Коммутируемый высоковольтный источник питания

Союз Советских Социалистических Реслублик(22) Заявлено 05.05.76 (21) 2355628/07с присоединением заявки Мв(23) ПриоритетОпубликовано 15.09.77. Бюллетень МвДата опубликования описания 08.09.7 05 Г 1/ Государственный комитет авета Министров СССРло делам изобретений 53) УДК 621.316.722.1. Н. Ефремов, Т. И, Егорова и В, Д, Сусло 71) Заявитель 4) КОММУТИРУЕМЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯфиг. 2 мы уд ла; на Предлагаемый коммутируемый высоковольтный источник питания предназначен для использования в радиотехнических установках различного назначения, в частности, в индикаторных устройствах с цветными ЭЛТ типа Репе 1 гоп.Известны коммутируемые высоковольтные источники питания, которые обладают недостаточным быстродействием при переключении высокого напряжения 1.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является коммутируемый высоковольтный источник питания, стабилизированный постоянным напряжением, содержащий основной стабилизатор высокого напряжения, выполненный в виде преобразователя напряжения, подключенного к входным выводам через низковольтный стабилизатор напряжения, измерительный орган которого соединен с выходом основного стабилизатора, два дополнительных питающих узла с питающими трансформаторами, подключенные к выходу указанного преобразователя напряжения и выполненные по схеме удвоения напряжения, причем выходы питающих узлов включены последовательно с выходом основного стабилизатора и шунтированы це:очками из включенных последовательно резистора и диода 2.Недостатками известного источника являются малое быстродействие, невозможность получения на выходе дополнительного источника биполярного напряжения и циклическая смена цветов.5 Целью изобретения является повышениебыстродействия и надежности устройства.Поставленная цель достигается тем, что вкаждый из дополнительных питающих узлов введен дополнительный питающий трансфор матор, первичная обмотка которого подключена к выходу преобразователя напряжения, вторичная обмотка крайними выводами подключена к выводам вентилей соответствующей схемы удвоения, средним выводом через 5 вторичную обмотку соответствующего питающего трансформатора подключена к общему зажиму двух конденсаторов, подключенных последовательно к выходу соответствующего питающего узла, при этом между другими вы водами указанных конденсаторов и вентилями схем удвоения введены дроссели, а каждый из вентилей выполнен в виде встречно- параллельно включенных цепей, состоящих из последовательно включенных диода и ти ристора, управляющий электрод которого подключен к программному устройству.На фиг. 1 изображена блок-схема; на- принципиальная схема вентиля схевоения дополнительного питающего уз фиг. 3 - принципиальная схема одной3из ячеек, образующих основной высоковольтный источник; на фиг, 4 - временные диаграммы, поясняющие работу коммутируемого высоковольтного источника питания.Устройство содержит основной стабилизатор 1 высокого напряжения, два одинаковых дополнительных питающих узла 2, 3, последовательно соединенных с основным стабилизатором 1, активно-емкостную нагрузку 4, 5 на выходе устройства и цепь обратной связи, состоящую из подключенного параллельно выходу основного стабилизатора 1 резистивного делителя напряжения 6, 7 и низковольтного стабилизатора 8 постоянного напряжения, На один вход стабилизатора 8 постоянного напряжения подается напряжение питания устройства, а на другой - сигнал обратной связи с движка переменного резистора делителя напряжения 7. Выход стабилизатора 8 связан со входом преобразователя 9 напряжения, с выхода которого по сигналу с программного устройства 10, также подаваемому на вход преобразователя 9, импульсы напряжения высокой частоты подаются в первичные обмотки трансформаторов дополнительных питающих узлов 2 и 3.Каждый дополнительный питающий узел 2, 3 выполнен по схеме удвоения напряжения (схема Латура) и содержит питающий трансформатор 11, один конец вторичной обмотки которого соединен с конденсаторами 12, 13, Другие концы конденсаторов 12, 13 соответственно через дроссели 14, 15 соединены с вентилями 16, 17. Вентили 16, 17 другими концами соединены соответственно с концами Ь и д вторичной двухсекционной обмотки дополнительного трансформатора 18, средней точкой с, соединенной с другим концом вторичной обмотки питающего трансформатора 11. Выход дополнительного питающего узла 2, 3 шунтирован последовательно соединенными резистором 19 и диодом 20.Вентили 16, 17 схемы удвоения (фиг. 2) образованы двумя последовательными цепочками из включенных в одном направлении диода 21, 22 и тиристора 23, 24. К поджигающему электроду тиристора 23, 24 соответственно через ограничительный резистор 25, 26 подключена вторичная обмотка трансформатора 27, 28 для питания поджигающего электрода. Цепочки соединены между собой в точке 29 противоположными электродами тиристоров 23 и 24. Другие концы 30 и 31 цепочек подключены к концам Ь и д вторичной двухсекционной обмотки дополнительного трансформатора 18, причем с концом Ь обмотки соединены конец 30 вентиля 16 и конец 31 вентиля 16, а с концом д обмотки соединены конец 31 вентиля и конец 30 вентиля 17.Основной стабилизатор 1 высокого напряжения образован последовательным соединением четырех выпрямительных ячеек 32 - 35 (фиг. 3), Все ячейки выполнены одинаково по схеме удвоения напряжения каждая, В качестве питающих обмоток трансформаторов вданных выпрямительных схемах используютсядополнительные вторичные обмотки питающих трансформаторов 11 и дополнительных5 трансформаторов 18 дополнительных питающих узлов 2 и 3.На фиг. 4 изображены временные диаграммы, с помощью которых можно объяснить работу устройства, где1 О 36 - напряжение на основной вторичной обмотке питающего трансформатора 11;37 - напряжение на секции Ьс вторичнойобмотки дополнительного трансформатора 18 (фиг. 1);38 - напряжение на секции сй вторичнойобмотки дополнительного трансформатора 18;39 - напряжение в точках аЬ дополнительного питающего узла;40 - напряжение в точках ад дополнительного питающего узла;41 - напряжение на вторичной обмоткетрансформатора 27 вентиля 16;42 - напряжение на вторичной обмотке трансформатора 28 вентиля 16;43 - напряженис на вторичной обмотке трансформатора 27 вентиля 17;44 - напряжение на вторичной обмоткетрансформатора 28 вентиля 17;45 - напряжение на выходе дополнительно 1 опитающего узла,Принцип действия устройства заключаетсяв следующем.Поскольку основной стабилизатор высокогоЗ 5 напряжения 1 и два дополнительных питающих узла 2 и 3 соединены последовательно,то Выходное напряжение Свы = 71+ 2+ УЗ,где У 1 - напряжение па выходе основногостабилизатора 1;4 О С/2 в напряжение на выходе дополнительного питающего узла 2;У 2 - напряжение на выходе дополнительного питающего узла 3;Если 1.72=1.7,=-(-2 кв, а У,=12 кв, то,включая дополнительные питающие узлы 2 и3 согласно, встречно или разнополярно с основным стабилизатором 1, можно получитьна выходе устройства три значения напряжения:1) 12+2+2=16 (кв) - зеленый цвет;2) 12+2 - 2=12 (кв) - желтый цвет;3) 12 - 2 - 2=8 (кв) - красный цвет.В предлагаемом устройстве можно менятьуровень высокого напряжения, а следователь 55 но, и цвет свечения экрана ЭЛТ с одного надругой в любой последовательности.Рассмотрим принцип получения биполярного напряжения на выходе одного из дополнительных питающих узлов 2, 3 (фиг. 1) повременным диаграммам (фиг. 4).Пусть в момент времени 10 по сигналу спрограммного устройства 10 с выхода преобразователя 9 напряжение в виде повторяющихся с большой частотой импульсов подает 65 ся на трансформаторы 11 и 18, на вторичныхобмотках которых появятся равные по величине напряжения 36, 37, 38 (полярность без скобок). Одновременно на поджигающие электроды тиристора 23 вентиля 16 и тиристора 24 вентиля 17 подаются соответственно импульсы 41 и 44 той же частоты с трансформаторов 27 вентиля 16 и 28 вентиля 17. В псрвый полупериод, т, е. в момент времени о - 1 ь конденсатор 12 заряжается через цепочку 30 - 29 вентиля 16, так как тиристор 23 открыт и дроссель 14 до суммарного напряжения (полярность без скобок) основной вторичной обмотки трансформатора 11 и секции Ьс вторичной обмотки трансформатора 18 (полярность без скобок). Напряжение 39 в точках схемы аЬ, как и напряжение на конденсаторе 12, равно двойному напряжению основной вторичной обмотки питающего трансформатора 11, так как напряжения основной вторичной обмотки дополнительного трансформатора 11 и секции Ьс вторичной двух- секционной обмотки трансформатора 18 равны и однонаправлены. Напряжение 40 в точках аЫ схемы равно нулю, так как напряжение вторичной обмотки трансформатора 11 и секции с 0 вторичной обмотки дополнительного трансформатора 18 равны и противоположны по знаку, а вентиль 17 закрыт, Напряжение на конденсаторе 11 отсутствует.Во второй полупериод, т, е. в момент времени 11 в Ь, напряжение на вторичных обмотках трансформаторов 11, 18, 27 вентиля 16 и 28 вентиля 17 меняют знак (полярность в скобках), Конденсатор 13 заряжается через дроссель 15 и цепочку 29 - 31 вентиля 17 (тиристор 24 вентиля 17 открыт) до суммарного напряжения основной вторичной обмотки трансформатора 11 и секции Ьс двухсекционной вторичной обмотки трансформатора 18 той же полярностью, что и конденсатор 12 (полярность без скобок). Вентиль 16 закрыт.Конденсаторы 12 и 13 оказываются соединенными последовательно по отношению к нагрузке, и выпрямленное напряжение 45 на выходе дополнительного питающего узла (полярность без скобок) будет равно сумме напряжений на конденсаторах 12 и 13.При этом тиристор 24 вентиля 16 и тири- стор 23 вентиля 17, не участвующие в формировании выходного напряжения данной полярности, находятся в облегченном электрическом режиме за счет введения в схему дополнительного питающего узла дополнительного трансформатора 18. К этим тиристорам прикладывается только напряжение одного из конденсаторов, а напряжение основной вторичной обмотки трансформатора 11 компенсируется напряжением встречно включенной секции са вторичной двухсекционной обмотки дополнительного трансформатора 18. За счет этого повышается надежность всего усто ойства.Для получения на выходе дополнительного питающего узла напряжения обратной полярности необходимо перезарядить конденсаторы 12 и 13. Для этого в момент времени 1 з - 1.; на поджигающие электроды тиристора 24 вентиля 16 и тиристора 23 вентиля 17 подаются в одинаковой фазе импульсы напряжения 42 и5 43 с соответствующих тиристорам трансформаторов. На поджигаюгцие элсктроды тиристора 23 вентиля 16 и тиристора 24 вентиля 17 напряжение не подается, Образуется колебательный контур ЛС, в котором электриче.ская энергия конденсаторов 12, 13 преобразу.ется в магнитную энергию дросселей 14, 15 и обратно. Конденсаторы 12, 13 перезаряжают.ся напряжением обратной полярности (полярность в скобках) по цепи, содержащей дроссель 14, цепочку 29 - 31 вентиля 16, цепочку 30 - 29 вентиля 17 и дроссель 15. На этом переходный процесс заканчивается, так как диоды 22 и 21 соответственно вентилей 16 и 17 не пропускают ток обратной поляп ности, а типистоп 24 вентиля 16 и типистоп23 вентиля 17 закпыты, Впемя пепсхолного процесса, определяющее время переключения высокого напряжения устпойства, мало и оппеделяется резонансной частотой контура.В момент времени 6, на поджигаюгцие электооды тиристора 24 вентиля 16 и тиоистора 23 вентиля 17 подаются соответственно импульсы напряжения 42, 43. Напряжение на питающем трансформаторе 11 меняет фазу З 0 на противоположную (полярность в скобках)по отношению к дополнительномл тп а не Жооматору 18. Тогда в моменты времени 1, - 15 и б - е конденсаторы 12 и 13 дозапяжаются до амплитуды выходного напряжения дополни тельного питающего узла, компенсиплтя поиэтом потери напряжения в контуре Е,С при смене поляпности.Управляющие импульсы напряжения подаются на оба дополнительных питающих узла 40 одновременно.Таким образом, время переключения выходного напряжения устройства определяется временем переходного процесса при пепеключении полярности биполярных дополнитель ных питающих узлов, а также впеменем, необходимым для компенсапии потеоь при переключении, и составляет 10 - 15 мксек.Изменение фазы напряжения питающеготрансформатора 11 по отношению к наппяже нию дополнительного трансформатора 18 припереключении полярности чополнительных узлов 2 и 3 пе влияет на выходное напряжение основного стабилизатора 1, образованное суммой выпрямленных наппяженпй дополни тельных вторичных обмоток трансформаторов11 и 18 обоих дополнительных питающих узлов 2 и 3, так как выпоямление напряжения каждой дополнительной втопичной обмотки происходит с помощью двухфазной выпрями тельной схемы удвоения напряжения (фиг, 3).При работе коммутируемого высоковольтного источника на понижение напряжения, в зависимости от требуемого значения высокого напряжения на выходе, один или оба до 65 полнительных питающих узла 2 и 3 включа.ются навстречу основному стабилизатору 1. При этом ток нагрузки будет заряжать емкости дополнительных питающих узлов 2 и 3, повышая напряжение на них. Чтобы исключить это, выходы дополнительных питающих узлов 2 и 3 шунтированы каждый последовательно соединенными резистором 19 и диодом 20, которые рассчитаны на ток, прсвышаюгций максимальный ток нагрузки.Стабилизация выходного напряжения на нагрузке устройства обеспечивается цепью обратной связи, напряжение которой с резистивного делителя напряжения 6, 7, подключенного параллельно выходу основного стабилизатора 1, подается на стабилизатор напряжения 8.Таким образом, использование предлагаемого устройства обеспечивает увеличение быстродействия переключения высокого напряжения и надежности по сравнению с известными,Формула изобретенияКоммутируемый высоковольтный источник питания, стабилизированный постоянным напряжением, содержащий основной стабилизатор высокого напряжения, выполненный в виде преобразователя напряжения, подключенного к входным выводам через низковольтный стабилизатор напряжения, измерительный орган которого соединен с выходом основного стабилизатора, два дополнитечьных питающих узла с питающими трансформаторами, подключенные к выходу указанного преооразователя напряжения и выполненные по схеме удвоения напряжения, причем выходы питающих узлов включены последователь но с выходом основного стабилизатора и шунтированы цепочками из включенных последовательно резистора и диода, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, в каждый из дополни тельных питающих узлов введен дополнительный питающий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к выходу преобразователя напряжения, вторичная обмотка крайними выводами подключена к выводам 15 вентилей соответствующей схемы удвоения,средним выводом через вторичную обмотку соответствующего питающего трансформатора подключена к общему зажиму двух конденсаторов, подключенных последовательно к 20 выходу соответствующего питающего узла,при этом между другими выводами указанных конденсаторов и вентилями схем удвоения введены дроссели, а каждый из вентилей выполнен в виде встречно-параллельно вклю ченных цепей, состоящих из госледовательновк,поченных диода и тиристора, , правляющий электрод которого подключен к программному устройству.Источники инфопмации, принятые 30 во вниманис при экспертизе1. Авторское свидетельство463229,кл. Н 031( 3/53, 1974.2, Патент Франции2158585, кл. Н 031400, 1973.572769 Зб Составит орбач ехред М. Семено аказ 1985 Тираж 1109митета Совета Министров ССретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Г 10 ипография, пр. Сапунова,актор Н. Белявская Изд,741 ударственного к по делам изо 3035, Москва, Ж