CS229244B1

CS229244B1 - Diode high-voltage transformer

Info

Publication number: CS229244B1
Application number: CS80783A
Authority: CS
Inventors: Bohumir Prochazka; Milan Pistelka; Jaroslav Brychta; Ivo Kunz
Original assignee: Bohumir Prochazka; Milan Pistelka; Jaroslav Brychta; Ivo Kunz
Priority date: 1983-02-07
Filing date: 1983-02-07
Publication date: 1984-06-18

Abstract

Vynález se týká konstrukčního uspořádání diodového vysokonapělového transformátoru pro zdroj urychlovacího napětí. Podstatou vynálezu jo, že primární vinuti sestává zo dvou jednovrstvých cívek zapojených v «árii, na nichž jaod nasunuty kotoučové cívky sekundárních vinuti s mezerami mezi. sebou, do nichž jsou vloženy diody zapojené v sérii a vývody kotoučovýeh cívek. Diodový vysokonapčlový transformátor jo určen zejména pro zdroj urychlovacího napětí u elektronové optických přístrojů.The invention relates to the structural arrangement of a diode high-voltage transformer for an accelerating voltage source. The essence of the invention is that the primary winding consists of two single-layer coils connected in series, on which are inserted disc coils of secondary windings with gaps between them, into which are inserted diodes connected in series and the terminals of the disc coils. The diode high-voltage transformer is intended in particular for an accelerating voltage source in electron optical instruments.

Description

Vynález se týká konstrukčního uspořádání diodového vysokonapěťového transformátoru pro zdroj urychlovacího napětí.The invention relates to a construction of a diode high voltage transformer for an accelerating voltage source.

Pro zdroje urychlovacího napětí elektronově optických přístrojů se většinou používá násobičů napětí napájených obvykle z VN transformátorů zpracovávajících sinusové napětí ultrazvukových frekvencí. V poslední době, hlavně u přístrojů pracujících s nižším urychlovacím napětím cca do 20 kV, se začínají uplatňovat zdroje na principu jednočinného blokujícího měniče (Fly-back convertor). Zdroje urychlovacího napětí pracující na tomto principu jsou proti klasickým zdrojům menší, lehčí a mají vyšší účinnost. Měnič se skládá z vysokonapělového vysokofrekvenčního transformátoru, jehož primární vinutí se periodicky připojuje ke zdroji stejnosměrného napětí. V době, kdy je měnič připojen ke zdroji, hromadí se odebíraná energie ve formě magnetické energie v jádře transformátoru. V době, kdy je měnič od zdroje odpojen, transformuje se nahromaděná energie do sekundárního vinutí a přes oddělovací diodu do sběracího kondenzátoru. Na transformátor jsou kladeny značné požadavky, neboť na jeho sekundárním vinutí je v okamžiku přerušení primárního proudu napěťový puls, jehož velikost musí převýšit napětí na sběracím kondenzátoru. Vlastní kapacita sekundárního vinutí musí být co nejmenší a rovněž tak kapacity vinutí proti zemi, neboť způsobují nežádoucí kapacitní proudy, omezující účinnost a způsobující ionizaci okolního prostředí.For the accelerating voltage sources of electron optical devices, voltage multipliers are usually used, which are usually supplied from HV transformers processing sinusoidal voltage of ultrasonic frequencies. Recently, especially on devices operating with a lower accelerating voltage of up to about 20 kV, the Fly-back convertor sources have started to be used. Accelerating voltage sources working on this principle are smaller, lighter and have higher efficiency compared to conventional sources. The converter consists of a high-voltage high-frequency transformer whose primary winding is periodically connected to a DC voltage source. While the inverter is connected to the power source, the energy consumed in the form of magnetic energy accumulates in the transformer core. When the inverter is disconnected from the power source, the accumulated energy is transformed into the secondary winding and through the decoupling diode to the collecting capacitor. The transformer is subject to considerable demands because its secondary winding has a voltage pulse at the moment of interruption of the primary current, the magnitude of which must exceed the voltage at the collecting capacitor. The intrinsic capacity of the secondary winding must be as small as possible, as well as the winding capacities against the ground as they cause undesired capacitive currents, limiting efficiency and causing environmental ionization.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje diodový vysokonapěťový transformátor s feritovým U jádrem, s vinutím na obou sloupcích, v sériovém zapojení, jehož podstatou je, že primární vi- 3 —These previous disadvantages are eliminated by a diode high-voltage transformer with a ferrite U core, with winding on both columns, in series connection, which is based on the fact that primary

229 244 nutí sestává ze dvou jednovrstvých cívek, zapojených v sérii, na nichž jsou nasunuty kotoučové cívky sekundárních vinutí s mezerami mezi sebou, do nichž jsou vloženy diody, zapojené v sérii s vývody kotoučových cívek.The coil 229 244 consists of two single-layer coils connected in series, on which the coils of the secondary windings with spacing between them are inserted, in which diodes connected in series with the coil terminals are inserted.

Uvedené uspořádání má tu výhodu, že kapacity jednotlivých sekcí proti zemi se prakticky neuplatní, neboť jsou odděleny usměrňovacími diodami. Izolace vinutí proti zemi je prakticky namáhána pouze stejnosměrným napětím. Závěrné napětí na diodách je sníženo na hodnotu:This arrangement has the advantage that the capacities of the individual sections against the ground are practically inapplicable as they are separated by rectifying diodes. Insulation of the windings against the ground is practically stressed only by DC voltage. The reverse voltage on the diodes is reduced to:

kde U je napětí na sběracím kondenzátoru,where U is the voltage at the collecting capacitor,

U.j je špičková hodnota napětí, indukovaná v sekundárním vi nutí při připojení primáru na zdroj napájecího napětí, n je počet sekcí jedné cívky.Uj is the peak voltage value induced in the secondary winding when the primary is connected to the power supply, n is the number of sections of one coil.

Stejně je zmenšeno i střídavé napětí na jednotlivých sekcích namáhající jejich mezivrstvovou izolaci. Vinutí transformátoru, zalité do umělé pryskyřice, je kompaktní, a není dále třeba konstruovat speciální izolační nosič usměrňovačích diod. Konstrukčním provedením vinutí na obou sloupcích se využije maximálního prostoru, daného konstrukcí U jádra.In the same way, the alternating voltage on the individual sections stressing their interlayer insulation is reduced. The transformer winding encapsulated in artificial resin is compact, and there is no need to construct a special insulating carrier of rectifier diodes. The design of the windings on both columns utilizes the maximum space given by the U-core design.

Vynález blíže objasní osový řez konstrukčního uspořádání transformátoru na přiloženém výkresu (pro zdroj záporného napětí). Na sloupcích feritového U jádra J jsou nasunuty jednovrstvé cívky ]. a 2 primárního vinutí spojené do série magneticky souhlasně. Jednovrstvé cívky £ a 2 jsou spojeny se zdrojem napětí U_Q pres spínač 2· Na jednovrstvých cívkách JL a .2 jsou nasunuty s mezerami kotoučové cívky 11, 11 a až 11 n, dále pak 21, 21a až 21 n sekundárního vinutí. V mezerách jsou uloženy diody 1 2, 12a až 12n a dále 22, 22a až 22n, zapojené v sérii s kotoučovými cívkami 11 až 11 n, 21 až 21n, orientovány souhlasně ták, že katody diod 12 až £2n, 22 až 22n jsou připojeny na konce k a anody na jejich začátky z, Spojený sériový sekundární řetězec je začátkem z kotoučové cívky 11 spojen se zemí a poslední diodou 22n anodou se sběracím kondenzátorem 6. Takto sestavené cívky ve dvou sloupcích jsou zality v izolačníThe invention will be explained in more detail by an axial section of the transformer construction in the attached drawing (for a negative voltage source). Single-layer coils] are mounted on the ferrite U core J columns. and 2 primary windings connected in series magnetically in agreement. The single-layer coils 4 and 2 are connected to a voltage source U _Q via a switch 2. On the single-layer coils 11 and 11, the spool gaps 11, 11 a to 11 n and slots 21, 21a to 21 n of the secondary winding are inserted. The diodes 12, 12a to 12n and 22, 22a to 22n, connected in series with the coils 11 to 11n, 21 to 21n, are arranged in the gaps so that the cathodes of the diodes 12 to 12n, 22 to 22n are connected to the ends of the anode and to their start z, The connected serial secondary string is connected to the ground at the beginning of the disc coil 11 and the last diode 22n by an anode to the collecting capacitor 6. The coils thus assembled in two columns are embedded in insulation

229 244 hmotě, například v epoxidové pryskyřici. Sériové zapojení primárních a sekundárních vinutí je na obou sloupcích shodné.229 244 mass, for example in an epoxy resin. Serial connection of primary and secondary windings is identical on both columns.

Rozdělení primárních i sekundárních vinutí na oba sloupky U jádra zmenšuje objem transformátoru a umožňuje zvětšit izolační vzdálenosti mezi jednotlivými sekcemi. Vložení diod 1 2 až 12n, 22 až 22n přímo mezi sekce sekundárního vinutí zaměňuje klasické namáhání sekcí sekundárního vinutí velkou špičkovou hodnotou střídavého napětí za namáhání stejnosměrným napětím rovnoměrně rozděleným na všechny sekce sekundárního vi- , nutí, což snižuje požadavky na izolaci vinutí a zmenšuje pravděpodobnost ionizace ve vinutí. Kompaktní celek diodového vy- * sokonapětového vysokofrekvenčního transformátoru produkuje na svém výstupu již přímo stejnosměrné napětí a není třeba další obvyklé samostatné konstrukce diodového násobiče napětí.Splitting the primary and secondary windings into both columns The core reduces the transformer volume and allows to increase the insulation distances between sections. The insertion of diodes 12 to 12n, 22 to 22n directly between the secondary winding sections replaces the classical stress of the secondary winding sections with a large AC peak value for a DC voltage evenly distributed across all the secondary winding sections, reducing winding insulation requirements and reducing the probability winding ionization. The compact diode high-voltage high-frequency transformer assembly produces direct voltage at its output, and no other conventional diode voltage multiplier designs are required.

Shodná analogická konstrukce diodového vysokonapětového vysokofrekvenčního transformátoru může být využita i pro zdroj výstupního kladného stejnosměrného napětí proti zemi.The same analog design of the diode high-voltage high-frequency transformer can also be used for the source of the output positive DC voltage against ground.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

229 244

Diode high-voltage transformer with ferrite U core with both-pole winding in series connection, characterized in that the primary winding consists of two single-layer coils (1 and 2) connected in series on which disc coils (11-11n, 21- 21n) of secondary windings with gaps between them, in which diodes (12-12n, 22-22n) are connected in series with the outlets (z, k) of the coil coils (11-21), 21-21n).