RU2575166C2 - Power supply source for magnetron - Google Patents
Power supply source for magnetron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575166C2 RU2575166C2 RU2013102265/07A RU2013102265A RU2575166C2 RU 2575166 C2 RU2575166 C2 RU 2575166C2 RU 2013102265/07 A RU2013102265/07 A RU 2013102265/07A RU 2013102265 A RU2013102265 A RU 2013102265A RU 2575166 C2 RU2575166 C2 RU 2575166C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- converter
- power
- current
- magnetron
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001965 increased Effects 0.000 claims description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к источнику питания для магнетрона, в частности, но не исключительно, для использования с магнетроном, питающим лампу.The present invention relates to a power source for a magnetron, in particular, but not exclusively, for use with a magnetron supplying a lamp.
Известно, что магнетроны могут изменять режим неожиданно, то есть они могут неожиданно прекращать генерировать на одной частоте и начинать генерировать на другой. В таких условиях они могут демонстрировать отрицательное полное сопротивление. Это может приводить к разрушительно высокому току. По этой причине известно, что источники питания постоянного/регулируемого напряжения для магнетронов не подходят; для их питания обычно используются источники питания постоянного/регулируемого тока.It is known that magnetrons can change the mode unexpectedly, that is, they can suddenly stop generating at one frequency and start generating at another. Under such conditions, they may exhibit negative impedance. This can lead to destructively high current. For this reason, it is known that DC / DC voltage sources for magnetrons are not suitable; DC / DC power supplies are usually used to power them.
Анодные напряжения в магнетронах являются высокими и измерения и анодного напряжения, и анодного тока являются сложными.The anode voltages in magnetrons are high and measuring both the anode voltage and the anode current are complex.
В предыдущем источнике питания, изобретенном настоящим изобретателем, измерение и напряжения, подаваемого на преобразователь в источнике питания магнетрона, и тока через преобразователь использовалось вместе с микрокомпьютером, чтобы в реальном режиме обеспечивать управление питанием, подаваемым на магнетрон. Микрокомпьютер был запрограммирован вычислять:In the previous power source invented by the present inventor, the measurement of both the voltage supplied to the converter in the magnetron power source and the current through the converter were used together with the microcomputer to provide real-time control of the power supplied to the magnetron. The microcomputer has been programmed to calculate:
1. Потребляемую мощность,1. Power consumption
2. Отличие от желаемой мощности и2. The difference from the desired power and
3. Различие между различием по мощности и измеренным током.3. The difference between the difference in power and the measured current.
Этот второй разностный сигнал использовался, чтобы управлять преобразователем. Следует отметить, что эти три шага выполнялись программным обеспечением. Неожиданно этот источник питания по-прежнему страдал от некоторой нестабильности, вызывая ощутимое мерцание света, производимого лампой, питаемой его магнетроном.This second difference signal was used to control the converter. It should be noted that these three steps were performed by software. Suddenly, this power source still suffered from some instability, causing a noticeable flicker of the light produced by the lamp fed by its magnetron.
Теперь опыт показал, что глаз является чрезвычайно чувствительным к мерцанию света в плазменной лампе, питаемой от магнетрона. Теперь стало ясно, что ограниченная скорость и разрешение нагрузочной способности микропроцессора усугубляли воспринимаемое мерцание. Кроме того, два из входных сигналов микропроцессора, а именно напряжение, прикладываемое к преобразователю, и ток, проводимый через преобразователь, склонны к зашумлению, и считается, что умножение двух зашумленных сигналов вносило свой вклад в неустойчивость.Experience has now shown that the eye is extremely sensitive to flickering light in a plasma lamp powered by a magnetron. Now it has become clear that the limited speed and resolution of the load capacity of the microprocessor exacerbated perceived flicker. In addition, two of the input signals of the microprocessor, namely the voltage applied to the converter and the current conducted through the converter, are prone to noise, and it is believed that the multiplication of two noisy signals contributed to the instability.
Простая фильтрация шума из микропроцессора неприемлемо уменьшает время реакции схемы управления и вносит вклад в неустойчивость, принимая во внимание, что может требоваться быстрая реакция на изменившиеся состояния магнетрона. Соответственно, требовался новый подход.Simple filtering of noise from a microprocessor unacceptably reduces the response time of the control circuit and contributes to instability, given that a quick response to changing magnetron states may be required. Accordingly, a new approach was required.
Целью настоящего изобретения является предоставить усовершенствованный источник питания для магнетрона.An object of the present invention is to provide an improved power source for a magnetron.
В соответствии с изобретением предоставляется источник питания для магнетрона, содержащий:In accordance with the invention, a power source for a magnetron is provided, comprising:
• источник постоянного напряжения;• constant voltage source;
• преобразователь для увеличения выходного напряжения источника постоянного напряжения имеет:• a converter for increasing the output voltage of a constant voltage source has:
• емкостно-индуктивный резонансный контур,• capacitive inductive resonance circuit,
• переключательную схему, приспособленную возбуждать резонансный контур на переменной частоте выше резонансной частоты резонансного контура, управление переменной частотой осуществляется входным управляющим сигналом, чтобы обеспечивать переменное напряжение,• a switching circuit adapted to excite the resonant circuit at a variable frequency above the resonant frequency of the resonant circuit, the variable frequency is controlled by an input control signal to provide an alternating voltage,
• трансформатор, подключенный к резонансному контуру, для увеличения переменного напряжения,• a transformer connected to the resonant circuit to increase the alternating voltage,
• выпрямитель для выпрямления увеличенного переменного напряжения в увеличенное постоянное напряжение для приложения к магнетрону;• a rectifier for rectifying an increased alternating voltage into an increased direct voltage for application to a magnetron;
• средство для измерения тока от источника постоянного напряжения, проходящего через преобразователь;• means for measuring current from a constant voltage source passing through the converter;
• микропроцессор, запрограммированный создавать управляющий сигнал, характеризующий желаемую выходную мощность магнетрона; и• a microprocessor programmed to create a control signal characterizing the desired output power of the magnetron; and
• интегральную схему, устроенную в петле обратной связи и приспособленную прилагать управляющий сигнал к переключательной схеме преобразователя в соответствии со сравнением сигнала от средства измерения тока с сигналом от микропроцессора для управления мощностью магнетрона до желаемой мощности.• an integrated circuit arranged in a feedback loop and adapted to apply a control signal to the converter switching circuit in accordance with a comparison of the signal from the current measuring instrument with the signal from the microprocessor to control the magnetron power to the desired power.
Предоставление интегральной схемы как дискретного элемента, отдельного от микропроцессора, обеспечивает быстрый контур управления, который не ограничивается скоростью микропроцессора (последний склонен к медлительности вследствие экономических ограничений на его спецификацию). Таким образом, источник питания изобретения по своей сути является более стабильным и обеспечивает освещение, менее склонное к мерцанию.Providing an integrated circuit as a discrete element separate from the microprocessor provides a fast control loop that is not limited by the speed of the microprocessor (the latter is prone to slowness due to economic restrictions on its specification). Thus, the power supply of the invention is inherently more stable and provides lighting less prone to flicker.
Хотя может быть предусмотрено, что интегральная схема могла бы быть цифровым устройством, в целях экономии она предпочтительно является аналоговым устройством. В предпочтительном варианте осуществления интегральная схема представляет собой операционный усилитель.Although it may be provided that the integrated circuit could be a digital device, it is preferably an analog device in order to save. In a preferred embodiment, the integrated circuit is an operational amplifier.
В предпочтительном варианте осуществления операционный усилитель устроен как интегратор с конденсатором обратной связи, при помощи которого его выходное напряжение приспосабливается управлять схемой преобразования напряжения в частоту для управления преобразователем.In a preferred embodiment, the operational amplifier is configured as an integrator with a feedback capacitor by which its output voltage is adapted to control the voltage to frequency conversion circuit for controlling the converter.
Предпочтительно микропроцессор запрограммирован отфильтровывать шум из желаемого сигнала тока преобразователя. В другом случае между микропроцессором и операционным усилителем может предоставляться фильтрующая схема.Preferably, the microprocessor is programmed to filter out noise from the desired converter current signal. Alternatively, a filter circuit may be provided between the microprocessor and the operational amplifier.
В предпочтительных вариантах осуществления переключательная схема приспособлена управлять частотой преобразователя в соответствии с сигналом переменного напряжения, выходящим из операционного усилителя. В таком способе увеличение частоты соответствует уменьшению напряжения возбуждения магнетрона и микроволнового выхода.In preferred embodiments, the switching circuit is adapted to control the frequency of the converter in accordance with an alternating voltage signal output from the operational amplifier. In such a method, an increase in frequency corresponds to a decrease in the excitation voltage of the magnetron and the microwave output.
В другом случае переключательная схема может быть приспособлена управлять рабочим циклом преобразователя в соответствии с выходом операционного усилителя, в силу чего уменьшение рабочего цикла соответствует уменьшению напряжения возбуждения магнетрона и микроволнового выхода.In another case, the switching circuit may be adapted to control the duty cycle of the converter in accordance with the output of the operational amplifier, whereby a decrease in the duty cycle corresponds to a decrease in the excitation voltage of the magnetron and the microwave output.
В предпочтительных вариантах осуществления преобразователь представляет собой переключатель нулевого напряжения, хотя он мог бы быть переключателем нулевого тока.In preferred embodiments, the converter is a zero voltage switch, although it could be a zero current switch.
Как правило, переключательная схема имеет свой собственный генератор; однако может быть предусмотрено, что она могла бы синхронизироваться от часов в микропроцессоре.Typically, the switching circuit has its own generator; however, it may be provided that it could be synchronized from the clock in the microprocessor.
В одном варианте осуществления интегральная схема приспособлена и устроена так, чтобы сравнение было непосредственно между измеренным сигналом тока и желаемым сигналом мощности, интегральная схема присоединяется, чтобы принимать только эти сигналы, благодаря чему ток преобразователя управляется в соответствии с желаемой мощностью, независимой от кратковременных изменений напряжения источника постоянного напряжения. Этот вариант осуществления управляет средней мощностью, чтобы она была постоянной в течение циклов пульсации источника напряжения.In one embodiment, the integrated circuit is adapted and arranged so that the comparison is directly between the measured current signal and the desired power signal, the integrated circuit is connected to receive only these signals, so that the converter current is controlled in accordance with the desired power, independent of short-term voltage changes DC voltage source. This embodiment controls the average power so that it is constant during the ripple cycles of the voltage source.
В другом варианте осуществления интегральная схема приспособлена и устроена так, чтобы сравнение было не только между измеренным сигналом тока и сигналом желаемой мощности, но также принимая во внимание кратковременные изменения напряжения источника постоянного напряжения, сигнал, характеризующий напряжение источника напряжения, также подается на интегральную схему, благодаря чему ток преобразователя управляется так, что мощность, проходящая через преобразователь, управляется в соответствии с желаемой мощностью. Этот вариант осуществления управляет константой мгновенной мощности, чтобы она была постоянной в течение циклов пульсации источника напряжения.In another embodiment, the integrated circuit is adapted and arranged so that the comparison is not only between the measured current signal and the signal of the desired power, but also taking into account short-term changes in the voltage of the DC voltage source, a signal characterizing the voltage of the voltage source is also supplied to the integrated circuit, whereby the current of the converter is controlled so that the power passing through the converter is controlled in accordance with the desired power. This embodiment controls the instantaneous power constant so that it is constant during the ripple cycles of the voltage source.
Как правило, переключательная схема имеет свой собственный генератор; однако может быть предусмотрено, что она могла бы синхронизироваться от часов в микропроцессоре.Typically, the switching circuit has its own generator; however, it may be provided that it could be synchronized from the clock in the microprocessor.
Чтобы помочь пониманию изобретения, теперь будет описан его конкретный вариант осуществления, для примера и со ссылкой на сопутствующие графические материалы, на которых:To help understand the invention, its specific embodiment will now be described, for example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 представляет собой структурную схему прототипа источника питания для магнетрона;FIG. 1 is a block diagram of a prototype power source for a magnetron;
Фиг. 2 представляет собой подобную структурную схему источника питания в соответствии с изобретением;FIG. 2 is a similar block diagram of a power source in accordance with the invention;
Фиг. 3 представляет собой более подробную принципиальную схему источника питания, представленного на фиг. 2;FIG. 3 is a more detailed circuit diagram of the power supply shown in FIG. 2;
Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение лампы, питаемой магнетроном, имеющим источник питания изобретения;FIG. 4 is a schematic illustration of a lamp powered by a magnetron having the power supply of the invention;
Фиг. 5 представляет собой принципиальную схему второго варианта осуществления изобретения;FIG. 5 is a schematic diagram of a second embodiment of the invention;
Фиг. 6 представляет собой детальную схему делителя напряжения варианта осуществления, представленного на фиг. 5;FIG. 6 is a detailed diagram of a voltage divider of the embodiment of FIG. 5;
Фиг. 7 представляет собой спектральную диаграмму выхода магнетрона, сравнивающую его у вариантов осуществления, представленных на фиг. 3 и 5; иFIG. 7 is a spectral diagram of the magnetron output comparing it with the embodiments of FIG. 3 and 5; and
Фиг. 8 представляет собой принципиальную схему третьего варианта осуществления изобретения.FIG. 8 is a schematic diagram of a third embodiment of the invention.
Обращаясь в первую очередь к фиг. 1, схематически представляется прототип источника питания, имеющий генератор 1, подключенный, чтобы питать магнетрон 2, и управляемый микропроцессором 3. Усиленное напряжение сети источник 4 постоянного напряжения подает обычно 400 В по линии 5 на генератор 1. Это подает переменный ток на трансформатор 6 и выпрямитель 7, от которого 4000 В постоянного напряжения прикладываются по линии 8 к магнетрону. Генератор, трансформатор и выпрямитель называются «высоковольтным преобразователем». Мощность, подаваемая на магнетрон, измеряется в выражении напряжения на резисторе 9 в замыкании через землю преобразователя. Напряжение характеризует ток в резисторе 9 и пропорционально мощности, подаваемой на магнетрон, при условии постоянного напряжения от источника 4 напряжения. Напряжение на резисторе представляет собой один вход на линии 10 к микропроцессору. Другой вход на линии 11 прикладывает напряжение на линии 5 к микропроцессору. Контрольное значение 12 желаемой мощности устанавливается извне или в качестве ручного ввода в микропроцессор.Turning first to FIG. 1, a prototype power supply is represented schematically, having a
Микропроцессор запрограммирован выполнять шаги:The microprocessor is programmed to complete the steps:
1. Умножение напряжения на линии 5 на ток в резисторе 9, чтобы вычислять мощность, подаваемую на магнетрон, предполагая высокую эффективность;1. The multiplication of the voltage on
2. Сравнение расчета потребляемой мощности с желаемой мощностью, а отсюда вычисление тока, который следовало бы потреблять (предполагаемый ток);2. Comparison of the calculation of power consumption with the desired power, and hence the calculation of the current that should be consumed (estimated current);
3. Сравнение предполагаемого тока с измеренным током и приложение к источнику питания пошагово большего напряжения, чтобы возбуждать преобразователь на более высокой частоте, если ток сильный, или любого пошагово меньшего напряжения, если ток слишком слабый. Следует отметить, что, если преобразователь работает на более высокой частоте, получающееся в результате напряжение на магнетроне падает.3. Comparison of the estimated current with the measured current and applying a step-by-step higher voltage to the power supply to excite the converter at a higher frequency if the current is strong, or any step-by-step lower voltage if the current is too weak. It should be noted that if the converter operates at a higher frequency, the resulting voltage on the magnetron drops.
Как уже упомянуто, на практике эта схема оказалась слишком нестабильной для свободной от мерцания работы магнетрона как источника света.As already mentioned, in practice this scheme has proved to be too unstable for the flicker-free operation of the magnetron as a light source.
Обращаясь теперь к фиг. 2, источник питания изобретения содержит следующие похожие компоненты, соединенные тем же образом:Turning now to FIG. 2, the power supply of the invention contains the following similar components connected in the same way:
• генератор/высоковольтный преобразователь 101;• generator / high-
• магнетрон 102;•
• трансформатор 106;•
• выпрямитель 107;•
• резистор 109.•
Микропроцессор 103 также содержится, но работает он совершенно по-другому. Он только делит контрольное значение 112 желаемой мощности на усиленное постоянное напряжение сети на линии 105 и предоставляет сигнал требуемого тока на линии 121, характеризующий желаемый ток через преобразователь 101, чтобы управлять магнетроном на желаемой мощности. Сигнал на линии 121 подается на один вход операционного усилителя 122/EA1. Его другой вход имеет линию 110 к нему от резистора 109, указывающую действительный ток, проходящий через преобразователь. Операционный усилитель подключается как интегрирующий усилитель сигнала ошибки.The
Обращаясь теперь к фиг. 3, показывается более полная принципиальная схема источника питания, представленного на фиг. 2. В ее центре находится квазирезонансный генератор 101 высоковольтного преобразователя, имеющий МОП полевые переключательные транзисторы T1,T2. Они переключаются способом, который будет описан ниже, генератором IС1 на интегральной схеме. Катушка индуктивности LI и первичная обмотка трансформатора 106 соединены последовательно и подключены к общей точке транзисторов T1,T2. Конденсаторы C3, C4 завершают последовательный резонансный контур. Катушки индуктивности и конденсаторы определяют резонансную частоту, выше которой работает преобразователь, обычно около 70 кГц, в силу чего он оказывается главным образом индуктивной цепью в отношении находящейся ниже цепи магнетрона. Она содержит четыре диода D3, D4, D5, D6 полумоста и сглаживающие конденсаторы C5, C6, подключенные к вторичной обмотке трансформатора и обеспечивающие магнетрон 102 постоянным током. Отношение обмоток трансформатора составляет 10:1, благодаря чему на магнетрон подается напряжение порядка 4000 В, усиленное постоянное напряжение на линии 105 обычно составляет 400 В.Turning now to FIG. 3, a more complete circuit diagram of the power supply shown in FIG. 2. At its center is a quasi-resonant high-
Характерным признаком схемы преобразователя является то, что, когда транзисторы T1, T2 последовательно по очереди включаются, а затем выключаются, энергия, хранящаяся в катушке индуктивности LI, изменяет полярность напряжения на ней. Это понижает напряжение в общей точке С перед тем, как включается TR2, и поднимает напряжение общей точки перед тем, как включается TR1. Таким образом, переключение происходит при нулевом или близком к нулевому напряжении на транзисторе, который вскоре включится, то есть в режиме ПНН (режим переключения при нулевом напряжении). Это способствует надежности и долговечности.A characteristic feature of the converter circuit is that when the transistors T1, T2 are sequentially turned on and then turned off, the energy stored in the inductor LI changes the polarity of the voltage across it. This lowers the voltage at common point C before turning on TR2, and raises the voltage of common point before turning on TR1. Thus, the switching occurs at zero or close to zero voltage on the transistor, which will soon turn on, that is, in the PNI mode (switching mode at zero voltage). This contributes to reliability and durability.
При высокой частоте переключения (т.е. выше резонансной) напряжение в общей точке между конденсаторами C3,C4 является в значительной мере постоянным у половины напряжения на линии 105, благодаря чему после переключения транзистора ток с линейно-изменяющейся в значительной мере треугольной формой сигнала течет через катушку индуктивности L1. Он передается на трансформатор, а оттуда, в конечном итоге, - на магнетрон.At a high switching frequency (i.e., above the resonance), the voltage at the common point between the capacitors C3, C4 is substantially constant at half the voltage on
Понижение частоты до работы ближе к резонансу увеличивает размах напряжения в D от половины напряжения на линии 105 и увеличивает напряжение на магнетроне, его ток и его микроволновый выход.Lowering the frequency to work closer to resonance increases the voltage swing in D from half the voltage on
Ток через преобразователь измеряется на резисторе 109/R1, обычно 100 мОм, и напряжение, характеризующее его, передается через резистор R5 обратной связи, обычно 470 Ом, на один вход 123 операционного усилителя 122. Микропроцессор 103 посредством делителя напряжения R3, R4 получает напряжение с линии 105. Требуемая установка мощности устанавливается ручным вводом 112. Микропроцессор запрограммирован разделять требуемую мощность на линейное напряжение и прикладывать к другому входу 125 операционного усилителя напряжение, характеризующее ток преобразователя, необходимый для указанного магнетрона, через 6 кОм резистор R10. Операционный усилитель имеет интегрирующий конденсатор C7, обычно 470 нФ, последовательно с резистором R9 1МОм. Соотношение резисторов R9, R10 определяет усиление операционного усилителя. Это усиление должно подавлять скачки напряжения сети настолько, насколько это возможно. Усилитель передает интегрированное напряжение, характеризующее требуемую мощность, на схему 126 управления частотой для генератора IC1, которая представляет собой схему преобразования напряжения в частоту, как правило, Texas Instruments IRS2153 or ST Thomson L6569. Схема, содержащая резистор R2 18 кОм, конденсаторы C1, C2, оба 470 пФ, и диоды D1, D2, работает, чтобы управлять частотой преобразователя. Когда выход операционного усилителя равен нулю, конденсатор C1 параллелен C2 и получается самая низкая частота. Это соответствует максимальной мощности магнетрона. С другой стороны, когда выход максимален, диоды совсем не проводят и управление частотой осуществляется одним C2. Подается максимальная частота и минимальная мощность - порядка одной десятой от максимальной. При промежуточных напряжениях C1 имеет промежуточный эффект и управление частотой и мощностью осуществляется соответствующим образом.The current through the converter is measured on a
Таким образом, магнетрон может быть управляем, чтобы он работал на желаемой мощности, вводимой в микропроцессор. Микропроцессор восприимчив к мерцанию, вызывающему изменения в напряжении на линии 105. Однако сигнал на R10 может быть отфильтрован внутренним образом, программным обеспечением или внешним образом, не показанным RC фильтром. При изменении потребляемой магнетроном мощности, как он может это делать, когда его магниты нагреваются и его сопротивление изменяется, операционный усилитель быстро реагирует на изменение в токе, измеренном на резисторе R1, и регулирует частоту преобразователя и, следовательно, корректирует потребляемую магнетроном мощность независимо от сигнала на линии 125 от микропроцессора.Thus, the magnetron can be controlled to operate at the desired power input to the microprocessor. The microprocessor is susceptible to flicker, causing changes in voltage on
При этом, если на линии источника напряжения имеется мерцание, мощность магнетрона будет постоянной только при усреднении по периоду мерцания. На линии источника напряжения на самом деле проявляется двойное мерцание частоты вследствие стоимости больших сглаживающих конденсаторов.Moreover, if there is flicker on the line of the voltage source, the magnetron power will be constant only when averaged over the flicker period. On the line of the voltage source, a double flicker of frequency is actually manifested due to the cost of large smoothing capacitors.
Следует отметить, что вышеописанный источник питания особенно подходит для управления LER лампой, питающейся от магнетрона, наподобие описанной в WO 2009/063205. Он позволяет управлять световым выходом лампы по желанию, как и когда потребуется, от низкого уровня для фонового света до полной мощности полного освещения.It should be noted that the above power supply is particularly suitable for controlling an LER lamp powered by a magnetron, such as described in WO 2009/063205. It allows you to control the light output of the lamp as you wish, as and when required, from a low level for background light to full power of full illumination.
Фиг. 4 представляет собой упрощенное представление лампы, возбуждаемой магнетроном. Она имеет прозрачный тигель 201 с клеткой 202 Фарадея. Полость 203 в тигле имеет загрузку 204 возбудимого материала. Магнетрон 205 приспособлен направлять свои микроволны в волновод /переход 206, из которого они выходят по коаксиальному соединению 207 на антенну 208, испускающую их в тигель. Запитывание магнетрона источником 209 питания изобретения заставляет возбудимый материал испускать свет. Именно для этого света источник питания изобретения является преимущественным в том, что избегает мерцания.FIG. 4 is a simplified representation of a magnetron excited lamp. It has a
Обращаясь теперь к фиг. 5, показывается усовершенствованный высоковольтный преобразователь, также в соответствии с изобретением. Он учитывает не только изменения в токе преобразователя, а следовательно, ток магнетрона, но также пульсации частоты сети или, более конкретно, удвоенные пульсации частоты сети на выходе источника напряжения. Эти пульсации не вызывают воспринимаемого мерцания в свете от LER, но все же приводят к расширению диапазона частот на выходе магнетрона.Turning now to FIG. 5, an improved high voltage converter is shown, also in accordance with the invention. It takes into account not only changes in the current of the converter, and therefore, the magnetron current, but also the ripple of the network frequency or, more specifically, the double ripple of the network frequency at the output of the voltage source. These pulsations do not cause perceived flicker in the light from the LER, but still lead to an extension of the frequency range at the output of the magnetron.
Новым на фиг. 5 является включение резистора R6 в виде двух последовательных 1 МОм резисторов от линии источника напряжения до входа 123 операционного усилителя, к которому подключен резистор R5 обратной связи. Резисторы R6-R5 образуют делитель напряжения. Делитель такой, что напряжение на резисторе R5 в значительной мере такое же, что и напряжение на резисторе измерения тока, оба, как правило, порядка 100 мВ, давая 200 мВ на входе операционного усилителя. Фактическое напряжение изменяется как с фактическим током в преобразователе, так и с фактическим напряжением на линии источника напряжения. Будет понятно, что увеличение 200 мВ входа операционного усилителя вследствие увеличения на линии источника напряжения будет эквивалентно увеличению 200 мВ входа операционного усилителя вследствие увеличения тока. Оба увеличивают интегрированное выходное напряжение операционного усилителя с тем результатом, что управляемый ток уменьшается.New to FIG. 5 is the inclusion of the resistor R6 in the form of two consecutive 1 MΩ resistors from the voltage source line to the
Фактическое увеличение входа операционного усилителя вследствие 5% увеличения напряжения источника напряжения будет составлять 5%, поскольку напряжение на резисторе измерения тока является малым по сравнению с напряжением источника напряжения. Также для 5% увеличения тока напряжение на резисторе измерения тока составит 5%. Это добавится к напряжению на входе операционного усилителя. Таким образом, для 5% или другого малого процента увеличения напряжения или тока ток будет уменьшен на тот же процент.The actual increase in the input of the operational amplifier due to a 5% increase in the voltage of the voltage source will be 5%, since the voltage across the current measuring resistor is small compared to the voltage of the voltage source. Also, for a 5% increase in current, the voltage across the current measuring resistor will be 5%. This will add to the voltage at the input of the op amp. Thus, for a 5% or other small percentage increase in voltage or current, the current will be reduced by the same percentage.
В свою очередь это приводит к 5% или другому малому проценту уменьшения мощности, прикладываемой к магнетрону. Таким образом, устройство действует, чтобы поддерживать мгновенную мощность постоянной. В этом отношении «мгновенная» используется для обозначения того, что мощность поддерживается постоянной, например, в течение всего цикла пульсации напряжения.In turn, this leads to a 5% or other small percentage reduction in the power applied to the magnetron. Thus, the device acts to maintain instantaneous power constant. In this regard, “instantaneous” is used to indicate that power is kept constant, for example, throughout the entire voltage ripple cycle.
Эту операцию математически можно объяснить следующим образом.This operation can be mathematically explained as follows.
Мощность магнетрона представляет собой произведение напряжения U источника напряжения и тока I преобразователя, т.е.The magnetron power is the product of the voltage U of the voltage source and the current I of the converter, i.e.
P=U x I.P = U x I.
В выражении единиц напряжения и тока, u и I:In terms of units of voltage and current, u and I:
P=(C1 x u) x (C2 x i)P = (C 1 xu) x (C 2 xi)
P=К x (u x i)P = K x (u x i)
При единичном значении u и i эту формулу можно переписать в видеFor a unit value of u and i, this formula can be rewritten in the form
P=К x (u+i) /2.P = K x (u + i) / 2.
Это соотношение остается приблизительно верным для малых изменений напряжения и тока, т.е. для u±δu, i±δi.This ratio remains approximately true for small changes in voltage and current, i.e. for u ± δu, i ± δi.
Приведенное выше уравнение может быть переписано в виде:The above equation can be rewritten as:
P=K3+K4 x δV+K5 x δv.P = K 3 + K 4 x δV + K 5 x δv.
Таким образом, мощность магнетрона может быть представлена как константа плюс другая константа, умноженная на любое отклонение источника фактического напряжения от его нормального значения, плюс другая константа, умноженная на любое отклонение тока от номинального тока. Само отклонение тока может быть представлено напряжением на резисторе измерения тока.Thus, the magnetron power can be represented as a constant plus another constant multiplied by any deviation of the actual voltage source from its normal value, plus another constant multiplied by any deviation of the current from the rated current. The current deviation itself can be represented by the voltage across the current measuring resistor.
С соответствующими константами и рассматривая только изменения, подаваемые на операционный усилитель, можно увидеть, что делитель напряжения подает сумму двух изменений, напряжения источника напряжения и тока преобразователя на операционный усилитель. Единственное условие состоит в том, что приближениеWith the corresponding constants and considering only the changes applied to the operational amplifier, it can be seen that the voltage divider supplies the sum of two changes, the voltage of the voltage source and the converter current to the operational amplifier. The only condition is that the approximation
P=UxI ≈ K x (u+i)/2P = UxI ≈ K x (u + i) / 2
выполняется только, если напряжение на R5 приблизительно равно напряжению на Rl. Это выполняется для значений:only performed if the voltage at R5 is approximately equal to the voltage at Rl. This is done for the values:
U=400 ВU = 400 V
R1=0,1 ОмR1 = 0.1 Ohm
R5=470 ОмR5 = 470 ohm
R6=2 МОмR6 = 2 megohms
Эти резисторы показаны на фиг. 6 последовательно, также показывается указание соответствующих напряжений.These resistors are shown in FIG. 6 in sequence, an indication of the respective voltages is also shown.
Следует отметить, что, поскольку R6 на семь порядков больше по величине, чем Rl, а R5 на четыре порядка больше по величине, любое изменение U, которое создает существенное изменение напряжения на входе операционного усилителя, навряд ли вызовет существенное изменение напряжения на Rl, чье напряжение управляется только током через него. Соответственно, напряжение на Rl добавляется к напряжению на R5 и сумма подается на операционный усилитель.It should be noted that, since R6 is seven orders of magnitude larger than Rl and R5 is four orders of magnitude larger, any change in U that creates a significant change in voltage at the input of the operational amplifier is unlikely to cause a significant change in voltage on Rl, whose voltage is controlled only by the current through it. Accordingly, the voltage at Rl is added to the voltage at R5 and the amount is supplied to the operational amplifier.
Будет понятно, что этот способ работы не совсем линейный, но все же обеспечивает существенные усовершенствования. Со ссылкой на фиг. 7 предоставляется седлообразный график ширины спектра частоты генерирования магнетрона. Его частота генерирования зависит от тока через него, это является признаком магнетрона, что он имеет свойство, похожее на свойство диода Зенера, что касается управления напряжением на нем. Таким образом, если ему доступна большая мощность, его ток увеличивается, а его рабочая частота понижается. Там, где в напряжении источника напряжения имеется пульсация, относящаяся к напряжению сети, частота магнетрона изменяется и ширина спектра демонстрирует слабо выраженную седлообразную форму. Напротив, с регулятором мощности в варианте осуществления, представленном на фиг. 5, ширина спектра намного уже и обладает нормальным распределением. Это, в свою очередь, является преимущественным в том, что вызывает меньше помех с сетями связи Bluetooth и т.п.It will be understood that this mode of operation is not entirely linear, but still provides significant improvements. With reference to FIG. 7 provides a saddle-shaped graph of the width of the spectrum of the magnetron generation frequency. Its frequency of generation depends on the current through it, this is a sign of the magnetron that it has a property similar to that of the Zener diode with regard to controlling the voltage on it. Thus, if more power is available to him, his current increases, and his operating frequency decreases. Where there is ripple in the voltage of the voltage source related to the mains voltage, the magnetron frequency changes and the width of the spectrum shows a slightly pronounced saddle shape. In contrast, with a power controller in the embodiment of FIG. 5, the width of the spectrum is much narrower and has a normal distribution. This, in turn, is advantageous in that it causes less interference with Bluetooth networks, etc.
Обращаясь к фиг. 8, на входе операционного усилителя показывается схема 301 умножения. Эта схема является аналоговым устройством, хотя возможным является и цифровое устройство, и имеет среднюю точку общей точки делителя напряжения R6-R7, приложенную к одному входу, и сигнал напряжения от резистора Rl измерения тока, приложенный к другому входу. Умножитель перемножает эти два сигнала, характеризующие напряжение и ток, чтобы создавать и прикладывать к входу операционного усилителя сигнал, характеризующий мощность магнетрона. Этот вариант осуществления более точен, чем представленный на фиг. 5, но и более дорогой, так как схемы умножения используются мало и, как правило, дороги. Вариант осуществления, представленный на фиг. 5, полагается лучшим, поскольку он достаточно точен и в то же время более дешев.Turning to FIG. 8, a multiplication circuit 301 is shown at the input of the operational amplifier. This circuit is an analog device, although a digital device is also possible, and has a midpoint common point of the voltage divider R6-R7 applied to one input and a voltage signal from a current measurement resistor Rl applied to another input. A multiplier multiplies these two signals characterizing the voltage and current to create and apply to the input of the operational amplifier a signal characterizing the power of the magnetron. This embodiment is more accurate than that shown in FIG. 5, but also more expensive, since multiplication schemes are used little and, as a rule, are expensive. The embodiment of FIG. 5 is considered to be the best, since it is accurate enough and at the same time cheaper.
Claims (17)
источник постоянного напряжения;
преобразователь для увеличения выходного напряжения источника постоянного напряжения, преобразователь имеет:
- емкостно-индуктивный резонансный контур,
- переключательную схему, приспособленную возбуждать резонансный контур на переменной частоте выше резонансной частоты резонансного контура, управление переменной частотой осуществляется входным управляющим сигналом, чтобы обеспечивать переменное напряжение,
- трансформатор, подключенный к резонансному контуру, для увеличения переменного напряжения,
- выпрямитель для выпрямления увеличенного переменного напряжения в увеличенное постоянное напряжение для приложения к магнетрону;
средство для измерения тока от источника постоянного напряжения, проходящего через преобразователь;
микропроцессор, запрограммированный создавать управляющий сигнал, характеризующий желаемую выходную мощность магнетрона; и
интегральную схему, включенную в цепь обратной связи, при этом интегральная схема имеет:
- входы, соединенные со средством для измерения тока и микропроцессором, и
- выход, соединенный с преобразователем, и
интегральная схема приспособлена прилагать управляющий сигнал к переключательной схеме преобразователя в соответствии со сравнением сигнала от средства измерения тока с сигналом от микропроцессора для управления мощностью магнетрона до желаемой мощности.1. A power source for a magnetron, containing:
constant voltage source;
a converter for increasing the output voltage of a constant voltage source, the converter has:
- capacitive inductive resonance circuit,
- a switching circuit adapted to excite the resonant circuit at a variable frequency above the resonant frequency of the resonant circuit, the variable frequency is controlled by an input control signal to provide an alternating voltage,
- a transformer connected to the resonant circuit, to increase the alternating voltage,
- a rectifier for rectification of the increased alternating voltage into an increased constant voltage for application to the magnetron;
means for measuring current from a constant voltage source passing through the converter;
a microprocessor programmed to create a control signal characterizing the desired output power of the magnetron; and
an integrated circuit included in the feedback circuit, while the integrated circuit has:
- inputs connected to a current measuring means and a microprocessor, and
- an output connected to the converter, and
the integrated circuit is adapted to apply a control signal to the switching circuit of the converter in accordance with a comparison of the signal from the current measuring means with the signal from the microprocessor to control the magnetron power to the desired power.
- средство измерения тока представляет собой резистор, подключенный последовательно с преобразователем, один конец резистора заземляется, и
- делитель напряжения предоставляется для входа в интегральную схему, делитель содержит два разделяющих резистора между выходной шиной источника постоянного напряжения и незаземленным концом резистора измерения тока, причем общее соединение двух разделяющих резисторов подключается к входу интегральной схемы.8. The power source according to claim 4, characterized in that
- the current measuring means is a resistor connected in series with the converter, one end of the resistor is grounded, and
- a voltage divider is provided for entering the integrated circuit, the divider contains two separating resistors between the output bus of the DC voltage source and the non-grounded end of the current measuring resistor, and the common connection of the two separating resistors is connected to the input of the integrated circuit.
средство измерения тока представляет собой резистор, подключенный последовательно с преобразователем, один конец резистора заземляется и предоставляется:
- делитель напряжения, содержащий два разделяющих резистора между выходной шиной источника постоянного напряжения и шиной нулевого напряжения, и
- схема умножения, напряжение на резисторе измерения тока прикладывается к одному входу умножителя, напряжение на общем соединении разделяющих резисторов прикладывается к другому входу умножителя и выход умножителя прикладывается к интегральной схеме для сравнения с выходом микропроцессора.9. The power source according to claim 8, characterized in that
current measurement means is a resistor connected in series with the converter, one end of the resistor is grounded and provided:
- a voltage divider containing two separating resistors between the output bus of the DC voltage source and the zero voltage bus, and
- the multiplication circuit, the voltage across the current measuring resistor is applied to one input of the multiplier, the voltage across the common connection of the separating resistors is applied to the other input of the multiplier, and the output of the multiplier is applied to the integrated circuit for comparison with the microprocessor output.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GBGB1010358.8A GB201010358D0 (en) | 2010-06-21 | 2010-06-21 | Light source |
GB1010358.8 | 2010-06-21 | ||
PCT/GB2011/000920 WO2011161401A1 (en) | 2010-06-21 | 2011-06-17 | Magnetron power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013102265A RU2013102265A (en) | 2014-07-27 |
RU2575166C2 true RU2575166C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4873408A (en) * | 1987-12-28 | 1989-10-10 | General Electric Company | Magnetron with microprocessor based feedback control |
US4882663A (en) * | 1985-12-23 | 1989-11-21 | Nilssen Ole K | MOSFET flyback converter |
US4939632A (en) * | 1989-02-14 | 1990-07-03 | U.S. Philips Corporation | Power supply circuit |
US5208432A (en) * | 1990-04-14 | 1993-05-04 | Goldstar Co., Ltd. | Magnetron driving power supply circuit |
GB2348496A (en) * | 1999-03-31 | 2000-10-04 | Frazer Nash Consultancy Ltd | Method and apparatus for the detection of scratching and similar surface action to glass |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4882663A (en) * | 1985-12-23 | 1989-11-21 | Nilssen Ole K | MOSFET flyback converter |
US4873408A (en) * | 1987-12-28 | 1989-10-10 | General Electric Company | Magnetron with microprocessor based feedback control |
US4939632A (en) * | 1989-02-14 | 1990-07-03 | U.S. Philips Corporation | Power supply circuit |
US5208432A (en) * | 1990-04-14 | 1993-05-04 | Goldstar Co., Ltd. | Magnetron driving power supply circuit |
GB2348496A (en) * | 1999-03-31 | 2000-10-04 | Frazer Nash Consultancy Ltd | Method and apparatus for the detection of scratching and similar surface action to glass |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8912781B2 (en) | Integrated circuit switching power supply controller with selectable buck mode operation | |
US9220159B2 (en) | Electronic ballast | |
US8324822B2 (en) | System and method for dimmable constant power light driver | |
RU2679893C2 (en) | Led driver circuit, led circuit and drive method | |
JP2008159545A (en) | Cold-cathode tube fluorescent lamp inverter device | |
JP5300501B2 (en) | Lighting device and lighting apparatus | |
US7064499B2 (en) | Method for operating at least one low-pressure discharge lamp and operating device for at least one low-pressure discharge lamp | |
RU2575166C2 (en) | Power supply source for magnetron | |
JP5809259B2 (en) | Magnetron power supply equipment | |
JP6101626B2 (en) | Magnetron power supply equipment | |
JP4393881B2 (en) | Power supply method and power supply device | |
US7157863B2 (en) | Device and method for the multi-phase operation of a gas discharge or metal vapor lamp | |
JP5163892B2 (en) | Discharge lamp lighting device | |
JP7126625B2 (en) | Converter for driving load, LED driver and LED lighting device | |
JPH034492A (en) | Stabilizing circuit for discharge lamp | |
KR940001701Y1 (en) | Stabilizer for fluorescent lamp | |
Perdigao et al. | Optimization of universal ballasts through magnetic regulators | |
TW201318482A (en) | Magnetron power supply | |
JP3846244B2 (en) | Discharge lamp lighting device | |
TWI565368B (en) | Magnetron power supply | |
JP3945715B2 (en) | Lighting device | |
RU2431914C1 (en) | Frequency converter control method | |
JP2004087327A (en) | Discharge lamp lighter | |
JP2005285484A (en) | Electrodeless discharge lamp power supply device | |
JPH09167694A (en) | Power source device for discharge lamp |