NL9002148A - Voedingsinrichting. - Google Patents

Description

Voedingsinrichting

De uitvinding heeft betrekking op een voedingsinrichting, in het bijzonder geschikt voor het voeden van een filament van een zendbuis, voorzien van een gloeispanningstransformator, een pulstransformator en aansluitklemmen voor een wisselspannings-generator waarbij een secondaire zijde van de gloeispanningstransformator met het filament is gekoppeld, een primaire zijde van de gloeispanningstransformator met de aansluitklemmen zijn gekoppeld en waarbij een secondaire zijde van de pulstransformator met het filament is gekoppeld.

Een dergelijke inrichting kan worden toegepast in een radarzender t.b.v. het genereren van radarzendpulsen. De radarzender is dan voorzien van een hoogvermogen radarzendbuis, zoals bijvoorbeeld een cross field amplifier, een travelling wave tube of een klystron, waarvan de kathode zich op een gepulste hoogspanningspotentiaal bevindt. Een probleem hierbij wordt gevormd door het filament, dat zich binnen de kathode bevindt of de kathode vormt en dat moet worden voorzien van een gloeispanning. Gloeispanning is nodig om de kathode op een hoge temperatuur te brengen, zó dat voldoende electronenemissie plaats vindt.

Bij een uit de literatuur bekende oplossing is het voor de gloeispanningstransformator essentieel dat de capaciteit tussen de primaire en de secundaire wikkeling zeer gering is, omdat deze capaciteit een parasitaire belasting vormt voor de pulstransformator die de kathode van de radarzendbuis van gepulste hoogspanning voorziet. Van dit type transformatoren met een kleine capaciteit tussen de wikkelingen is bekend dat de spreidingszelfinductie groot is, waardoor de uitgangsspanning in belaste toestand onder meer afhangt van de frequentie van de primaire spanning en de temperatuur van de transformator. Als zodanig is deze transformator minder geschikt voor het voeden van een filament, waarvoor de spanning nauwkeurig door de fabrikant is voorgeschreven.

Het voedingsapparaat volgens de uitvinding heft deze bezwaren op en heeft als kenmerk dat de secondaire zijde van de pulstransformator via een bifilaire wikkeling met het filament is gekoppeld waarbij de voedingsinrichting verder is voorzien van een ontkoppelnetwerk waarmee de bifilaire wikkeling is geaard.

Hierdoor is het mogelijk om via de bifilaire wikkeling een spanningsmeter op het filament aan te sluiten, waardoor een voortdurende controle van de filamentspanning mogelijk is.

Het bifilair wikkelen van de secundaire wikkeling van een pulstransformator die de radarzendbuis van een gepulste hoogspanning voorziet is op zich bekend uit de literatuur. Daarbij wordt tussen de twee uiteinden van de wikkelingen die zich nagenoeg op aardpotentiaal bevinden de gloeispanning aangesloten en tussen de twee uiteinden van de wikkeling die zich op de gepulste hoogspanning bevinden het filament van de radarzendbuis aangesloten.

Deze oplossing brengt met zich mee dat de gloeistroom door de secundaire wikkeling van de pulstransformator loopt. Daardoor moeten extra voorzieningen voor de koeling van de secundaire wikkeling worden getroffen en moet de draad- of foliedikte van de secundaire wikkeling extra groot worden gekozen. Dit maakt de pulstranformator minder compact en vergroot de spreidingszelfinductie van de pulstranformator. Deze spreidingszelfinductie bepaalt de feitelijke kwaliteit van een pulstranformator, ze beperkt de mogelijke flanksteilheid van de hoogspanningspuls en de maximaal mogelijke transformatieverhouding. De voedingsinrichting overeenkomstig de uitvinding als hiervoor omschreven kent deze nadelen echter niet.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarvan:

Fig. 1 een diagram van een voedingsapparaat volgens de stand der techniek weergeeft;

Fig. 2 een diagram van een alternatief voedingsapparaat volgens de stand der techniek weergeeft;

Fig. 3 een diagram van een voedingsapparaat volgens de uitvinding weergeeft;

Fig. 4 een tekening van de gloeispanningstranformator weergeeft.

Een voedingsapparaat volgens de stand der techniek kan op een in fig. 1 schematisch weergegeven wijze in een radarzender worden toegepast. Van een radarzendbuis 1 is alleen een filament 2 weergegeven; aangenomen mag worden dat de overige delen van de radarzendbuis zich nagenoeg op aardpotentiaal bevinden. Pulstransformator 3 is voorzien van een primaire wikkeling 4, waarvan op de ingangsklemmen een pulsvormige spanning kan worden aangeboden. Een secundaire wikkeling 5 is bifilair uitgevoerd.

Een bifilaire wikkeling is een wikkeling waarbij twee parallele stroomgeleiders worden gebruikt in plaats van één. Eén zijde van de wikkeling 5 bevindt zich, via een secundaire wikkeling 7 van een gloeispanningstranformator 6, nagenoeg op aardpotentiaal. De andere zijde van de wikkeling 5 is aangesloten aan het filament 2 op de in fig. 1 aangegeven wijze. De pulstransformator 3 is zodanig gewikkeld dat wanneer aan de primaire zijde 4 een pulsvormige spanning wordt aangeboden, het filament 2 op een negatieve hoogspanningspotentiaal wordt gebracht. De gloeispanningstransformator 6 is zodanig gewikkeld dat wanneer aan een primaire zijde 8 een wisselspanning wordt aangeboden, doorgaans een netspanning, de secundaire wikkeling 7 een benodigde gloeispanning via de bifilair uitgevoerde secundaire wikkeling 5 aan het filament 2 levert. Gloeispanning is nodig om het filament, of een kathode waarbinnen het filament zich bevindt, op een hoge temperatuur te brengen, zó dat voldoende electronenemissie plaats vindt. Doordat de stroomrichting ten gevolge van de gloeispanning in de twee draden of folies van de bifilaire wikkeling tegengesteld is, wordt door deze stroom nagenoeg geen magnetisch veld opgewekt in de pulstransformator 3. Wel zal door ohmse verliezen warmteontwikkeling optreden in de bifilaire wikkeling.

Een alternatief voedingsapparaat volgens de stand der techniek kan op een in fig. 2 schematisch weergegeven wijze in een radarzender worden toegepast.

Pulstransformator 9 is voorzien van een primaire wikkeling 10, waarvan op de ingangsklemmen een pulsvormige spanning kan worden aangeboden. Een secundaire wikkeling 11 is aan een zijde geaard en aan de andere zijde verbonden met het filament 2. Aan een primaire wikkeling 14 van gloeispanningstransformator 12 wordt een wisselspanning aangeboden, doorgaans een netspanning, waarbij een secundaire wikkeling 13 het filament van de benodigde gloeispanning voorziet. Gloeispanningstransformator 12 dient zo uitgevoerd te zijn dat een parasitaire capaciteit tussen de primaire wikkeling 14 en de secundaire wikkeling 13 zeer gering is. Tevens dient de isolatie tussen de primaire wikkeling 14 en de secundaire wikkeling 13 dusdanig te zijn dat door de pulstransformator 9 gegenereerde hoogspanningspulsen kunnen worden weerstaan zonder dat doorslag optreedt. Deze eisen brengen met zich mee dat de magnetische koppeling tussen de primaire wikkeling en de secundaire wikkeling vrij los is, wat een hoge spreidingszelfinductie veroorzaakt. Hierdoor kan de gloeispanning op het filament variëren, bijvoorbeeld ten gevolge van schommelingen in de temperatuur van transformator 12, hetgeen de werking van de radarzendbuis 1 kan beïnvloeden en de levensduur kan verkleinen.

Een voedingsapparaat volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd zoals schematisch in fig. 3 is weergegeven. Hierbij ontvangt filament 2 een gloeispanning met behulp van een gloeispanningstransformator 12 waaraan, zoals hiervoor omschreven, een wisselspanning kan worden toegevoerd. Pulstransformator 3 is uitgevoerd met een bifilaire secundaire wikkeling 5, die nu echter bifilair is uitgevoerd om de gloeispanning op het filament 2 te kunnen meten op de uiteinden 15 van de bifilaire wikkeling 5. Deze uiteinden zijn hiertoe voorzien van aansluitklemmen 16.

Ontkoppelnetwerken 17 vormen nagenoeg een kortsluiting voor de hoogspanningspuls die door de bifilaire wikkeling 5 wordt opgewekt. Deze uiteinden 15 bevinden zich derhalve nagenoeg op aardpotentiaal. De ontkoppelnetwerken 17 staan, weliswaar in serie geschakeld, parallel aan het filament en dienen derhalve zo te zijn uitgevoerd dat ze slechts een te verwaarlozen belasting vormen voor de gloeispanningstransformator 12. Een geschikt ontkoppelnetwerk is voorzien van een condensator en een parallel hieraan geschakelde hoogohmige weerstand. Op de aanslultklemmen 16 kan nu tijdens bedrijf de gloeispanning worden gemeten. Hiertoe is een voortdurende controle van de filamentspanning mogelijk geworden.

Gloeispanningstransformator 12 dient dusdanig te worden uitgevoerd dat parasitaire capaciteiten tussen primaire wikkeling 14 en secundaire wikkeling 13 minimaal zijn. Deze parasitaire capaciteiten staan parallel aan de door de zendbuis 1 gevormde belasting voor de pulstransformator 3 en veroorzaken verminderde flanksteilheid van de puls, rimpel gedurende de puls en een positieve restspanning na de puls.

Binnen het vakgebied is echter bekend dat geringe parasitaire capaciteiten tussen primaire en secundaire wikkeling noodzakelijkerwijs een grote spreidingszelfinductie in de transformator met zich meebrengen. Dit maakt dat de spanning op het filament 2 afhankelijk van de temperatuur van de gloeispanningstransformator en de frequentie van de spanning op de primaire wikkeling 14. Daarnaast hangt de spanning op het filament 2 natuurlijk af van de grootte van de spanning op de primaire wikkeling 14, doorgaans de netspanning.

Bij een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding kan de primaire wikkeling 14 van de gloeispanningstransformator 12 worden aangesloten op een regelbare en teruggekoppelde wissel-spanningsbron 18 voorzien van een instelorgaan 19 waarmee de gewenste wisselspanning kan worden gekozen. De wisselspanningsbron 18 is tevens voorzien van een sense ingang 20, waarmee de actuele spanning van het filament 2 kan worden gemeten. Deze meting met behulp van de sense ingang 20 geschiedt via de aansluitklemmen 16 en de bifilaire secundaire wikkeling 5 die op zijn beurt is aangesloten op het filament 2. Ten gevolge van de terugkoppeling is een nauwkeurige en constante gloeispanning verkregen en zijn effecten ten gevolge van de spreidingszelfinductie geëlimineerd.

Wordt een regelbare wisselspanningsbron 18 met een hoge frequentie gekozen, zoals een schakelende voeding of een resonante converter, dan is het mogelijk gloeispanningstransformator 12 uit te voeren volgens fig. 4. Hierbij is de kern van de transformator 12 voorzien van een ringkern 21 die omwikkeld is met n primaire windingen 22, en van een secundaire wikkeling die slechts uit één winding 23 bestaat. Van dit type transformator is in het vakgebied welbekend dat superieure isolatie-eigenschappen worden gekoppeld aan een lage parasitaire capaciteit tussen de primaire wikkeling 22 en de secundaire wikkeling 23, terwijl de spreidingszelfinductie van de transformator optimaal is. Het aantal primaire windingen n kan worden bepaald door de nominale uitgangsspanning van de wisselspanningsbron 18 te delen door de gewenste nominale gloeispanning van het filament 2.

Om een optimale isolatie tussen de primaire wikkeling 22 en de secundaire wikkeling 23 te bewerkstelligen, wordt de verhouding tussen de binnendiameter van ringkern 21 en de buitendiameter van de secundaire wikkeling 23 omgeveer 2.7 gekozen. Zoals bekend in het vakgebied van de hoogspanningstechniek is dan de electrische veldsterkte nabij de secundaire winding 23 minimaal.

In de radarzendbuis zendt het filament, of een door het filament verhitte kathode, onder invloed van de hoogspanningspuls electronen uit. Hierbij blijkt de gloeispanning voor het filament een geringe invloed te hebben op de snelheid waarmee de electronen worden uitgezonden. Het resultaat hiervan is dat de radarzendpuls in geringe mate modulatiezijbanden bevat met de frequentie van de gloeispanning. Dit maakt de radarzender minder geschikt voor toepassingen waarbij de radar uitsluitend bewegende doelen dient op te sporen. Hordt echter de primaire wikkeling 14 van de gloeispanningstransformator 12 primair aangesloten op een wisselspanninsbron 18 met hoge frequentie, dan is het mogelijk om tussen de secundaire wikkeling 13 van de gloeispanningstransformator 12 en het filament een gelijkrichtschakeling 24 met afvlak-condensatoren 25 op te nemen, waardoor de modulatiezijbanden nagenoeg verdwijnen. De hoge frequentie is noodzakelijk omdat het filament doorgaans zeer laagohmig is, wat bij lage frequenties onbestaanbaar grote afvlakcondensatoren zou vergen. Bij toepassing van een gelijkrichtschakeling 24 dient de wisselspanningsbron 18 voorzien te zijn van een sense-ingang 20 geschikt voor het verwerken van een gelijkspanning, daar de door de sense-ingang te meten spanning van het gelijkgerichte type is.

Een verdere reductie van de modulatiezijbanden kan nog worden verkregen door de wisselspanningsbron 18 uit te voeren met een aan/uit schakelmogelijkheid 26 en hiermee, kort voordat de hoog-spanningspuls aan de radarzendbuis wordt toegevoerd de wisselspanningsbron uit te schakelen en kort na de hoogspanningspuls weer in te schakelen. Hierbij is het echter noodzakelijk de frequentie van de wisselspanningsbron 18 belangrijk groter te kiezen dan de herhalingsfrequentie van de hoogspanningspuls. Veronderstellen we bijvoorbeeld een herhalingsfrequentie van de hoogspanningspuls van 1 kHz, een pulsduur van de hoogspanningspuls van 1 /isec en een frequentie van de wisselspanningsbron van 100 kHz, dan blijkt slechts gedurende ongeveeer 1% van de tijd de wisselspanningsbron uitgeschakeld te zijn. Gedurende die tijd zorgen de afvlakcondensatoren 25 van de gelijkrichtschakeling 24 en de warmtecapaciteit van het filament 2 voor een nagenoeg constante temperatuur van het filament.

Claims (8)

1. Voedingsinrichting, in het bijzonder geschikt voor het voeden van een filament van een zendbuis, voorzien van een gloeispannings-transformator, een pulstransformator en aansluitklemmen voor een wisselspanningsgenerator waarbij een secondaire zijde van de gloeispanningstransformator met het filament is gekoppeld, een primaire zijde van de gloeispanningstransformator met de aansluitklemmen zijn gekoppeld en waarbij een secondaire zijde van de pulstransformator met het filament is gekoppeld, met het kenmerk, dat de secondaire zijde van de pulstransformator via een bifilaire wikkeling met het filament is gekoppeld waarbij de voedingsinrichting verder is voorzien van een ontkoppelnetwerk waarmee de bifilaire wikkeling is geaard.

2. Voedingsinrichting volgens conclusie 1, verder voorzien van een met de aansluitklemmen gekoppelde wisselspanningsgenerator, waarbij de wisselspanningsgenerator regelbaar is en voorzien van een sense ingang, met het kennmerk, dat de sense ingang via de bifilaire wikkeling is aangesloten op het filament.

3. Voedingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de gloeispanningstransformator is voorzien van een ringkern.

4. Voedingsinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de gloeispanningstransformator slechts een secundaire winding heeft.

5. Voedingsinrichting volgens conclusie 3 en 4, met het kenmerk, dat de verhouding tussen een binnendiameter van de ringkern en een buitendiameter van de secundaire wikkeling althans nagenoeg 2.7 is.

6. Voedingsinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tussen de secundaire winding van de gloeispannings-transformator en het filament een gelijkrichtschakeling is geplaatst.

7. Voedingsinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de gelijkrichtschakeling is voorzien van ontkoppelcondensatoren.

8. Voedingsinrichting volgens één der conclusies 2 t/m 7, met het kenmerk, dat de wisselspanningsgenerator is voorzien van een aan/uit schakelmogelijkheid waarmee de wisselspanningsgenerator wordt uitgeschakeld voordat door de pulstransformator een hoogspanningspuls aan het filament wordt toegevoerd en weer ingeschakeld na beëindiging van de hoogspanningspuls.