эапуска Гь ( фиг. 2 а ) на управляющий электрод тиристора 6 черезнего и диод 16 происходит разряд на"копителя 7 и формирование выходного10 импульса со стабильной амплитудойУе (Фиг. 2 е) на нагрузке 8,Напряжение на накопителе к концуимпульса становится равным нулю итиристор 6 запирается. Затем импульс15 запуска после задержки на время Т 4в элементе 14 через элемент ИЛИ 19 итрансформатор 21 поступает в видеимпульса Е на базу транзистора 13.Время задержки Т 4 в элементе 14 должно быть не меньшим, чем длительность7 выходного импульса на нагрузке8 (Фиг. 2 с, Г, е),Энергия, запасенная в конденсаторе 12, через дроссель 20, диод 1525 и открытый транзистор 13 передаетсяв накопитель 7 (отрицательные импульсы тока Э, фиг, 2 ъ). Практически одновременно протекает и процесс заряда накопителя 7 от источника 1 черездроссель 3, диод 4, нагрузку 8 итранзистор 13. Благодаря этому достигается расширение диапазона частотследования импульсов по сравнению с .прототипом, где процесс передачиэнергии из конденсатора 12 в источник 1 происходит после окончаниязаряда накопителя 7, а тиристор6 запускается только после оконча- ния процесса передачи энергии.При потере управляемости у тирис40 тора 6 ( например, при подаче импульса запуска в момент времени,предшествующий окончанию зарядаосновного накопителя 7 ) заряд накопителя 7 прекращается, падение напряжения на резисторе 17 обращаетсяв нуль и транзистор 13 запирается.В результате цепь заряда оказывается разомкнутой по постоянному току,ток тиристора 6 замыкается через эле5 О менты 18, 20 и 12. После окончаниязаряда конденсатора 12 тиристор 6запирается, Благодаря этому обеспечивается защита модулятора от короткого замыкания. Аналогично обеспечивается защитапри потере управляемости у тиристора 11, которая может произойти, например, под действием наводок по ,цепи его управляющего электрода, 60Таким образом, положительный тех 4нический эффект от применения предлагаемого устройства состоит в повышении точности стабилизации выход" ного импульсного напряжения с одновременным расширением диапазона. Тир Ужгород, ул. Проектная,Филиал ППП "Патент частот следования импульсов в сторр- .,ну увеличения. Одновременно с этимобеспечивается защита при потере,уп-.равляемости регулирующего и/или ком.мутирующего тиристора. При этом, вчастности, достигается повышенная стабильность мощности радиоимпульсов, генерируемых.магнетроном, кото-рый является нагрузкоймодулятора.Этим обеспечивается повышение точности поддержания температуры нагре.ва пластмассовых иэделий.