Устройство для питания импульсной нагрузки

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнх Соцнаннстнчесннх Республик(23) Приоритет Н 03 К 3/53 Государственный комитет СССР яо делам изобретений н открытий54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ИМПУЛЬСНОЙНАГРУЗКИ Изобретен ие относ итс я к импульсной технике и преимущественно может быть использовано для питания различных импульсных нагрузок при колебательном разряде накопительных конденсаторов на сопротивление импульсной нагрузки.Известны устройства для питания импульсной нагрузки, содержащие источник питания, блок заряда, накопительную конденсаторную батарею, ключевой элемент и нагрузку 11.В таких устройствах, если нагрузка содержит индуктивность, достаточную для возникновения колебательного разряда, происходит переполюсовка накопительных конденсаторов, что сокращает их срок службы и исключает применение в качестве накопительных конденсаторов полярных электролитических конденсаторов, характеризуемых боль шой удельной энергией.Наиболее близко к предлагаемому устройство для питания, импульсной нагрузки, выполненное по каскадной схеме умножения напряжения и содержащее 25 источник питания, блок заряда и накопительных конденсаторов равной емкости с развяэывающими разрядными элементами, и накопительных конденсаторов разной емкости и иразрядных 3 О ключевых элементов, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, и нагрузку, подключенную одним выводом к одной из обладок первого накопительного конденсатора 2).Недостатком этого устройства является то, что в нем, если .нагрузка содержит индуктивность, достаточную для возникновения колебательного разряда, происходит переполюсовка накопительных конденсаторов, что сокращает их срок службы и исключает применение в качестве накопительных конденсаторов полярных накопительных конденсаторов, характеризуемых малыми удельными объемом, массой и стоимостью. Кроме того, в нем сравнительн велика длительность разрядного импульса.Целью изобретения является уменьше ние удельного объема массы и стоимости устройства и сокращение длительности разрядного импульса.Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания импульсной нагрузки, выполненное по каскадной схемеумножения напряжения, содержащее источник питания, блок заряда и ,накопительных конденсаторов равнойемкости с развязывающими разряднымиэлементами, и накопительных конденсаторов равной емкости и иразрядных ключевых элементов, подключенныхмежду разноименными обкладками двухсмежных накопительных конденсаторов,и нагрузку, подключенную одним выводом к одной из обкладок первого накопительного конденсатора, снабженодополнительным конденсатором, подключенным одной обкладкой к свободному овыводу нагрузки, а другой через и-ныйразрядный ключевой элемент - к однойиз обкладок и-ного накопительногоконденсатора, и шунтирующей его ячейкой из соединенных последовательногасящего резистора и ключевого элементта, при этом число накопительныхконденсаторов и емкость дополнительного конденсатора выбраны из условияисключения переполюсовки накопительных конденсаторов при их колебательном разряде на нагрузку.На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для питания импульсной нагрузки; на фиг.2 представлен возможный вариант 25 выполнения схемы устройства для питания импульсной нагрузки; на фиг.З представлены зависимости относительных Разрядных напряжений на одномиз накопительных конденсаторов П/Чри дополнительном конденсаторе Б/ЧЫот угла ж 1 в градусах при числе накопительных конденсаторов п=4.Устройство для питания импульсной нагрузки (фиг.1) содержит источник питания 1, соединенный с ним блок заряда 2, п накопительных конденсаторов равной емкости 3, подсоединенных к блоку заряда параллельно или квазипараллельно через не показанные на схеме развязывающие разрядные эле менты, и разрядных ключевых элементов 4, включенных между разноименными обкладками соседних накопительных конденсаторов: нагрузку 5, состоящую из резистора б и индуктивности 7, и дополнительный конденсатор 8, зашун-. тированный ячейкой из соединенных последовательно гасящего резистора 9 и ключевого элемента 10.При этом число накопительных конденсаторов 3 и емкость дополнительного конденсатора 8 выбраны изусловия исключения переполюсовки накопитель" ных конденсаторов 3 при их колебательном разряде на импульсную нагрузку 5.Вариант устройства для питания импульсной нагрузки (фиг.2) выполненный по схеме каскадного умножителя напряжения Аркадьева-Маркса, содержит источник питания 11 и связанный с ним блок заряда 12, состоящий из 40 одного или двух зарядных токоограничивающих линейных дросселей 13, ключевого элемента 14 для подключения источника питания и 2 (и) развязывающих безжелезных дросселей 15, индуктив ность которых много меньше индуктивности зарядных токоограничивающих линейных дросеелей 13, и накопительных конденсаторов 1 б равной емкости, подключенных к источнику питания через зарядные токоограничивающие линейные дроссели 13 и 2 (и) развязывающих безжелезных дросселей 15. При этом первый накопительный конденсатор подсоединен к источнику питания через ключевой элемент 14 и один или два зарядных токоограничивающих линейных дросселя 13; обкладки первого накопительного конденсатора соединены с обкладками второго через два развязывающих безжелезных дросселя 15, установленных как в прямой, таки в обратной цепях; обкладки второго накопительного конденсатора соединены с обкладками третьего также через два дросселя 15 и разрядных ключевых элементов 17, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, дополнительный конденсатор 18, зашунтированный ячейкой из гасящего резистора 19 и ключевого элемента 20 и подсоединенный через и-ный ключ 17 и нагрузку 21, состоящую из резистора 22 и индуктивности 24, к выходу схемы каскадного умно- жителя напряжения Аркадьева-Маркса.Работает предлагаемое устройство следующим образом (фиг.1)При подключении источника питания 1 к блоку заряда 2 последний через зарядные и развязывающие элементы заряжает все подсоединенные параллельно к блоку заряда накопительные конденсаторы 3 до напряжения Ч,ц каждый, близкого к напряжению источника питания. Нужный закон изменения тока заряда от времени, например, для заряда неизменной мощностью, обеспечивает блок заряда 2 через. свои зарядные элементы. При необходимости разрядить конденсаторы 3 на нагрузку 5 замыкаются разрядные ключевые элемен" ты 4, и все конденсаторы 3 соединяются последовательно друг с другом и. через дополнительный конденсатор 8 - с нагрузкой 5, состоящей из резистора. б и индуктивности 7. В начальный момент времени разряда при Ф=О напряжение на сопротивлении нагрузки Ч=УЧ . Относительное напряжение иа любом иэ конденсаторов 3 0/Ч в зависимости от времени разрядаизменяется по закону."д%аф,цп(щО, И где Ч - напряжение иа накопительномконденсаторе 3 в началеразряда, равное напряжениюна нем в конце его заряда; .и - число накопительных конденсаторов в каскадной схемеумножения напряжения;С, и С - емкости одного накопительного и дополнительного конденсаторов соответственно;параметр затухания (гактивное сопротивление, а Ь - индуктивность цепи разряда); й=г ( 21 ) предельная круговая частота; собственнаякруговая часта разряднойцепи./д. получается усло полюсовки накопи Ров при их колеба активно-индуктив узку 5Ю 0: огсЬ щ Из выражения (1 вие исключения пер тельных кондевсато тельном разряде на ную импульсную наг пои Уе(афЧЯсОюю е 1 "щое р ш+Ч 0) сс;Ф х парам и 1 о лижений ных конпи- сатоиз которого можно при заданныметрах схемы х, Ьк С )еОюметодом последовательных прибопределить число и.накопительденсаторов и относительную емкость дополнительного конденсатора Сд/С;, при которых исключается переполюсовка накопительных конденсаторов. Здесь С- С;/и - эквивалентная емкость и накопйтельных конденсаторов, равная емкости при их последовательном соединении.Можно показать, что при выполнении условия (2) исключается и переполюсовка дополнительного конденсатора 8 при колебательном разряде накопительных конденсаторов на активно-индуктивную нагрузку 5.Устранение переполюсовки нано тельных и дополнительного кондея ров позволяет при обычном их исполнении увеличить срок службы конденсаторов или применять в качестве накопи тельных и дополнительного конденсаторов полярные электролитические конден ааторы, характеризуемые существенно меньшими удельными объемом, массой и стоимостью, чем обычные импульсные конденсаторы, Кроме того, включение в разрядную цепь последовательно с нагрузкой 5 дополнительного конденсатора 8 позволяет в (и+С/С )/и раз уменьшить длительность разрядного импульса по сравнению с прототипом.В конце разряда накопительных конденсаторов на импульсную нагрузку (при времени ) на любом из накопи- . тельных конденсаторов остается напря" жение Ч;/Ч; 0(С, /С) / ( и+С/С 4 ), и при последующем заряде накопительных конденсаторов они будут подзаряжаться от этого напряжения Ч; до напряжения Ч .О Рмула изобретения Устройство для питания импульсной нагрузки, выполненное по каскацной схеме умножения напряжения и содержа-. щее источник питания, блок заряда и накопительных конденсаторов равной емкости с развязывающими разрядными элементами, и накопительных конденсаторов равной емкости и иразрядных ключевых элементов, подключенных между разноименными обкладками двух смежных накопительных конденсаторов, и нагрузку, подключенную одним выводом к одной из обкладок первого на- копительного конденсатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюуменьшения его удельных объема, массы и стоимости и сокращения длительности разрядного импульса, оно снабжено дополнительным конденсатором, подключенным одной обкладкой к свободному выводу нагрузки, а другой через и"ный разрядный ключевой элемент - к одной из обкладок и-ного накопительного конденсатора, и шунтирующей его ячейкой из соединенныхпоследовательно гасящего резистора и ключевого элемента, при этом число накопительных конденсаторов и емкость О 5 Прн разряде накопительных конденсаторов на импульсную нагрузку дополнительный конденсатор заряжается напряжением обратной полярности по отношению к полярности накопительныхконденсаторов. При времени С это 5 напряжение Ч/Ч;Чис; /С) / (и+С;/Сд) 1По окончанип разряда накопительныхконденсаторов ключевой элемент 10замыкается, и следует апериодическийразряд дополнительного конденсатора О 8 от напряжения Ч практически донуля, который занимает часть временипоследующего подзаряда накопительныхконденсаторов. С учетом изложенногопредельный КПД разряда накопительных 5 конденсаторов 3 на нагрузку 5мС; Сддодйм +1 С С,ь,Расчеты показыэают, что при числе20 накопительных конденсаторов в каскадной схеме умножения напряжения предложенного устройства и=4 и С;= Сисключается переполюсовка накопительных и дополнительного конденсаторов5 и в качестве их можно пРименить полярные электролитические конденсаторы прн питании следующих импульсныхнагрузок: импульсных электродинамических ускорителей плазмы; импульсных газоразрядных ламп накачки ОКГ,последовательно в разрядную цепьпитания которых для предотвращенияих выхода из строя включены дроссели; разрядных камер импульсных газовых лазеров и других импульсных на" .грузок.деполнительного конденсатора выбраваиэ условия исключения переполюсовкийакопительных конденсаторов при ихколебательном разряде на нагрузку. Источники инФормации,.принятые во внимание при экспертизе 1, Колесников П.М. Электродинамнческое ускорение плазмою. М., йтомиздат, 1971, с.198-199.2. Фрюнгель ф. Импульсная техника, Генерирование и. применение разрядов конденсаторов . М."Л., фЭнергияф, 1965, с.116 1 прототип).879754 и(эц, иЮъо Юие. 5 Составитель В.ЧорбаТехред Е.Харитончик Корректор оши тор Т.Федото Подписное каз 9740/28ВНИИПИ Государс по делам иэобре113035, Москва, Ж Тираж 991венного комитетатений н открытий35, Раушскан наб