DE2100734A1 - Hochspannungsgenerator - Google Patents

Description

Patentanwälte
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8 Manchen 22, Steinsdorfstr. 10

310-16.471P 8.1.1971

Ste D¹OPTIQUE, PRECISION, ELECTRONIQUE & MECANIQUE - SOPELEM

Paris (Frankreich)

Hochspannungsgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochspannungsgenerator mit variabler Ausgangsgleichspannung, der insbesondere zur Fernsteuerung einer Spannung bestimmt ist, die wie beispielsweise eine der Kathodenspannung einer Elektronenkanone überlagerte J Polarisationsspannung auf einem hohen Potential gehalten werden muß.

Die Schwierigkeiten für eine Regelung hoher Potentiale etwa in der Größenordnung von beispielsweise 75 000 Volt sind hinreichend bekannt. Dazu ist eine Isolierung der Steuerung erforderlich, was eine mechanische Fernsteuerung für ein auf Hochspannung liegendes Potentiometer schwierig macht und wegen der unvermeidlichen Spiele keine gute Genauigkeit für die eingestellte Spannung zuläßt· Ebenso muß man im Falle einer Fern-

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Steuerung über Servomotore komplizierte Zusatzeinrichtungen verwenden, um eine hinreichend genaue Nachführung der mechanisch beweglichen Teile der Servomotore zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochspannungsgenerator zu schaffen, der unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile der bekannten Hochspannungsgeneratoren eine Spannungsregelung mit einer Niederspannungsapparatur und rein statischen Mitteln gestattet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an eine Wechselspannungsquelle über einen Modulator mit einstellbarer Verstärkung die Primärwicklung eines Transformators angeschlossen ist, der zwei Sekundärwicklungen aufweist, von denen die erste über einen ersten Gleichrichter, und ein erstes Filter mit einer ersten Last, an deren Klemmen die variable Ausgangsgleichspannung abnehmbar ist, und die zweite über einen zweiten Gleichrichter und ein zweites Filter mit einer zweiten Läse verbunden ist, daß die Kenngrößen für die eine Sekundärwicklung des Transformators, den zugehörigen Gleichrichter, das zugehörige Filter und die zugehörige Läse denen für die jeweils zweite Sekundärwicklung, dem zugehörigen Gleichrichter, das zugehörige Filter und die zugehörige Läse genau homothetisch sind und daß zwischen die zweite Last und den Modulator ein Gegenkopplungszweig eingefügt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungsgenerators, die zur Fernsteuerung einer puf hohem Potential zu haltenden Spannung bestimmt ist, sind ein Hauptgeneräor mit fester Ausgangsgleichspannung und ein Hilfsgenerator mit variabler Ausgangsgleichspannung so zusammengeschaltet, daß die erste Last des Hilfsgenerators für einen Verbraucher mit dem Hauptgenerator in Serie liegt.

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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, bei dem einer festen Hochspannung gleich eine fernsteuerbare Hilfsgleichspannung überlagert wird. Ein möglicher Anwendungsfall für einen in dieser Weise ausgebildeten Hochspannungsgenerator ist die Erzeugung einer der Kathodenspannung für eine Elektronenkanone zu überlagernden Polarisationsspannung und deren Fernsteuerung.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungsgenerator und seine Verbindung mit zwei Verbrauchernj

Fig. 2 ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaues des Hochspannungsgenerators von Fig· I im einzelnen.

In der Darstellung in Fig. 1 speist ein Hauptgenerator 1 mit einer festen Ausgangsgleichspannung von beispielsweise 75·000 Volt einen ersten Verbraucher 4, der etwa die Kathode einer Elektronenkanone sein kann. Ein zweiter Verbraucher 3> der aus dem Steuergitter der Elektronenkanone bestehen kann, wird durch einen Hilfsgenerator 2 gespeist, dessen regelbare Ausgangs- A gleichspannung zu der des Hauptgenerators 1 in Serie liegt. Sowohl der Ausgang des Hilfsgenerators 2 als auch die verschiedenen Verbindungskabel befinden sich daher auf dem hohen Potential des Hauptgenerators 1.

In der Darstellung von Fig. 2 speist der Hauptgenerator den Verbraucher 4 unmittelbar und hält in gleicher Weise den zweiten Verbraucher 3 auf hohem Potential. Die nachfolgende Beschreibung befaßt sich nur mehr mit den Einzelheiten im Aufbau des in Fig. 1 global mit 2 bezeichneten und zwischen dem Hauptgenerator 1 und dem zweiten Verbraucher 3 eingefügten Hilfsgenerators 2.

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Ein Oszillator 5 erzeugt eine sinusförmige Spannung mit fester Frequenz und Amplitude, die durch einen Modulator mit variabler Verstärkung in Abhängigkeit von der Spannung in einem weiter unten näher beschriebenen Gegenkopplungszweig moduliert wird. Diese modulierte Spannung wird in einem Verstärker 10 verstärkt und der Primärwicklung 11 eines Transformators 25 zugeführt, der außerdem noch zwei einander gleiche Sekundärwicklungen 12 und 13 besitzt.

Die erste Sekundärwicklung 12 des Transformators 25 wird durch die Hochspannung aus dem Hauptgenerator 1, der in Serie zu ihr liegt, auf hohem Potential gehalten. Die von der Sekundärwicklung 12 abgegebene Wechselspannung wird nach Gleichrichtung in einem Gleichrichter 14 und Filterung in einem Filter 16 einer Last 18 zugeführt. Die so an der Last auftretende Gleichspannung liegt der vom Hauptgenerator erzeugten Spannung in Serie, und die Summe dieser Spannungen wird dem Verbraucher 3 zugeführt.

Die zweite Sekundärwicklung 13 liegt auf Massepotential. Die von dieser zweiten Sekundärwicklung 13 abgegebene Wechselspannung wird in einem Gleichrichter 15 gleichgerichtet, in einem Filter 17 gefiltert und schließlich einer Last 19 zugeführt. Ein Teil der so an der Last 19 auftretenden Gleichspannung wird als Vergleichsmaß benutzt und mit einer von einem Generator 23 erzeugten und mittels eines Potentiometers geregelten Bezugsspannung vergliohen. Dazu bilden zwei Widerstände 20 und 21 die Summe aus der an der Last 19 abgenommenen Gegenkopplungsspannung und der am Potentiometer abgenommenen Bezugsspannung. Ein integrierend wirkender Verstärker 24 verstärkt die Abweichung zwischen der gemessenen Gegenkopplungsspannung und der Bezugsspannung, integriert diese Abweichung und steuert den Modulator 26 entsprechend.

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Ebenso wie die beiden Sekundärspulen 12 und IjJ des Transformators 25 einander gleichen, sind auch die beiden Gleichrichter 14 und 15, die beiden Filter l6 und 17 und die beiden Lasten 18 und 19 einander paarweise genau gleich. Die an den Klemmen der Last 19 auftretende Spannung ist daher der an den Klemmen der Last 18 auftretenden Spannung sowohl in ihren Momentanwerten als auch in ihren Variationen ständig gleich.

Der Modulator 26 besteht im dargestellten Falle aus zwei dynamischen Teilerbrücken. Die erste dieser Brücken ist aus einem Widerstand 6 und einem Feldeffekttransistor 7 aufgebaut, dessen Quellenelektrode an Masse liegt und dessen Torelektrode das Steuersignal zugeführt erhält. Der Feldeffekttransistor 7 verhält sich daher wie ein Bauelement mit variabler Leitfähigkeit, wobei seine Leitfähigkeit von der seiner Torelektrode jeweils zugeführten Spannung abhängt. Die zweite Teilerbrücke besteht aus einem Widerstand 8 und einem Feldeffekttransistor 9.

In der Darstellung in Fig. 2 ist der auf Hochspannung liegende Teil der gesamten Schaltung in ein mit gestrichelten Linien dargestelltes Rechteck eingeschlossen, und man sieht ohne weiteres, daß die gesamte Regelschaltung außerhalb dieses Rechtecks und damit auf niedriger Spannung liegt. Die Regelung der der Spannung aus dem Hauptgenerator 1 überlagerten Spannung an der Last 18 erfolgt durch Einwirkung auf das Potentiometer 22, Die vom Generator 25 erzeugte Spannung kann in der Größen ordnung von 6 Volt liegen, und das Potentiometer 22 kann eine große Empfindlichkeit aufweisen und läßt sich ohne weiteres und ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen hinsichtlich seiner Isolierung oder seiner Fernsteuerung in das Steuerpult des Hochspannungsgenerators einbauen.

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Der dargestellte Hochspannungsgenerator ermöglicht die Erzielung einer hohen Stabilität für die an den Klemmen der ersten Last abnehmbare Ausgangsgleiohspannung und einer hohen Genauigkeit, da das ganze System mit einer Gegenkopplungsschleife ausgeführt ist und ein Vergleich zwischen einer mit der Nutzspannung identischen Spannung und einer Bezugsspannung erfolgt, die mit großer Genauigkeit erzeugt werden kann. So kann die Erzeugung der Bezugsspannung im Generator 23 mit Hilfe einer Zenerdiode von hoher Stabilität erfolgen, die im Bedarfsfalle in einem auf konstanter Temperatur gehaltenen Behälter eingeschlossen werden kann, um sie auch gegen thermische Umgebungseinflüsse zu .isolieren.

Die dargestellte Schaltung kann selbstverständlich in vielfacher Weise abgewandelt werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So brauchen die beiden Sekundärspulen des Transformators und die damit verbundenen Gleichrichter, Filter und Lasten nicht paarweise einander gleich zu sein, sondern es genügt, wenn sie paarweise im konstanten Verhältnis homothetisch sind. Ebenso lassen sich die verschiedenen Punktionsorgane unterschiedlich ausführen. So kann beispielsweise jede der beiden dynamischen Teilerbrücken in an sich bekannter Weise aus einem Widerstand und einer Triode anstelle eines Feldeffekttransistors aufgebaut sein. Auch kann der Verstärker 10 eine variable Verstärkung aufweisen und durch einen gegengekoppelten Strom oder eine gegengekoppelter Spannung gesteuert werden, wobei in diesem Falle der Modulator 26 und der Verstärker 10 zu einer gemeinsamen Betriebseinheit zusammengefaßt werden können.

Schließlich läßt sich die in Fig. 2 dargestellte Schaltung

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auch als einfacher Generator zur Erzeugung einer regelbaren Gleichspannung verwenden; in diesem Falle bleiben dann der Hauptgenerator 1 ebenso wie die Verbraucher 5 und 4 im Schaltschema von Fig. 2 weg, und die regelbare und stabilisierte Ausgangsgleichspannung kann unmittelbar an den Klemmen der Last 18 abgenommen werden.

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Claims (5)

1. - 8 Patentansprüche

   ί 1.J Hochspannungsgenerator mit variabler Ausgangsgleichspannung, dadurch gekennzeichnet, daß an eine Wechselspannungsquelle (5) über einen Modulator (26) mit einstellbarer Verstärkung die Primärwicklung (11) eines Transformators (25) angeschlossen ist, der zwei Sekundärwicklungen (12 und 13) aufweist, von denen die erste (12) über einen ersten Gleichrichter (14) und ein erstes Filter (16) mit einer ersten Last J(l8), an deren Klemmen die variable Ausgangsgleichspannung abnehmbar ist, und die zweite (IJ) über einen zweiten Gleichrichter (15) und ein zweites Filter (17) mit einer zweiten Last (19) verbunden ist, daß die Kenngrößen für die eine Sekundärwicklung (12 oder 13) des Transformators (25)» den zugehörigen Gleichrichter (14 bzw. 15), das zugehörige Filter (16 bzw. 17) und die zugehörige Last (18 bzw. 19) denen für die jeweils zweite Sekundärwicklung (13 bzw. 12), den zugehörigen Gleichrichter (15 bzw. 14), das zugehörige Filter (17 bzw. 16) und die zugehörige Last (19 bzw. 18) genau homothetisch sind und daß zwischen die zweite Last (19) und den Modulator (26) ein Gegenkopplungszweig (21, 24) eingefügt ist.
2. 2. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Hauptgenerator (1) mit fester Ausgangsgleichspannung und einem Hilfsgenerator (2) mit variabler Ausgangsgleichspannung besteht, dessen erste Last (18) für einen Verbraucher (3) mit dem Hauptgenerator (1) in Serie geschaltet ist.
3. 3. Hochspannungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sekundärwicklungen (12 und 13) des Transformators (25) einander gleich sind und daß die damit

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   gekoppelten Gleichrichter (14 und 15), Filter (16 und 17) und Lasten (18 und 19) einander paarweise genau gleich sind.
4. 4. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungszweig einen Fehlerintegrator (24) enthält.
5. 5. Hochspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (26) aus zwei dynamisehen Teilerbrücken (6, 7 und 8, 9) besteht.

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