Устройство питания импульсных газоразрядных ламп

(51) М. Кл присоединением заявки Н 05 В 41/ Гссударстеениие комет Сеаета Мвистроа ССС ее делан азобретенмй н открытей(46) Дата опублико ия описания 05.05,7 2) Авторы изобретен рылов и А. А. Моз Валявкб, Б,ена Трудового Красного Знам АН Белорусской ССР(71) Заявите титут физ УСТРОЙСТВО ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ЛАМП Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использованодля питания импульсной лампы, в частностилампы накачки оптического квантового генератора, работаюшей в режиме как одиночных,так и часто повторяюшихся вспышек, с плавной регулировкой энергии, разряжаемой налампу,Известно устройство для питания импульсных газоразрядных ламп с плавной регули 1 Оровкой энергии, разряжаемой на импульснуюлампу, основанное на заряде рабочей батареи конденсаторов с последующим разрядомее на лампу. Устройство состоит из источника постоянного напряжения, управляемых Иключевых .блоков, зарядного дросселя, рабочей батареи конденсаторов, разрядногодросселя, импульсной газоразрядной лампыи электронной схемы управления 111, Закаждый цикл работы схема управлендя вылает по различным выходным цепям сериюиз четырех разделенных во времени сигналов для управления ключевыми блоками, атакже обеспечивает поджиг импульсной газоразрядной лампы. Описанное устройство 25 осушествляет питание импульсной газоразрядной лампы напряжением неизменной полярности, Но в таком устройстве однополярпость разрядных импульсов тока вызывает интенсивный износ импульспой газоразрядной лампы, неравномерный нагрев ее электродов и снижение допустимой средней мош ности рассеяния.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является устройство питания импульоных газоразрядных ламп, содержашее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности и ключевой блок, состоящий из тиристора и встречно-параллельно соединенного с ним диода 2 . Однако в таком устройстве происходит интенсивный износ импульсной газоразрядной лампы, а кроме того, неудовлетворителен тепловой режим работы импульсной лампы, вызванный более сильным нагревом одного из ее электродов,Цель изобретения - обеспечение автоматического чередования полярности напряжения, прикладываемого к импульсной газо3разрядной лампе во время последовательныхвсггып 1 ек, увеличение срока службы 11 л, пульсной газоразрядной лампы и улучшени теплового режима работы импульсной гозоразрядной лал.пы за счет равномерного нагре 5ва ее электродов,Эта цель достигается тем, что устройство питания импульсных газоразрядных лампснабжено подключенными к цепи питанияимпупьсной лампы компараторами положитепьного и отрицательного уровня, которые через схемы совпадения и блок зажиганияподключены к зажигаоцгему электроду лалгпы.и делителем частоты, выход которого подкгцочен к управляюцгему электроду ключевого блока и через триггер - к схемам совпадения.На фиг. 1 показана схема предлагаеллогоустройства; на фиг, 2 - временная Д 11 ограмма работы устройства, отражающая характер 2 Оизменения напряжения в различных узлахустройства.Устройство состоит из однополупериодного выпрямителя 1, подключенных параллельнок нему ключевого устройства тиристор 2 25и диод 3), катушки 4 индуктивности, рабочей батареи конденсаторов 5, импульсной газоразрядной пампы 6; а также из компараторов 7 и 8 соответственно положительногоотрицательного уровней, которые своимивходами связаны с рабочей батареей конденсаторов 5, а выходами соединень 1 с импульсными входами схем 9 и 10 совпадения, йзустройства 11 поджига импульсной лампы6, из блока, задающего частоту всгьгшек,и синхронизированного с напряжением питающей сети делителя 12 частоты, связанногосвоим выходом с управляюшим электродомтиристора 2 и счетным входом триггера 13,который своими выходными цепями связан4 Ос потенциалгыми входами схем 9 и 10совпадения. На фиг. 2 приведены време 1 нь 1 е диаграммы работы устройства: изменение нвлряже 15ния на выходе выпрямителч 1 (см. Врелленную ось 3 ), на выходе блока делите-.выпр.ля 12 частоты осьЧ , на выходе схем9 и 10 совпадения (оси Ои 11, с ., ),Ща также на рабочей батарее конденсаторов(ось О, . ),Однополупериодный выпрямитель 1 служит дляВЫпрямления переменного напряжения подаваемого с вторичной сбмотки силоБвого трансформатора, не показанного на схеме. Рабочая батарея конденсаторов 5 служит для накопления электрической энергиии разряда ее на импульсную газоразряднуюлампу 6, которая, В свою очередь, является источником света накачки активного те. -ла Оптического квантового генератора Катушка 4 индуктивпости служит для изменения полярности напряжения на батарее конденсаторов 5, а также для накопления ОтВеденной В нее из рабочей батареи конденсаторов 5 избыточной энергии и последуютего возврата этой энергии в батарею, Емкость батареи конденсаторов 5 и Велггчинаиндуктивности подобраны таким образом, чторезонагсная частота контура 4-5 приблизительно равна удвоенной частоте питающейсети. Управляемый тиристор 2 и диод 3 служит для соеди 1 ения катушки индуктивностис рабочей батареей. Схемы совпадения слулгат для передачи сигналов с компараторов7 и 8 на устройство 11 поджига. Компаратор 7 положительного уровня выдает сигналпри снюкении напряжения положительной полярности на батарее конденсаторов 5 дотребуемого значения. Компаратор 8 отрицательного уроВня Выдает сигнал при сниженииабсолютной величины отрицательного напряжения на батарее конденсаторов 5 до требуелгого значения,Делитель 12 частоты Выдает но входтиристора 2 и триггера 13 импульсы с требуемой частотой следования, синхронные смоментом спада напряжения но выходе выпрямителя 1 до нулевого значения. Триггер13 служит для поочередного Вкл 10 чения схем9 и 10 совпадения.Устройство работает следуюшим образом,Рабочая батарея конденсаторов 5 заряджается непосредственно от Однополупериодного выпрямителя 1 до амплитудного значения1 апрякения + Бо слл, ось 3 . на фиг. 2)на Выходе ВыпрямителЯ. Делитель 12 частоты Вырабатывает с требуемой частстойповторения импульсы, сичхронные с моментолл спада напряжения на Выходе Выпрямителя 1 до нулевого значения. Зти импульсыпоступагот на управляющий электрод тирис-.тора 2 и на счетный вход триггера 13. Соткрытием тиристора 2 в момент г атолл,фиг. 2 ) В колебательном контуре, образоВанном емкостью рабочей батареи конденсаторов 5 и индуктивностыо катушки 4, начинается колебательный процесс, в результате которого избыточная энергия из батареиконденсаторов 5 ОтВОдптся В катушку 4 ие 1 дуктивности. Триггер 13 с момента т., через свои потенциальные выходы разрешаетпрохождение сигнала на устройство 11 юджига через одну из схем совпадепгя, ипример через схему 9. При снижении напряжения на рабочей батарее конденсаторов 5в моллент Едо требуемого значения +,."компаратор 7 положительного уровпя выдаетилптульс, пОступающий через Открыту 10 схему 9 совпаде 11 ия на устройство поджига им546249 5иульсной палпы 6. В иптервапе Е -Е происходит короткая вспьнпка (для сети частотой 50 Гц, длительность вспышки т. -Ъ-16 Ю С ), за время которой оставшееся в рабочей батарее конденсаторов 5 требуемое количество энергии разряжается нв импульсную газоразрядную лампу 6. При этом полярность приложенного к лампе 6 напрюкения соответствует первоначальной полярности заряда батареи конденсаторов 5 и ука."ана на фиг, 1 беэ скобок.В результате колебательного процесса, протекающего в контуре 4-5, избыточная энергия возвращается назад в батарею кон-денсаторов 5, что обеспечивает высокий КПД устройства, При этом в первый полу- период колебательного процесса ток протекает через тиристор 2, а во втором полу- периоде - в обратном направлении через диод 3 тиристор же 2 запирается. После доэарядки рабочей батареи конденсаторов 5 от выпрямителя до значения напряжения + УО устройство готово к осуществлению Второй вспышки. В момент 1сигнал с выхода делителя 12 частоты поступает на управляющий электрод тиристора 2 и счетный ход триггера 13, Триггер 13 переходит в другое устойчивое положение, подает разрешаюгций сигнал на потеьшизльеый ВхОд 3 схе,:ы 10 совпадения и запрещающий сигнал нв потенциалыый вход схемьг 9 совпадения, Тиристор 2 открывается, и в колебательном контуре 4-5 начинается очеред ной цикл колебательного процесса. При снижении напряжения на рабочей батарее конденсаторов в момент 1 до уровня + Вкомпаратор положительного уровня, как и в первом случае, выдает сигнал, который не проходит через схему 9 совпадения, закрытую по чотенццяльноь 4 у Входу. Вспы 1 Б ки импульсной пампы 6 в момент 1 не происходит, колебателыый процесс в контуре, Образованном емкостью рабочей батареи45 конденсаторов 5 и индуктивцостью катуш ки 4, продолжается без изменений. Рабочая батарея конденсаторов 5 к моменту -Е 4 полностью перезаряжается до нап 50 ряжепгя - 1 ХО (1 - ЦО . + ЫО, если для простоты изложения активными потерями пренебречь), Далее начинается переход энергии из батареи В катушку ипдуктивности. При снижении абсолютного значения отрицательного напряжения на рабочей батарее конденсаторов 5 в момент т.5 до тре- буемог О значения - О( 1 -Ц 1 = + О 1 компвратор отрицательного уровня еь;ивет импульс, который через открытую схему 10 совпадения поступает на устройство 6поджига импульсной лампы 6, Как и в первом случае, происходит короткая есшяшкалвмгы, за время которой оставшееся е батарее конденсаторов 5 требуемое количсство энергии разряжается нв импульснуюлампу 6, Однако на этот раз полярность напряжения, приложенного к импульсной лампе6, обратна полярности первоначального заряда батареи конденсаторов 5 и указана нафиг. 1 в скобках. После вспышки избыточная энергия, отведенная в катушку 4 ипдуктивности, в результате протекающего е контуре 4-5 колебательного процесса возвращается в рабочую батарею конденсаторов 5,5 что обеспечивает высокий КПЙ устройства.После дозврядки рабочей батареи конденсаторов 5 от выпрямителя 1 до амплитудногозначения напракения + 0 1 устройство готово к новому циклу операций,20 Таким образом создаются условия, прикоторых в серии последовательных вспышекполярность напряжения, прикладыввемого кимпульсной лампе 6 во времени вспышек,автоматически чередуется,Плавная регулировка энергии, рвзряжаемой на импульсную лампу, Осуществляетсясоответствующей перестройкой уровня компарнрования, Регулировка частоты следования вспышек осуществляется перестройкойделителя 12 частоты.После каждой вспышки избыточная энергия; отведенная предварительно в катушкуиндуктивности, не рассеивается безвозврвтНО, а возврашаетсч в рабочую батарег когьденсвторов 5. Благодаря этому обеспечивается высокий КПП, устройства.В устройстве исключена возможностьимпульсных перегрузок однополупериодноговыпрямителя 1, твк как заряшюе напряжение после предыдущей вспышки плавно возрастает от нглевого значения по синусоидальному закону. При этом рабочая батареяконденсаторов 5 уже частично заряжена засчет энергии, отводимой к моменту предыдущей вспышки в катушку 4 индуктивности,Это позволяет отказаться от токоограничиваюших зарядных элементов (резисторов,дросселей), снижающих КПД всего устройства. Тиристор 2 и диод 3 также не испытывают перегрузок поскольку участвуют вплавных колебательных процессах.Электронная схема управления отличается простотой, наличием лишь двух выходных цепей управления, Для осушестыжиияодной вспышки схема управления выдает. лишь два управляющих импульса. Все этосушественно повышает надежность устройства.Применение в устройстве компаг 1 аторовположительного и отрицательного уровней,двух схем совпадения и триггера позволяетобеспечить автоматическое чередование полярности напряжения, лрикладываемого кимпульсной лампе во время последовательных вспышек, увеличить срок службы лампы,улучшить тепловой режим работы и повыситьдопустимую среднюю мощность рассеяния импульсной газоразридной лампы,формула изобретения Устройство питания импульсных газораз рядных лам:, в частности ламп накачки оптического квантового генератора, работак. шего в режиме как одиночных, танк и часто повторяющихся вспышек с плавной регулиров-,5 кой энергии, разряжаемой на импульсную лампу, содержащее однополупериодный выпрямитель, рабочую батарею конденсаторов, катушку индуктивности и ключевой блок, состоящий из тыристора и встречно-параллелно соединенного с ннм диода, о т л ич а ю ш е е с я тем, что, с целью автоматического чередования полярности напряжения, прикладываемого к импульсной лампе,увеличения срока ее службы, улучшения теплового режима работы, устройство снабжено подключенными к цепи питания импульсной лампы компараторами положительногои отрицательного уровня, которые черезсхемы совпадения и блок зажигания подключены к зажигаюшему электроду лампы, иделителем частоты, выход которого подключен к управляюшему электроду ключевогоблока и через триггер - к схемам совпадения,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР54 С 249 Составитель С, Горбачеваедактор Е. Месропова Техред 3, фанта Корректо 1 ебола Подписное 992 ов СССР Минис арс ии 113035, Мос в гвч гг1 ПП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная лФ уФГ И ш3 Ф ЙЧ аказ 2 БЗО/41 ЦНИИПИ Госуд венного комитета Совет делам изобретений и отк Ж, Раун:ская наб д