CS215669B1

CS215669B1 - High-voltage power supply wiring

Info

Publication number: CS215669B1
Application number: CS413880A
Authority: CS
Inventors: Robert Salek
Original assignee: Robert Salek
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Vynález se týká vysokonapěíového zdroje řízeného šířkou pulsů o konstantním kmitočtu a amplitudě. Zapojení dosahuje vysoké účinnosti pří malých tepelných ztrátách.Tvoří kompaktní celek s malou hmotností. Podstatou vynálezu je generátor pulsů se dvěma výstupy spojený jednak přes usměrňovač s předzesilovačem a jednak přes komparátor s předzesilovačem, který je spojen s výkonovým zesilovačem a převodním transformátorem se třemi vinutími na primární straně a vysokonapěfovým vinutím na sekundární straně, které je spojeno přes násobič a dělič s jedním vstupem operačního zesilovače, druhým vstupem spojeného se zdrojem ref. napětí a výstupem spojeného s komparátorem. Zdroj je určen zejména pro elektronově optické přístroje.The invention relates to a high-voltage source controlled by pulse width with constant frequency and amplitude. The connection achieves high efficiency with low heat losses. It forms a compact unit with low weight. The essence of the invention is a pulse generator with two outputs connected on the one hand via a rectifier with a preamplifier and on the other hand via a comparator with a preamplifier, which is connected to a power amplifier and a conversion transformer with three windings on the primary side and a high-voltage winding on the secondary side, which is connected via a multiplier and a divider with one input of an operational amplifier, the second input connected to a reference voltage source and the output connected to a comparator. The source is intended mainly for electron-optical devices.

Description

Vynález se týká vysokonapěťového zdroje řízeného šířkou pulsů o konstantním kmitočtů a amplitudě.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a high voltage power supply controlled by a pulse width of constant frequency and amplitude.

Pro použití v elektronově optických systémech například elektronové mmkroskopii je třeba malých vysokonapěíových zdrojů s dobrou stabilitou a s malým ztrátovým výkonem. Pro tyto účely se používá zapojení zdrojů řízených amplitudově. Nevýhodou těchto zdrojů je malé účinnost koncového stupně a tím větší tepelné ztráty. Další nevýhodou těchto zapojení je nutnost chlazení koncového stupně chladicími žebry, která zvětšují objem zdroje a vyzařovaný tepelný výkon narušuje stabilitu ostatních obvodů. Konstrukce amplitudově řízených zdrojů je nutno řešit ze dvou částí a to z řídicí elektroniky s výkonovým stupněm a z vysokonapěfové části vzhledem k narušování stability vysokonapěíového děliče tepelným výkonem z koncového stupně.For use in electron optical systems such as electron microscopy small high voltage sources with good stability and low power dissipation are required. For this purpose, the connection of amplitude-controlled sources is used. The disadvantage of these sources is the low efficiency of the output stage and thus greater heat loss. Another disadvantage of these circuits is the need for cooling the output stage by cooling fins, which increase the volume of the source and the radiated heat output interferes with the stability of the other circuits. The construction of amplitude-controlled power supplies has to be solved in two parts - control electronics with power stage and high-voltage part due to disturbance of the high-voltage divider by thermal power from the output stage.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení vysokonapěíového zdroje, jehož podstatou je generátor pulsů se dvěma výstupy spojený výstupem trojúhelníkového napětí přes komparátor, předzesilovač s výkonovým zesilovačem a výstupem obdélníkového napětí přes pomocný usměrňovač s předzesilovačem spojeným přes usměrňovačja první vinutí transformátoru se společným vodičem spolu s druhým vinutím transformátoru spojeným v sérii přes diodu na kladnou svorku napájecího zdroje přes třetí vinutí transformátoru s výkonovým zesilovačem, zatímco vysokonapěícvé vinutí transformátoru je spojeno jednak se zemním vodičem a jednak přes vysokonepěíový násobič a dělič s jedním vstupem operačního zesilovače, jehož druhý vstup je spojen se zdrojem referenčního napětí a jeho výstup s druhým vstupem komparátoru.These disadvantages are eliminated by the connection of a high-voltage power supply, which consists of a pulse generator with two outputs connected by a triangular voltage output via a comparator, a preamplifier with a power amplifier and a rectangular voltage output via an auxiliary rectifier. connected in series via a diode to the positive terminal of the power supply via the third transformer winding with the power amplifier, while the high voltage transformer winding is connected both to the ground conductor and through the high voltage multiplier and divider to one operational amplifier input. and its output with the second comparator input.

Hlavní přednosti tohoto zapojení je vysoké účinnost, malé tepelné ztráty, menší hmotnost a objem celé konstrukce nevyžadující nutncst použití chladicích žeber. Zdroj možno sestavit jako kompaktní celek bez narušení stability vysokonapěíového děliče. Zapojení umožňuje synchronizaci pracovního kmitočtu vzhledem k řádkové frekvenci obrazu.The main advantages of this circuit are high efficiency, low heat loss, less weight and volume of the whole structure, which does not require the use of cooling fins. The power supply can be assembled as a compact unit without disturbing the stability of the high-voltage divider. The connection allows synchronization of the operating frequency with respect to the line frequency of the image.

Vynález blíže objasní výkres, na kterém je v blokovém schéma příklad zapojení zdroje,The invention will be explained in more detail in the drawing, in which a block diagram shows an example of a power supply connection,

Vysckonapšíový zdroj sestává z vysokonapěíového násobiče a děliče 2 ^s výstupní svorkou 12 vázaného přes vysokonapěípvé vinutí 15 transformátoru 10 s pulsním obvodem. Jeho základní částí je generátor 1 pulsů, spojený jednak výstupem trojúhelníkového napětí přes komparátor 2 s prvním vstupem předzesilovače J a jednak výstupem přes obdélníkové napětí přes pomocnv usměrňovač 6 s druhým vstupem předzesilovače 3. První vinuti 11 transformátoru 10 je spojeno jednak přes usměrňovač s třetím vstupem předzesilovače 2 ⁸ jednak se zemním vodičem.The high voltage power supply consists of a high voltage multiplier and a divider 2 ^{with an} output terminal 12 coupled through the high voltage winding 15 of the pulse circuit transformer 10. Its basic part is a pulse generator 1, connected both by the output of triangular voltage through comparator 2 with the first input of the preamplifier J and partly by the output through rectangular voltage through the auxiliary rectifier 6 with the second input of the preamplifier. preamplifiers 2 ⁸ with ground conductor.

Druhé vinutí 12 transformátoru 10 je spojeno přes diodu 14 s kladnou svorkou 16 zdroje a druhým vývodem se zemním vodičem. Třetí vinutí 13 transformátoru 10 je spojeno rovněž s kladnou svorkou 16 zdroje a druhým vývodem s výstupem zesilovače 4. Druhý vstup komparátoru 2 je spojen s výstupem operačního zesilovače 7 jedním vstupem spojeného se zdrojem referenčního napětí 8 a druhým Vstupem spojeného s násobičem a děličem 2 a výstupní svorkou 17.The second winding 12 of the transformer 10 is connected via diode 14 to the positive terminal 16 of the power supply and the second terminal to the earth conductor. The third winding 13 of the transformer 10 is also connected to the positive terminal 16 of the source and the second terminal to the output of the amplifier 4. The second input of the comparator 2 is connected to the output of the operational amplifier 7 by one input connected to the reference voltage source 8 and the second input connected to the multiplier and divider 2; output terminal 17.

Vysokcnapěíový zdroj reguluje velikost výstupního napětí pomocí šířky pulsů o konstatním kmitočtu a konstatní amplitudě. Šířka pulsů je dána komparací velikosti rozdílového napětí, z výstupu operačního zesilovače 2 ⁸ trojúhelníkového napětí z generátoru 1 pulsů komparátorem 2.The high-voltage power supply regulates the magnitude of the output voltage using constant pulse width and constant amplitude. The width of the pulses is determined by comparison of the size differential voltage from the output of the operational amplifier 2 ⁸ triangular voltage pulse generator comparator 1 second

Výkonový zesilovač 4 předává energii transformátoru 10 třetím vinutím 13 náběžnou hranou pulsu. Při sestupné hraně pulsu se jinak nevyužitá energie vrací druhVm vinutím 12 přes diodu 14 zpět do napájecího zdroje. Pulsy se z primářů transformátoru 10 přenáší volnouThe power amplifier 4 transmits the energy of the transformer 10 through the third winding 13 to the leading edge of the pulse. At the falling edge of the pulse, otherwise unused energy is returned to the power supply by winding 12 via diode 14. The pulses are transmitted free from the primary transformer 10

215 669 vazbou na vysokonapěfové vinutí 15. které resonuje na kmitočtu generátoru 1 pulsů. Střídavé napětí z vysokonapěfového vinutí 15 je dále zpracováno vysokonapěíovým násobičem a děličem 2 a je přiváděno na výstupní svorku 17 a jemu odpovídající zpětnovazební signál přivedení do jednoho vstupu operačního zesilovače 2, kde se porovnává s nastavitelnou hodnotou zdroje 8 referenčního napětí. Výstupní napětí operačního zesilovače 2 pak udává šířku pulsů a tím velikost napětí na výstupní svorce 17.215 669 by coupling to a high-voltage winding 15 which resonates at a pulse generator frequency. The AC voltage from the high-voltage winding 15 is further processed by the high-voltage multiplier and divider 2 and is applied to the output terminal 17 and its corresponding feedback signal to one input of the operational amplifier 2 where it is compared with the adjustable value of the reference voltage source 8. The output voltage of the operational amplifier 2 then indicates the pulse width and thus the magnitude of the voltage at the output terminal 17.

Pro funkci výkonového zesilovače 4 je potřebný budicí pulsní signál z předzesilovače J o malém kladném napětí a proudu stovky mA pro sepnutí, ale malém záporném napětí a velmi malém proudu pro vypnutí koncového tranzistoru. Z hlediska maximální energetické účinnosti obvodu je využito pro napájení předzesilovače 3 první vinutí 11 transformátoru 10 ve spojení s usměrňovačem £, který vytváří potřebné kladné i záporné napětí.A power pulse signal from the preamplifier J with a low positive voltage and a current of hundreds of mA for switching but a low negative voltage and a very low current for tripping the transistor is required to operate the power amplifier 4. In terms of maximum energy efficiency of the circuit, the first winding 11 of the transformer 10 is used to supply the preamplifier 3 in conjunction with a rectifier 8 which generates the necessary positive and negative voltages.

V případě startu vysokonapěíového zdroje nastaveného zdrojem 8 referenčního napětí na minimální hodnotu napětí na výstupní svorce 17 není vybuzen transformátor 10 a usměrňovač 2 nepracuje. Výkonový zesilovač 4 dostává v tomto případě potřebné záporné předpětí umsěrněním obdélníkových pulsů z výstupu generátoru 1 pulsů pomocným usměrňovačem 6 přes předzesilovač 3.In the case of starting a high voltage power source set by the reference voltage source 8 to the minimum voltage value at the output terminal 17, the transformer 10 is not energized and the rectifier 2 is not working. In this case, the power amplifier 4 receives the necessary negative biasing by rectifying the rectangular pulses from the output of the pulse generator 1 via the auxiliary rectifier 6 via the preamplifier 3.

Claims

A pulse width-controlled high-voltage power supply circuit, characterized in that the pulse generator (1) is connected to a triangular voltage output via a comparator (2), a preamplifier (3) to a power amplifier (4) and a rectangular voltage output via an auxiliary rectifier with a preamplifier (3) connected via a rectifier (5) and a first winding (11) of a transformer (10) with a ground wire together with a second winding (12) of a transformer (10) connected in series via a diode (14) to a positive terminal (16) and through the third winding (13) of the transformer (10) with the power amplifier (4), while the high-voltage winding (15) of the transformer (10) is connected both to the ground conductor and to the input of the operational amplifier (7), the second input of which is connected to a reference voltage source (8) and its output to the second comparator input (2).