Формирователь управляющих импульсов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК 8 К 5/ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОПИСА У СВИДЕТЕЛЪСТВ иво СССР1979 л ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт ядерной геофизикии геохимии(56) 1. Головацкий В.А, Устройстводля заряда накопительных конденсатос постоянньм током, потребляемым отсети, Электронная техника в автоматке. Сб. статей. Под ред. Конева Ю.ЛВып, 10, 1978, с. 139-144. М., "Советское радио",2. Авторское свидетельстУ 668453, кл. С 01 7 5/00,(54)(57) 1. ФОРМИРОВАТЕЛЬ УПРАВЛЯЮЦИХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий источникпостоянного напряжения, подключенный через ограничительный элемент кнакопительному конденсатору, которыйподключен через низковольтный коммутатор к первичной обмотке повышающего трансформатора, вторичная обмот.ка которого подсоединена через диодк зарядному конденсатору и высоковольтному коммутатору, управляющийвход которого соединен с шиной поджига, о т л и ч а ю щ и й с я тем, .что, с целью повышения коэффициентаполезного действия, в него введеныдополнительная обмотка повышающеготрансформатора, формирователь задержанных импульсов, две цепи обратной связи, делитель частоты сэлементом задержки на выходе и тактовыи генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, при этом одна из цепей обратной связи . содержит блок принудительного размыкания, первый вход которого соединен с дополнительной обмоткой повышающего трансформатора, а второй вход - с выходом тактового генератора, выход соединен с первым управляющим входом низковольтного коммутатора, другая цепь обратной связи включена между дополнительной обмоткой повышающего трансформатора и вторым входом низковольтного коммутатора и содержит последовательно соединенные элемент сравнения, второй вход которого соеди-нен через генератор опорного напряжения с шиной управления, первый триггер и элемент совпадения, второй вход которого подключен к выходу тактового С генератора, а второй вход первого триггера подключен к выходу элемента задержки, а выход первого триггера соединен с третьим входом блока принудительного разиыкания, причем вход Формирователя задержанного импульса подключен к выходу элемента за- , Сф держки, а выход подключен к ши- М не поджига.Феей 2. Формирователь по и. 1, о т 4 ьичающийсятем, чсрвнего введено устройство блокировки, содержащее второй триггер и формирователь регулируемой задержки, вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход соединен с первым входом второго триггера, второй вход, которого подключен к выходу формирователя регулируемой задержки, а выход второго триггера соединен с четвертым входом блока принудительного размыФрмиров;т; пь по и. 1, о т л и ю щ н йя 1 ем, что блок принульного разны кан 1 я содержит после тельно соединенные интегратор, регулируемой задержки, третий гер, второй элемент совпадения и ч ади тс Лова блок триг камнят ре т ьим входом первогс 1 псмен - с 1 в паде 1 я .у с и Г ис. л ь Фо р м 1 с 1 в а т с. л ь Фикси рова нн)и задс ржки, между вторым входом блэ тельного размыкания и в третьего триггера, прии третий входы второго дений являются третьим входами блока принудите кания. а также блокс 1 одключенный ка принудиторым входомем второйэлемента совпаи четвертымльного размьИзобретение о сносится к устройствам ядерной геофизики и предназначено, в частности, для генерирования управляющего напряжения для питания скважинных ускорителей, например нейтронных трубок в скважинных генераторах нейтронов (СГН ).Известен Формирователь, содержащий регулируемый преобразователь низкого постоянного напряжения в высокое на основе силового трансформатора, широтно-импульсный модулятор, и цепь обратной связи по току, обеспечивающую постоянный ток заряда конденсатора 1 115Однако в известном устройстве работа преобразователя с большим динамическим диапазоном изменения коэффициента заполнения широтноимпульсного модулятора создает нерегулярный характер перемагничивания сердечника силового трансформатора, цто может приводить к глубокому кратковременному одностороннему насыщению сердечника трансформатора и выходу силовых транзисторов из строя. Так как вторичная обмотка трансформатора содержит большое число витков, то габариты скважинного прибора неоправданно увелицены.30Наиболее близким по технической сущности и по выполняемой функции является формирователь, который содержит истоцник постоянногО напряжения, подключенный через ограничительный элемент к накопительному конденсатору, который подключен через низковольт. ный коммутатор к первичной обмотке повышающего трансформатора, вторицная обмотка которого подсоединена через диод к зарядному конденсатору и высо 40 ковольтнс 1) коммутатору, управляющий вход которого соединен с шиной поджига. В описанном формирователе для запуска нейтронной трубки использована схема управляющего (изменяющегося по заданному закону / напряжения с целью управления потоком нейтронов из мишени нейтронной трубки. Схема питания включает в себя высоковольтный коммутатор, зарядный конденсатор, трансформатор и схему регулирования зарядного напряжения, которая, в свою оцередь, состоит из источника постоянного напряжения, подключенного через ограничительный элемент ( резистор или дроссель ) к накопительному конденсатору низковольтного коммутирующе го элемента и трансформатора, Такаясхема питания, управляющая поджигом нейтронной трубки, позволяет регулировать мощность потока нейтронного генератора в зависимости от временного расстояния между маркерным импульсом ( подаваемым на низковольтный коммутатор ) и импульсом поджига ( на высоковольтный коммутатор ), Эта схема наиболее проста и надежна ( 2 1К недостаткам формирователя следует отнести низкий КПД, Это обусловлено тем, цто вся энергия, необходимая для заряда накопительного конден- сатора до необходимого уров;я, сосредотоцена в одном мощном импульсе, Вследствие этого имеют место значительные потери в коммутаторе, коммутирующем большие уровни тока в первичной обмотке трансформатора, а также потери в меди трансформатора.Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия,Поставленная цель достигается тем, что в Формирователь управляющих импульсов, содержащий и:точник постоян3 101821 ного напряжения, подключенный через ограничительный элемент к накопительному конденсатору, который подключен через низковольтный коммутатор к первичной обмотке повышающего трансформа тора, вторичная обмотка которого подсоединена через диод к зарядному конденсатору и высоковольтному коммутатору, управляющий вход которого соединен с шиной поджига, введены допоЛ д нительная обмотка повышающего транс- форматора, формирователь задержанных импульсов, две цепи обратной связи, делитель частоты с элементом задержки на выходе и тактовый генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, при этом одна из цепей обратной связи содержит блок принудительного размыкания, первый вход которого соединен с дополнительной обмоткой повышающего трансформатора, а второй вход - с выходом . тактового генератора, выход соединен с первым управляющим входом низковольтного коммутатора, другая цепь обратной связи включена между дополнительной обмоткой повышающего трансформатора и вторым входом низковольтного коммутатора и содержит последовательно соединенные элемент сравнения, второй вход которого соединен через генератор опорного напряжения с шиной управления первый триггер и эле.мент совпадения, второй вход которого подключен к выходу тактового генератора, а второй вход первого триггера подключен к выходу элемента задержки, а выход первого триггера соединен с третьим входом блока принудитель" ного размыкания, причем вход формирователя задержанного импульса подао ключен к выходу элемента задержки, а выход подслючен к шине поджига.Для достижения поставленной цели в формирователь управляоцих им 45 пульсов введено устройство блокиров,ки, содержащее второй триггер, формирователь регулируемой задержки, вход которого соединен с выходом элемента задержки, а выход соединен50 с первым входом второго триггера, второй вход которого подключен к выходу формирователя регулируемой задержки, а выход второго триггера соединен с четвертым входом блока принудительного размыкания и третьим вхо. 55 дом первого элемента совпадения.Блок принудительного размыкания содержит последовательно соединенные интегратор, блок регулируемой задери.чки, третий триггер, второи элементсовпадений и усилитель-формирователь,а также блок фиксированной задержки,подключенный между вторым входомблока принудительного размыкания ивторым входом третьего триггера, причем второй и третий входы второгоэлемента совпадений являются третьими четвертым входами блока принудительного размыкания,На фиг. 1 приведена схема формирователя управляющего напряжения дляпитания скважинного генератора нейтронов, на фиг, 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу схемы.Источник мощного управляющего напряжения изменяющегося по заданномузакону) выполнен на основе известНогосхемного решения и включает в себя источник 1 постоянного напряжения, ограничительный элемент 2, накопительныйконденсатор 3, демпфирующий диогнизковольтный коммутатор 5, повышающийтрансформатор 6, первичная обмоткакоторого подключена в цепь конденсатора 3, а вторичная - в цепь зарядачерез диод 7, высоковольтный коммутатор 8, соединенный через зарядныйконденсатор 9 с первичной обмоткойимпульсного трансформатора излучателя нейтроновна фиг. 1 выделен штриховой линией ) или другой импульснойнагрузкой.Собственно излучатель состоит извысоковольтного импульсного транс- фформатора 10, дросселя 11, конденсатора 12, ускорительной нейтронной трубки 13 и резистора 14, служащего длясоздания падения напряжения, используемого для подавления вторичных электронов из мишени и защитного дросселя 15, через который заряжается конденсатор 12 и который вместе с дросселем 11 образует импульсный делительнапряжения для поджига нейтроннойтрубки 13.Источник мощного управляющего напряжения охвачен двумя цепями обратной связи, управляемыми тактовымгенератором 16 с делителем 17 и элементом 18 задержки. В первую цепь обратной связи включен блок принудительного размыкания, состоящий из интегратора 19 на который подается сигнал с дополнительной обмотки трансформатора 6 ), последовательно соединенного с блоком 20 регулируемой задержки, который, в свою очередь, 5 1018; управляет работой триггера 21, триг- гер 21 соединен также с блоком 22 фиксированной задержки. С выхода триггера 21 сигнал через элемент 23 совпадений и усилитель-формирователь 21 поступает на низковольтный коммутатор 5.Вторая цепь обратной связи включена между дополнительной обмоткой повышающего трансформатора и вторым 10 входом низковольтного коммутатора и содержит генератор 25 опорного напряжения, элемент 26 сравнения, осуществляющий сравнение по амплитуде импульсов, поступающих с дополнительной 15 обмотки трансформатора 6 с опорным напряжением генератора 25, а также триггер 27 (первый триггер ), управляющий работой элементов 23 и 28 совпадения. 20Кроме того, введены формирователь 29 регулируемой задержки и триггер 30 ( второй триггер ), формирующий сигнал запрета прохождения импульсов через элементы 23 и 28 на коммутатор, 25 5, усилитель-формирователь 2 ч на время переходного процесса перезаряда конденсатора 9 после срабатывания коммутатора 8 по импульсу, формируемому формирователем 31 задержанных импульсов с задержкой, определяемой элементом 18, Частота следования маркерных импульсов на коммутатор 8 задается делителем 17 и тактовым генератором 16. Интегратор 19, блок 20, триггер 21, блок 22, элемент 23 совпадения, усилитель 2 функционально объединены и составляют блок 32 принудительного размыкания, Формирователь 29 и второй триггер 30 образуют устройство блокировкиФормирователь работает следующимобразом.Источник 1 постоянного напряжениячерез ограничительный элемент 2 заряжает накопительный конденсатор 3,При замыкании низковольтного коммутатора 5 конденсатор 3 начинает разряжаться через первичную обмотку трансформатора 6,Отправным моментом, характернымдля ограничительной части схемы, является регулирование выходного напряжения в зависимости от интервала времени между импульсами, поступающими55на высоковольтный и низковольтныйкоммутаторы. Введение тактового генератора импульсов обеспечивает дискретностьуправления выходным напряжением данного источника, которое в первомприближении пропорционально числуимпульсов тактового генератора 16.Выбором тактовой частоты существено большей частоты запуска и соответствующим подбором величины емкости накопительного конденсатора 3 сучетом величины паразитных параметроэлектрической цепи осуществляетсядискретизация процесса заряда конденсатора 9, а также уменьшение единичной порции заряда, за счет чегодостигается существенное уменьшениепотерь в кабеле.Введение дополнительной обмоткитрансформатора 6 позволяет вестиконтроль напряжения вторичной обмотки трансформатора 6 и сравнение егос заданным параметром регулирования,9для чего в устройство введены генератор 25 опорного напряжения и элемент26 сравнения. Таким образом, осуществлен переход к автоматически управляемому коммутатору,Импульс замыкания коммутатора 5формируется тактовым генератором 16,а временные интервалы поступленияформируются первым элементом 28,триггером 27 и формирователем 29,Напряжение на вторичной обмоткетрансформатора 6 в начальный периодвремени изменяется по осинусоидальному закону, Форма напряжения дляслучая достижения предельного выходного значения проиллюстрированана фиг, 2, В этом случае заряда конденсатора 9 не происходит, диод 7 немешает холостому процессу, Колебательный характер процесса обусловленинвуктивностью рассеяния и паразитнои емкостью, которые имеются в реальном трансформаторе. Из-за наличияпотерь колебения, будут затухающими.Гсли бы не было потерь в сердечникетрансформатора 6, то Форма тока впервичной цепи имела бы вид, показанный пунктирной линией, и в моменткогда напряжение достигло бм своегомаксимального значения, ток обратился бы в нуль, Наличие потерь приводит к запаздыванию тока, что приводик значительным потерям энергии вкоммутаторе 5, а кроме того, максимальное напряжение на накопительном конденсаторе 9 не достигаетв конце цикла заряда удвоенногонапряжения,Другое состояние схемы - когдазарядный конденсатор 9 полностью7 10182разряжен и через диод 7 протекаетток заряда. форма напряжения навыходе трансформатора 6 близка кпоказанной на фиг. 2 с той лишьразницей, что интервал времениС,1 - С определяется суммой емкостй зарядного конденсатора 9 и паразитной емкости трансформатора, итой же индуктивностью рассеяния,Чтобы устранить потери энергии 10из-за дополнительного открыванияключа при наличии потерь в трансформаторенеобходимо в момент времени,характеризующийся изменением знакапроизводной напряжения на противоположный, принудительно запереть коммугатор 5. Для этой цели служит цепьобратной связи, состоящая из интегратора 19, блока 20 регулируемой задержки, триггера 21, элемента 23, годополнительной обмотки трансформатора 6 и усилителя-формирователя 24.Напряжение на концах дополнительнойобмотки повторяет выходное напряжение ( по форме ). С помощью интегратора 19,блока 20, триггера 21 максимум этого импульса напряжения сдвигается таким образом, что на выходецепи находится импульс, сдвинутыйотносительно импульса напряжения,Величина этого сдвига и длительностьимпульса меняется в зависимости отамплитуды приходящего импульса так,цтобы длительность импульса и задержка уменьшались.После размыкания цепи коммутато 35ра 5 энергия, накопленная в трансФорматоре б, быстро рассасываетсячерез демпфирующий диод 4, и трансФорматор готов к приходу следующегоимпульса.На фиг. 2 показан момент, когдазаряд накопительного конденсатора3 приближается к завершению, а напряжение колебаний достигает величины удвоенного напряжения вторичной М обмотки трансформатора 6. При разряженной емкости размах свободных колебаний, естественно, меньше, и помере заряда возрастает с каждым следующим импульсом. 50Для стабилизации уровня напряженияна накопительном конденсаторе 3 служит вторая цепь обратной связи. Сигнал второй цепи обратной связи снимается с той .же дополнительной обмотки трансформатора 6. Амплитуда свободных колебаний соответствует уровню заря.да накопительного конденсатора. Эта амплитуда сравнивается в элементе 26 с опорным напряжением генератора 25 и при выравнивании этих напряжений элемент 26 формирует сигнал, подаваемый на триггер 27, запрещающий приход следующего импульса отпирания коммутатора 5 и усилителя 24 через элементы 28 и 23 Таким образом, процесс заряда прекращается и устройство начинает вновь работать только после полного или частичного разряда накопительного конденсатора 3 на нагрузку. Тот Факт, что устройство не потребляет энергии на холостом ходукогда конденсатор заряжен, дополнительно увеличивает КПД устройства.В течение времени, необходимого для перезаряда конденсатора 9, им-. пульсы от тактового генератора 16 не должны поступать на коммутатор 5 и усилитель-Формирователь 24. Для этого предназначено устройство 23 блокировки, состоящее из триггера 30, управляемого Формирователем 29.Цепь, состоящая из элемента 18 и формирователя 31 задержанных импульсов управления коммутатором 8 необходима для нормальной работы демпфирующего диода 4, коммутатора 5 и усилителя 24 в предельном режиме работы, когда опорный сигнал выше максимального сигнала на дополнительной обмотке трансформатора 6, а число ступенек равно коэффициенту деления делителя 17.Стабилизация выходного напряжения производится путем сравнения выходного напряжения с опорным. Число ступенек, необходимых для заряда накопительного конденсатора до заданного уровня при выбранном коэффициенте трансформации трансформатора 6 зависит от величины емкости накопительного конденсатора 3. Таким образом можно получить требуемую точность установки выходного напряжения путем варьирования величины входной емкости. Соответствие выходного напряжения числу тактовых импульсов дает возможность управлять выходным напряжением с помощью программного счетчика числа ступеней, который можно включить вместо элемента сравнения 26 для управления триггером 27, Этот триггер открывает элементы 23 и 28 на время, равное числу тактовых импульсов, задаваемых программным счетчиком.Удается уменьшить размеры трансФорматора за счет повышенной частоты преобразования и за счет удвоения напряжения путем использования колебательного процесса в паразитных колебательных контурах реального транс- Форматора, КПД увеличивается за счет того, что преобразование осуществляется при повышенной частоте и суммар. ная энергия, необходимая для заряда накопительного конденсатора, тоансФормируется по частям, а также за счет цепи обратной связи, которая осуществляет своевременное размыкание низковольтного коммутатора и те", самым устраняет потери из-за запаздывания тока. Дополнительным преимуществом такого устройства являетсято, что не предьявляется высоких требований к паразитным параметрам силового трансформатора, посколькуудвоение напряжения возможно именнопри их наличии. Применение предлагаемого источника управляющего напряжения наиболее эФФективно именно вскважинной радиометрической аппаратуре, где предьявляются жесткие требования как к массо-габаритным показателям., так и к потребляемым мощностям,. что связано с работой на кабельпротяженнос.тью несколько километров игермальными условиями работы аппаратуры в скважине.Область применения не ограничивается нуждами ядерной геоФизики.1018214 еа=Е Составитель Л, Колосковедактор М. Парфенова Техред Л.Пекарь Корректор С.Шекм ППП "Патен Проектная,ил Ужгор Заказ 3559/52 ВНИИПИ по де 113035