CS222718B1

CS222718B1 - Wiring to multiply the DC voltage of the primary source by a switching element connected in parallel to the load

Info

Publication number: CS222718B1
Application number: CS833480A
Authority: CS
Inventors: Jiri Jiskra
Original assignee: Jiri Jiskra
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1983-07-29

Abstract

Zapojení pro násobení stejnosměrného napětí primárního zdroje pomocí spínacího prvku připojeného paralelně k zátěži. Zapojení se uplatní v oborech, kde je třeba získat z primárního· stejnosměrného zdroje několikanásobně vyšší napětí, zejména řádu 10 až 100 kV. Toto získané napětí umožňuje zapálení elektrického výboje v plynech. Vysoké napětí se získává sčítáním napětí na pomocných kondenzátorech, které jsou spojovány do· série se zdrojem napětí pomocí řízeného spínacího prvkuCircuit for multiplying the direct current voltage of the primary source using a switching element connected in parallel to the load. The circuit is used in areas where it is necessary to obtain a voltage several times higher from the primary direct current source, especially of the order of 10 to 100 kV. This obtained voltage allows the ignition of an electric discharge in gases. The high voltage is obtained by adding the voltages on auxiliary capacitors, which are connected in series with the voltage source using a controlled switching element

Description

Zapojení pro násobení stejnosměrného napětí primárního zdroje pomocí spínacího prvku připojeného paralelně k zátěži. Zapojení se uplatní v oborech, kde je třeba získat z primárního· stejnosměrného zdroje několikanásobně vyšší napětí, zejména řádu 10 až 100 kV. Toto získané napětí umožňuje zapálení elektrického výboje v plynech. Vysoké napětí se získává sčítáním napětí na pomocných kondenzátorech, které jsou spojovány do· série se zdrojem napětí pomocí řízeného spínacího prvku.Circuit for multiplying the DC voltage of the primary source by means of a switching element connected in parallel to the load. The connection can be used in fields where it is necessary to obtain from the primary DC source several times higher voltage, especially of the order of 10 to 100 kV. This voltage allows ignition of the electric discharge in the gases. The high voltage is obtained by summing the voltages on the auxiliary capacitors which are connected in series with the voltage source by means of a controlled switching element.

Předmětem vynálezu je zapojení pro· násobení stejnosměrného napětí primárního zdroje pomocí spínacího prvku připojeného paralelně k zátěži tvořené zejména výbojovou trubicí plynového laseru.It is an object of the present invention to provide a circuit for multiplying the direct voltage of the primary source by means of a switching element connected in parallel to a load, in particular a gas laser discharge tube.

V praxi se někdy vyskytuje potřeba získání stejnosměrného napětí několikanásobně vyššího, než má zdr-oj tohoto napětí, který je k dispozici. Tento problém lze řešit různými způsoby, například že pomocí astabilního obvodu nebo oscilátoru se získá střídavé napětí, které se zvýší transformátorem, usměrní se a vyhladí filtračním členem. Dosavadní způsoby získání stejnosměrného napětí, několikanásobně vyššího, než má zdroj stejnosměrného napětí, který je k dispozici, předpokládá poměrně složité a nákladné zařízení.In practice, there is sometimes a need to obtain a DC voltage several times higher than the available voltage. This problem can be solved in various ways, for example by using an astable circuit or an oscillator to obtain an AC voltage that is increased by the transformer, rectified and smoothed by the filter element. The prior art methods of obtaining a DC voltage several times higher than the available DC voltage source assumes a relatively complex and costly device.

Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že jedním pólem uzemněný primární zdroj stejnosměrného napětí je druhým pólem spojen přes odpor s první výstupní svorkou a paralelně s odporem přes první spojovací prvek s druhou výstupní svorkou, n.a které je napojena alespoň jedna koncovka a spínací prvek, kdy první výstupní svorka je přímo spojena s první vstupní svorkou koncovky a druhá výstupní svorka je přímo spojena se spínacím prvkem a druhou vstupní svorkou koncovky, která je přes kondenzátor spojena jednak s diodou, která je dále spojena s první vstupní svorkou koncovky a jednak se zátěží, která je druhým pólem uzemněna. Mezi výstupní svorky a vstupní svorky koncovky lze zapojit libovolný počet čtyřpólů. Každý čtyřpól obsahuje první diodu, která je spojena s první vstupní svorkou čtyřpólů a druhým pólem je spojena jednak s první výstupní svorkou a jednak přes kondenzátor s druhou vstupní svorkou, která je spojena přes druhou diodu s druhou výstupní svorkou a obě výstupní svorky jsou přemostěny spojovacím prvkem.The principle according to the invention is characterized in that the primary DC voltage source grounded by a pole is connected via a resistor to the first output terminal via a second pole and in parallel with the resistance via a first connecting element to a second output terminal connected to at least one terminal and a switching element. wherein the first output terminal is directly coupled to the first terminal input terminal and the second output terminal is directly coupled to the switching element and the second terminal input terminal, which is connected via a capacitor to the diode, which is further connected to the first terminal input terminal and to the load which is grounded by the other pole. Any number of four poles can be connected between the output terminals and the terminal input terminals. Each quadrupole contains a first diode which is connected to a first input terminal of quadrupoles and a second pole is connected both to a first output terminal and through a capacitor to a second input terminal which is connected via a second diode to a second output terminal and both output terminals are bridged element.

Vyšší účinek zapojení podle vynálezu se projevuje především v tom, že umožňuje získávat několikanásobně vyšší stejnosměrné napětí z primárního zdroje pomocí struktury kondenzátorů, oddělovacích diod, spojovacích prvků, odporů a spínacího prvku, bez potřeby transformátorů nebo indukčností; zařízení vytvořené podle tohoto zapojení vyniká nízkou hmotností i účinností.The greater effect of the circuitry according to the invention is manifested in particular by the fact that it enables to obtain several times higher DC voltage from the primary source by means of the structure of capacitors, separating diodes, fasteners, resistors and switching element, without the need for transformers or inductances; the device created according to this connection excels in low weight and efficiency.

Na přiloženém výkresu je schematicky znázorněno zapojení podle vynálezu. Primární zdroj stejnosměrného napětí 3 je jedním pólem uzemněn, druhý pól je připojen přes odpor 5 k první výstupní svorce A_o‘ a současně přes první spojovací prvek 9 ke druhé výstupní svorce B₀‘. Tyto výstupní svorky A₀‘, B₀‘ jsou připojeny ke koncovce Y a spínacímu prvku 2 tak, že první výstupnnsvorka A₀‘ je přímo spojena s první vstupní svorkou A koncovky Y a druhá výstupní svorka B₀‘ je přímo spojena se spínacím prvkem 2 a druhou vstupní svorkou B koncovky Y. Druhá vstupní svorka B koncovkyIn the accompanying drawing, the circuit according to the invention is schematically illustrated. The primary DC power source 3, one pole is grounded, the second pole is connected via a resistor 5 to the output terminal _of A 'and simultaneously via the first coupling element 9 to the second output terminal B _0'. These output terminals A ₀ ', B ₀ ' are connected to terminal Y and the switching element 2 so that the first output terminal A ₀ 'is directly connected to the first input terminal A of the terminal Y and the second output terminal B ₀ ' is directly connected to the switching element 2 and second terminal B of terminal Y. Second terminal B of terminal

Y je pres kondenzátor 11 spojena jednak s diodou 10, která je dále spojena s první vstupní svorkou A koncovky Y a jednak se zátěží 1, která je druhým pólem uzemněna. Mezi výstupní svorky A₀‘, B₀‘ a vstupní svorky A, B koncovky Y lze zapojit libovolný počet čtyřpólů Xi až X_n tak, že první výstupní svokra A₀‘ je spojena s první vstupní svorkou Ai čtyřpólů Xi a druhá výstupní svorka B₀‘ je spojena s druhou vstupní svorkou Pi čtyřpólů Xi. Výstupní svorky AT, Bi‘„, čtyřpólů Xi jsou spojeny se vstupními svorkami čtyřpólů X2, přičemž výstupní svorky A_n‘, B„‘ čtyřpólů X_n jsou spojeny se vstupními svorkami A, B koncovky Y. Každý čtyřpól obsahuje první diodu 6, kterou je spojena první vstupní svorka čtyřpólů Ai s první výstupní svorkou AT a druhou diodou 8, kterou je spojena druhá vstupní svorka čtyřpóiu 8i s druhou výstupní svorkou čtyřpólu BT a dále je druhá vstupní svorka Bl přes kondenzátor 4 spojena s první výstupní svorkou Ai* a obě výstupní svorky AT, BT jsou přemostěny spojovacím prvkem 7. K jednomu spínacími prvku 2 lze připojit paralelně libovolný počet koncovek Y.Y is connected via a capacitor 11 to a diode 10, which is further connected to the first input terminal A of the terminal Y, and to a load 1 which is grounded by the second pole. Between the output terminals A ₀ ', B _0' and the input terminals A, B, terminal Y can involve any number of quadrupoles X to X _n so that the first output mother-in-law A ₀ 'is connected to the first input terminal Ai quadrupole Xi and the second output terminal B ₀ 'is connected to the second input terminal Pi of quadrupole Xi. The output terminals AT, Bi '' of the quadrupole X1 are connected to the input terminals of quadrupole X2, while the output terminals A _n ', B''of the quadrupole X _n are connected to the input terminal A, B of the Y terminal. the first input terminal of quadrupole Ai is connected to the first output terminal AT and the second diode 8, which connects the second input terminal of quadrupole 8i to the second output terminal of quadrupole BT and further the second input terminal Bl is connected via capacitor 4 to the first output terminal Ai * the output terminals AT, BT are bridged by a connecting element 7. Any number of terminals Y can be connected in parallel to one switching element 2.

Zapojení pracuje tak, že v klidové poloze, kdy je spínací prvek 2 sepnut, dojde k nabití kondenzátorů 4, 11 pres odpor 5, oddělovací diody 6, 8, 10 a spínací prvek 2 na napětí primárního stejnosměrného zdroje 3. Ve druhé fázi rozepnutím spínacího prvku 2 provedeme sériové propojení nabitých kondenzátorů 4, 11 a primárního zdroje přes spojovací prvky 7, 9. Na zátěži 1 pak vznikne napětí, které je rovno· n + 2násobku napětí primárního zdroje 3, kde n je počet čtyřpólů, přičemž oddělovací diody 6, 8, 10 brání nežádoucímu vybíjení kondenzátorů 4, 11 přes spojovací prvky 7, 9. l Uvedené zapojení vytváří vlastně na zátěži po krátkou dobu znásobené stejnosměrné napětí. Tato doba je dána časovou konstantou vybíjení kondenzátorů přes zátěž. Tvofí-li zátěž kondenzátoru o velké kapacitě a provádíme-li opakovaně spínání a rozpínání spínacího prvku velkou frekvencí, pak se nám tento kondenzátor nabije na n + 2násobek primárního stejnosměrného napětí a může nám sloužit jako zdroj napětí. Konkrétně lze použít výše uvedených způsobů násobení stejnosměrného napětí v případě zapalování a ovládání elektrického výboje ve výbojových trubicích, speciálně u plynových laserů. Plynové lasery jsou napájeny ze zdrojů vysokého napětí rádu desítek až stovek kV. Zapalovací napětí výboje je podstatně vyšší, než napětí, které se na výboji ustálí po zapálení. Aby docházelo k zaručenému zapálení výboje při opakovaném zapínání laseru, používaly se zatím různé pomocné měkké zdroje vysokého napětí řazené do série s hlavním zdrojem vysokého napětí. Při ovládání výbojové trubice podle vynálezu tvoří zátěž výbojové trubice plynového laseru a spínací prvek je vysokonapěťová elektronka. Spojovací prvek může být buď odpor, nebo jisikřiště nebo řízené jiskřiště, nebo tyristor. Napětí vysokonapě ťové ho primárního zdroje může být nižší, než je zápalné napětí trubice. Při rozepnutí VN elektronky vznikne na elekrodě výbojové trubice krátký puls několikanásobku napětí VN zdroje, který způsobí zapálení výboje. Uvedené zapojení umožňuje také ovládání několika výbojových trubic pomocí jedné VN elektronky, případně ovládání soustavy paralelních výbojů u tzv. příčně buzených systémů plynových laserů. Přitom každá výbojová trubice musí mít vlastní koncovku Y.The circuit works by charging the capacitors 4, 11 through the resistor 5, the diodes 6, 8, 10 and the switching element 2 to the voltage of the primary direct current source 3 in the idle position when the switching element 2 is closed. element 2, we make a series connection of charged capacitors 4, 11 and the primary power supply via connecting elements 7, 9. The load 1 then generates a voltage equal to n + 2 times the voltage of the primary power supply 3, where n is quadrupole, 8, 10 prevents unwanted discharge of the capacitors 4, 11 via the fasteners 7, 9. In fact, this circuit generates a multiplied DC voltage on the load for a short period of time. This time is given by the time constant of the capacitors discharge through the load. If the capacitor load is large and the switching element is switched on and off repeatedly at a high frequency, then this capacitor will charge to n + 2 times the primary DC voltage and can serve as a voltage source. In particular, the above-mentioned DC voltage multiplication methods can be used in the case of ignition and electric discharge control in discharge tubes, especially gas lasers. Gas lasers are supplied from high voltage sources of tens to hundreds of kV. The ignition voltage of the discharge is substantially higher than the voltage that stabilizes on the discharge after ignition. Meanwhile, various soft auxiliary high-voltage power supplies have been used in series with the main high-voltage power supply in order to guarantee discharge ignition when the laser is switched on again. When operating the discharge tube according to the invention, the load is created by the gas laser discharge tube and the switching element is a high voltage tube. The fastener may be either a resistor or a spark gap or a controlled spark gap, or a thyristor. The voltage of the high voltage primary source may be lower than the ignition voltage of the tube. When the high voltage tube is opened, a short pulse of several times the voltage of the high voltage source is generated at the discharge tube electrode, which causes the discharge to ignite. Said connection also enables the control of several discharge tubes by means of one MV tube, or control of a system of parallel discharges in the so-called cross-excited gas laser systems. Each discharge tube must have its own terminal Y.

Spínací prvek může být tvořen VN elektronkou nebo tranzistorem a spojovací prvek může být tvořen odporem, jiskřištěm, řízeným jiskříštěm, tyristorem, tyratronem nebo VN elektronkou.The switching element may be a high voltage tube or transistor, and the connecting element may be a resistor, a spark gap, a controlled spark gap, a thyristor, a tyratron, or a high voltage tube.

Claims

SUBJECT

i. A primary power supply voltage multiplication circuit by a switching element connected in parallel to a load, characterized in that a one-pole grounded direct voltage power supply (3) is connected via a resistor (5) to the first output terminal (A ₀ ') and in parallel with the resistor (5) via a first connecting element (9) with a second output terminal (B _o ') to which at least one terminal (Y) and a switching element (2) are connected, the first output terminal (A ₀ ') is directly connected to the first input terminal (a) of the terminal (Y) and the second output terminal (B ₀ 'j is directly connected to the switching element (2) and a second input terminal (Bi terminals (Y), which is connected via konVYNÁLEZU capacitors (11 ) connected to a diode (10), which is further connected to the first input terminal (A) of the terminal (Y), and to a load (1), which is grounded by the second pole.

Wiring according to claim 1, characterized in that at least one quadrupole (Xij containing a first diode (6j) is connected between the output terminals (A ₀ '), (B ₀ ') and the input terminals (A, Bj of the terminal (Y)). is connected to the first input terminal of the quadrupole (Aij and the second pole is connected both to the first output terminal (Ai'j) through the capacitor (4) and the second input terminal (Bij), which is connected via the second diode (8) to the second output terminal ( Bij and both output terminals are bridged by the connecting element (7).