RU1812616C - Surge injector of single-polarity pulses - Google Patents
Surge injector of single-polarity pulsesInfo
- Publication number
- RU1812616C RU1812616C SU4927397A RU1812616C RU 1812616 C RU1812616 C RU 1812616C SU 4927397 A SU4927397 A SU 4927397A RU 1812616 C RU1812616 C RU 1812616C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capacitor
- diode
- circuit
- voltage
- thyristor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к сильноточной полупроводниковой электронике и может быть использовано в лазерной и электроэрозионной технике. Генератор унипол рных импульсов содержит источник питани 1, коммутирующий конденсатор 2, дроссель насыщени 3, реверсивно включаемый ди- нистор 4, отсекающий диод 5, цепь нагрузки 6, шунтирующий диод 7, тиристор 8, запускающий конденсатор 9, катушку индуктивности 10, зар дное устройство 11, 2 трансформатора 14, 19, 3 дополнительных диода 15,17,18, проходной конденсатор 16. ,2иЈThe invention relates to high current semiconductor electronics and can be used in laser and EDM technology. The unipolar pulse generator contains a power source 1, a switching capacitor 2, a saturation inductor 3, a reversibly switched dinistor 4, a cut-off diode 5, a load circuit 6, a shunt diode 7, a thyristor 8, a starting capacitor 9, an inductor 10, a charging device 11, 2 transformers 14, 19, 3 additional diodes 15,17,18, feed-through capacitor 16., 2iЈ
Description
0000
юYu
OsOs
Qs Qs
Изобретение относитс ic области силь- неточной полупроводниковой электроники и может быть использовано в лазерной и э.лектроэррзионной технике.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the ic field of power semiconductor electronics and can be used in laser and electrical erosion engineering.
За прототип прин т генератор унйпр- 5 л рных импульсов на базе нового полупроводникового прибора тиристорнрго типа - реверсивно включаемого диниетора (РВД), коммутационные возможности которого вследствие однородного переключени в 10 несколько раз превышают коммутационныеThe prototype is a generator of unipolar 5 pulses based on a new thyristor type semiconductor device - a reversibly switched dinitor (RVD), the switching capabilities of which, due to uniform switching, are several times higher than the switching ones
возможности тирйстора. thyristor capabilities.
Генератор содержит (см, фиг. 2) источ- ник питани 1, коммутационный контур, со- сто щий из последовательно соединенных 15 коммутирующего конденсатора 2, дроссел насыщени 3, реверсивно включаемого ди- нистора 4, отсекающего диода 5 и цепи нагрузки б, а также шунтирующий диод 7, тиристор 8, запускающий конденсатор 9, ка- 20 тушку индуктивности 10, зар дный дроссель 20, зар дный тиристор 21 и резисторыThe generator contains (see, Fig. 2) a power supply 1, a switching circuit, consisting of 15 switching capacitors 2 connected in series, saturation throttle 3, reversibly switched dinistor 4, cut-off diode 5 and load circuit b, a also a shunt diode 7, a thyristor 8, a starting capacitor 9, a 20 inductor 10, a charge inductor 20, a charge thyristor 21 and resistors
; 22,23.. - . ... . ...-. :: :.; 22.23 .. -. ... ...-. :::.
Первый вывод конденсатора 2 соединен с анодом диода 7, с отрицательным полю- 25 сом источника 1 и с катодом диода 5. Конденсатор 9 подключен параллельно РВД 4. Анод тирйстора 8 соединен с анодом РВД 4, Начало обмотки катушки индуктивности 10 соединено с катодом тирйстора 8, резистор 30 23 включен между концом обмотки катушки индуктивности 10 и катодом РВД 4, Резистор 22 включен между катодом диода 7 и анодом РВД 4. Цепь нагрузки 6 включена между катодом РВД 4 и анодом диода 5. 35 Катод тирйстора 21 соединен со вторым йы- водом конденсатора 2. Дроссель насыщени 3 включен между анодом РВД 4 и . катодом тирйстора 21, Дроссель 20 включен между анодом тирйстора 21 и положитель- 40The first output of the capacitor 2 is connected to the anode of the diode 7, with the negative pole of the source 1 and to the cathode of the diode 5. The capacitor 9 is connected in parallel to the high pressure horn 4. The anode of thyristor 8 is connected to the anode of the high voltage hitch 4, the beginning of the winding of the inductor 10 is connected to the cathode of thyristor 8 , a resistor 30 23 is connected between the end of the winding of the inductor 10 and the cathode of the high pressure switch 4, A resistor 22 is connected between the cathode of the diode 7 and the anode of the high pressure switch 4. A load circuit 6 is connected between the cathode of the high voltage switch 4 and the anode of the diode 5. 35 The cathode of thyristor 21 is connected to the second condenser water 2. Saturation reactor 3 is connected between the anode of the WFD 4 and. the thyristor 21 cathode, the inductor 20 is connected between the thyristor 21 anode and the positive
; v ным полюсом источника 1.; v the source pole 1.
При включении тирйстора 21 в схемеWhen turning on thyristor 21 in the circuit
; происходит зар д конденсаторов 2,9 от источника 1. Дроссель 20 ограничивает скорость нарастани тока через тиристор 21 и 4S обеспечиваетзар д конденсаторов 2, 9 до; there is a charge of capacitors 2.9 from source 1. The inductor 20 limits the slew rate of the current through the thyristor 21 and 4S provides a charge of capacitors 2, 9 to
:/ напр жени , близкого к удвоенному напр - v женйю источника I. После окончани тока: / voltage close to twice the voltage - v of the source I. After the end of the current
зар да к тиристору 21 прикладываетс обратное напр жение, обусловливающее его 50a reverse voltage is applied to the thyristor 21, causing it to 50
...; . ёыключение,. . ...; . shutdown. .
При включении тирйстора 8 происходитWhen you turn on thyristor 8 occurs
быстрый разр д конденсатора 9 через катушку 10 и резистор 23, нос щий колеба тельный характер. В процессе разр да 55 конденсатора 9 дроссель 3, имеющий в исходном состо нии очень большую индуктивность, fast discharge of the capacitor 9 through the coil 10 and the resistor 23, which is oscillatory in nature. In the process of discharge 55 of the capacitor 9, the inductor 3 having in the initial state a very large inductance,
блокирует напр жение зар да конденсатора 2 и фактически преп тствует разр ду конденсатора 2 по цепи нагрузки 6. blocks the charge voltage of capacitor 2 and actually prevents the discharge of capacitor 2 along load circuit 6.
В момент изменени знака напр жени на конденсаторе 9 к РВД 4 прикладываетс обратное напр жение, при этом РВД 4 шунтирует цепь разр да конденсатора 9, так как его электрическое сопротивление в обратном направлении очень мало. В результате через РВД 4 замыкаетс ток у, проход щий через .катушку 10 и в структуре РВД 4 начинает накапливатьс зар д носителей, инициирующих его последующее переключение .At the moment of changing the sign of the voltage on the capacitor 9, a reverse voltage is applied to the HPF 4, while the HPF 4 shunts the discharge circuit of the capacitor 9, since its electrical resistance in the opposite direction is very small. As a result, the current passing through the coil 10 is closed through the RVD 4 and, in the structure of the RVD 4, the charge of carriers initiating its subsequent switching begins to accumulate.
В процессе прохождени через РВД 4 тока управлени 1У сердечник дроссел 3 перемагничиваетс под действием напр жени зар да конденсатора 2. Параметры сердечника дроссел 3 выбраны таким образом , что он насыщаетс в момент, когда в структуре РВД 4 накапливаетс зар д, достаточный дл однородного переключени .During the passage of the control current 1U through the RVD 4, the core of the throttle 3 is magnetized by the charge voltage of the capacitor 2. The parameters of the core of the throttle 3 are selected so that it saturates at the moment when a charge sufficient for uniform switching accumulates in the structure of the RVD 4.
При насыщении сердечника индуктивность дроссел 3 резко уменьшаетс . В зультате к РВД 4 прикладываетс пр мое напр жение, он однородно переключаетс и коммутирует в цепь нагрузки 6 импульс тока разр да конденсатора 2. Вследствие однородного переключени РВД 4 коммутационные потери энергии в нем невелики и РВД. 4 практически не ограничивает скорость нарастани тока в цепи нагрузки б.When the core is saturated, the inductance of Drossel 3 decreases sharply. As a result, a direct voltage is applied to the RVD 4, it uniformly switches and switches to the load circuit 6 a current pulse of the discharge of the capacitor 2. Due to the uniform switching of the RVD 4, the switching energy losses in it are small and the RVD. 4 practically does not limit the slew rate of the current in the load circuit b.
Параметры элементов коммутационного контура подобраны таким образом, что в процессе коммутации конденсатор 2 перезар жаетс до небольшого обратного напр жени . Диод 5 обрывает ток повторного перезар да конденсатора 2. При этом в цепи РВД 4 создаетс пауза тока, необходима дл его выключени . В процессе выключени РВД 4 конденсатор 2 полностью разр жаетс по цепи диода 7.The parameters of the switching circuit elements are selected so that during the switching process, the capacitor 2 is recharged to a small reverse voltage. The diode 5 interrupts the recharge current of the capacitor 2. At the same time, a pause in the current is created in the HPP circuit 4, which is necessary to turn it off. In the process of turning off the WFD 4, the capacitor 2 is completely discharged along the circuit of the diode 7.
Резистор 2.3 обеспечивает рассе ние энергии, запасенной в катушке 10 при формировании тока управлени РВД 4. Его величина выбираетс таким образом, чтобы после момента переключени РВД 4 ток 1У, проход щий через катушку 10, достаточно быстро спадал до нул и не. преп тствовал выключению РВД 4. Резистор 22 осуществл ет рассе ние энергии, запасенной в конденсаторе 2 при его перезар де. При этом исключаетс возможность умножени напр жени на конденсаторе 2 вследствие его резонансного зар да от источника питани .Resistor 2.3 provides dissipation of the energy stored in the coil 10 during the formation of the control current of the high pressure switch 4. Its value is selected so that after switching the high pressure signal 4, the current 1U passing through the coil 10 drops quickly enough to zero and not. prevented turning off the WFD 4. The resistor 22 scatters the energy stored in the capacitor 2 when it is recharged. This eliminates the possibility of multiplying the voltage on the capacitor 2 due to its resonant charge from the power source.
Недостатком генератора устройства прототипа вл ютс большие потери энергии в резисторах 22,23 при демпфировании основного контура коммутации и контура системы управлени РВД 4, а также большие потери энергии в зар дном тиристоре 21, возникающие при работе на высокихThe disadvantage of the prototype device generator is the large energy loss in resistors 22,23 when damping the main switching circuit and the control circuit of the WFD 4, as well as the large energy loss in the charge thyristor 21 that occurs when operating at high
частотах, когда скорость нарастани тока в зар дной цепи велика.frequencies when the slew rate of the current in the charge circuit is high.
Цель изобретени -уменьшение потерь энергий.The purpose of the invention is to reduce energy losses.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого импульсного генератора; на фиг. 2 - схема прототипа.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed pulse generator; in FIG. 2 is a prototype diagram.
На фиг. 1: 1 - источник питани , 2 - коммутирующий конденсатор, 3 - дроссель насыщени , 4 - реверсивно включаемый ди- нистор(РВД), 5 - отсекающий диод, 6 - цепь нагрузки, 7 - шунтирующий диод, 8 - тири- стор, 9 - запускающий конденсатор, 10 - катушка индуктивности, 11 - зар дное устройство , 12 - резистор, 13 -дополнительный источник питани , .14 - первый трансформатор с насыщающимс сердечником , 15 - первый дополнительный диод, 16 - проходной конденсатор, 17 - второй дополнительный диод, 18-третий дополнительный диод, 19 - второй трансформатор.In FIG. 1: 1 - power supply, 2 - switching capacitor, 3 - saturation inductor, 4 - reversibly switched on dinistor (RVD), 5 - cut-off diode, 6 - load circuit, 7 - shunt diode, 8 - thyristor, 9 - starting capacitor, 10 - inductor, 11 - charging device, 12 - resistor, 13 - additional power supply, .14 - first transformer with a saturable core, 15 - first additional diode, 16 - passage capacitor, 17 - second additional diode , 18-third additional diode, 19 - second transformer.
Конденсатор 2, дроссель 3, РВД 4, диод 5 и цепь нагрузки 6 соединены последовательно . Первый вывод конденсатора 2 соединен с анодом диода 7 и отрицательными полюсами источников питани 1, 13. Конденсатор 9 подключен параллельно РВД 4. Анод тиристора 8 соединен с анодом РВД 4, катод тиристора 8 - с началом обмотки катушки индуктивности 10. Конденсатор 16 включен между концом обмотки катушки индуктивности 10 и катодом РВД 4. Катод диода 15 соединен со вторым выводом конденсатора 2, катод диода 18 - с положительным полюсом источника 1, анод диода 17 - с концом обмотки катушки индуктивности 10. Резистор 12 включен между положительным полюсом источника 13 и вторым выводом конденсатора 2. Начало первой обмотки и конец второй обмотки трансформатора 14 соединены между собой и подключены к положительному полюсу источника питани 1. Конец первой обмотки трансформатора 14 соединен с анодом диода 15, начало второй обмотки - с катодом диода 7. Начало первой обмотки трансформатора 19 соединено с катодом диода 17, конец - с катодом РВД 4 и с анодом диода 5. Начало второй обмотки трансформатора 19 соединено с отрицательным полюсом источника питани 1, конец -с анодом диода 18.Capacitor 2, throttle 3, RVD 4, diode 5 and load circuit 6 are connected in series. The first output of the capacitor 2 is connected to the anode of the diode 7 and the negative poles of the power supplies 1, 13. The capacitor 9 is connected in parallel to the HPP 4. The anode of the thyristor 8 is connected to the anode of the HPP 4, the cathode of the thyristor 8 is connected to the beginning of the winding of the inductor 10. The capacitor 16 is connected between the end the windings of the inductance coil 10 and the cathode of the RVD 4. The cathode of the diode 15 is connected to the second terminal of the capacitor 2, the cathode of the diode 18 is connected to the positive pole of the source 1, the anode of the diode 17 is connected to the end of the winding of the inductor 10. Resistor 12 is connected between the positive pole and the source 13 and the second output of the capacitor 2. The beginning of the first winding and the end of the second winding of the transformer 14 are interconnected and connected to the positive pole of the power source 1. The end of the first winding of the transformer 14 is connected to the anode of the diode 15, the beginning of the second winding is connected to the cathode of the diode 7. Start the first winding of the transformer 19 is connected to the cathode of the diode 17, the end is connected to the cathode of the high pressure generator 4 and the anode of the diode 5. The beginning of the second winding of the transformer 19 is connected to the negative pole of the power supply 1, the end to the anode of the diode 18.
Предлагаемый генератор работает следующим образом.The proposed generator operates as follows.
При включении РВД 4 происходит разр д конденсатора 2 и коммутаци импульса тока в цепь нагрузки 6. Параметры элементов контура разр да конденсатора 2 подобраны таким образом, что в процессе коммутации конденсатор 2 перезар жаетс When the HPP 4 is turned on, the capacitor 2 is discharged and the current pulse is switched into the load circuit 6. The parameters of the discharge circuit of the capacitor 2 are selected in such a way that, during the switching process, the capacitor 2 is recharged
до небольшого обратного, напр жени . Диод 5 блокирует это напр жение и создаете цепи РВД 4 паузу тока, необходимую дл его выключени . Процесс выключени РВД 5 4 продолжаетс до момента приложени к нему положительного напр жени вследствие резонансного зар да конденсатора 2 от источника питани 1 через первую обмотку трансформатора 14.to the slight opposite, voltage. Diode 5 blocks this voltage and creates a circuit RVD 4 pause current necessary to turn it off. The process of turning off the RVD 5 4 continues until a positive voltage is applied to it due to the resonant charge of the capacitor 2 from the power source 1 through the first winding of the transformer 14.
0 Обмотки трансформатора 14 подключены таким образом, что на этапе выключени РВД 4 втора обмотка фактически не вли ет на процесс зар да конденсатора 2, так как возникающее на ней напр жение блокирует0 The windings of the transformer 14 are connected in such a way that at the stage of turning off the HPF 4, the second winding does not actually affect the charging process of the capacitor 2, since the voltage arising from it blocks
5 диод 7. В результате скорость зар да конденсатор , а следовательно и схемное врем выключени РВД 4 определ ютс в основном величиной индуктивности первой обмотки трансформатора 14.5 diode 7. As a result, the charge rate of the capacitor, and therefore the circuit time to turn off the HPF 4, is determined mainly by the inductance of the first winding of the transformer 14.
0 Наличие обратного напр жени на конденсаторе 2 приводит к увеличению тока зар да, проход щего через первую обмотку трансформатора 14 и к накоплению избыточной энергии в индуктивности этой обмот5 ки, При этом создаетс возможность зар да конденсатора 2 до напр жени , превышающего удвоенное напр жение источника питани 1, что вно нежелательно, так как при последующих включени х РВД 4 можетлри0 вести к неконтролируемому увеличению напр жени на конденсаторе 2 и к пробою РВД 4. Возможность умножени напр жени на конденсаторе 2 исключает введенна в схему генератора цепь диода 7,0 The presence of a reverse voltage on the capacitor 2 leads to an increase in the charge current passing through the first winding of the transformer 14 and to the accumulation of excess energy in the inductance of this winding5. This creates the possibility of charging the capacitor 2 to a voltage exceeding twice the voltage of the source power supply 1, which is clearly undesirable, since subsequent turns on of the HPF 4 can lead to an uncontrolled increase in the voltage on the capacitor 2 and to a breakdown of the HPH 4. The possibility of increasing the voltage on the capacitor 2 eliminates REFERENCE diode circuit 7 to the oscillator circuit,
5 обеспечивающа рекуперацию избыточной, энергии в источник 1 при достижении на вторичной обмотке трансформатора 14 напр жени , превышающего величину выходного напр жени источника питани 1.5, which ensures the recovery of excess energy to the source 1 when the voltage on the secondary winding of the transformer 14 exceeds the output voltage of the power source 1.
0 Величина избыточной энергии, возвращаемой в источник 1, а следовательно и максимальна величина напр жени зар да конденсатора 2 определ ютс магнитной св зью между обмотками трансформатора0 The amount of excess energy returned to source 1, and therefore the maximum value of the charge voltage of capacitor 2, is determined by the magnetic coupling between the transformer windings
5 14 и коэффициентом трансформации этого трансформатора.5 14 and the transformation ratio of this transformer.
Параметры сердечника трансформатора 14 выбраны таким образом, что на этапе выключени РВД 4 он не насыщаетс , приThe parameters of the core of the transformer 14 are selected in such a way that at the stage of turning off the HPH 4 it is not saturated, when
0 этом индуктивность первой обмотки трансформатора 14 велика и скорость перезар да конденсатора 2 мала. Спуст некоторое врем после окончани тока через РВД 4, достаточное дл его надежного выключени ,0, the inductance of the first winding of the transformer 14 is large and the recharge rate of the capacitor 2 is small. After some time after the end of the current through the RVD 4, sufficient to turn it off reliably,
5 происходит насыщение сердечника трансформатора 14. При этом индуктивность первой обмотки трансформатора 14 резко5, the core of the transformer 14 is saturated. In this case, the inductance of the first winding of the transformer 14 abruptly
уменьшаетс , ток в цепи диода 15 резко нарастает и конденсатор 2 быстро зар жа- етс до рабочего напр жени , В результатеdecreases, the current in the circuit of the diode 15 rises sharply and the capacitor 2 quickly charges to the operating voltage. As a result
удаетс получить достаточно быстрый зар д конденсатора 2 и достаточно, большое схемное врем выключени РВД 4 при малом обратном напр жении на конденсаторе 2. Уменьшение обратного напр жени на конденсаторе 2, приводит к уменьшению контурных токов в цепи зар да и разр да этого конденсатора и к уменьшению потерь энергии на элементах схемы генератора. .it is possible to obtain a sufficiently fast charge of the capacitor 2 and a sufficiently large circuit time to turn off the HPH 4 at a low reverse voltage on the capacitor 2. A decrease in the reverse voltage on the capacitor 2 leads to a decrease in the loop currents in the charge and discharge circuit of this capacitor and reduce energy losses on the elements of the generator circuit. .
Формирование тока управлени РВД 4 в предлагаемом генераторе осуществл етс при включении тиристора 8. В результате через катушку индуктивности 10 и проходной конденсатор 16 замыкаетс ток перезар да запускающего конденсатора 9, зар д которого осуществл етс одновременно с зар дом конденсатора 2.The formation of the control current of the WFD 4 in the proposed generator is carried out when the thyristor 8 is turned on. As a result, the recharging current of the starting capacitor 9 is closed through the inductor 10 and the passage capacitor 16, the charge of which is carried out simultaneously with the charge of the capacitor 2.
При смене пол рности на конденсаторе 9 к РВД 4 прикладываетс отрицательное напр жение. При этом РВД 4 шунтирует цепь конденсатора 9 и через него проходит ток катушки индуктивности 10, вл ющийс током управлени 1у. When the polarity changes on the capacitor 9, a negative voltage is applied to the RVD 4. In this case, the RVD 4 shunts the circuit of the capacitor 9 and the current of the inductor 10, which is the control current 1y, passes through it.
В процессе перезар да конденсатора 9 дроссель насыщени 3, имеющий в исходном состо ний очень большую индуктивность , блокирует напр жение зар да конденсатора 2 и преп тствует разр ду этб- го конденсатора по цепи тиристора 8. Спуст некоторое врем после возникновени в цепи РВД 4 обратного тока 1У происходит насыщение сердечника дроссел 3 и индуктивность дроссел резко уменьшаетс . В результате ток через РВД 4 резко нарастает , к РВД 4 прикладываетс положительное напр жение, он переключаетс и коммутирует в цепь нагрузки 6 мощный импульс тока разр да конденсатора 2.In the process of recharging the capacitor 9, a saturation inductor 3, which has a very large inductance in the initial state, blocks the charge voltage of the capacitor 2 and prevents the discharge of this capacitor through the thyristor circuit 8. After some time, after the reverse circuit appears in the RVD 4 1U current saturates the core of Drossel 3 and the inductance of Drossel decreases sharply. As a result, the current through the RVD 4 rises sharply, a positive voltage is applied to the RVD 4, it switches and switches a powerful pulse of the discharge current of the capacitor 2 into the load circuit 6.
Дл обеспечени однородного переключени РВД 4 с малыми коммутационными потер ми энергии параметры элементов 3,9.10,16 выбираютс таким образом, чтобы выполн лось соотношение:To ensure uniform switching of the WFD 4 with low switching energy losses, the parameters of the elements 3,9.10,16 are selected so that the relation:
.flyWdt Adl/dt,.flyWdt Adl / dt,
где ty-длительность тока управлени ;where ty is the duration of the control current;
dl/dt- скорость нарастани коммутируемого тока;dl / dt is the slew rate of the switched current;
А - коэффициент, определ емый конструктивными и электрофизическими характеристиками РВД 4 : А (0,5-1,5) .A is a coefficient determined by the structural and electrophysical characteristics of the WFD 4: A (0.5-1.5).
Одновременно с процессом коммутации тока в цепь нагрузки 6 в схеме происходит зар д конденсатора 16 током катушки индуктивности 10 до некоторого напр же- )и U, которое вл етс обратным дл тиристора 8 и обеспечивает его выключение. Simultaneously with the process of switching the current to the load circuit 6 in the circuit, the capacitor 16 is charged by the current of the inductor 10 to some extent) and U, which is the inverse of the thyristor 8 and ensures its shutdown.
Схемное врем выключени тиристора 8 определ етс временем перезар да конденсатора 16 через первую обмотку трансформатора 19. Коэффициент трансформатора 19 выбран таким образом, что величина напр жени перезар да конденсатора 16 стабилизируетс на некотором уровне . Избыточна энерги сбрасываетс через вторую обмотку трансфор0 матора 19 в источник 1. Оставшийс в конденсаторе 16 зар д используетс дл формировани тока управлени РВД 4 при последующих включени х тиристора 8. Диоды 17, 18 служат дл разделени цепейThe turn-off time of the thyristor 8 is determined by the recharge time of the capacitor 16 through the first winding of the transformer 19. The coefficient of the transformer 19 is selected so that the recharge voltage of the capacitor 16 is stabilized at a certain level. The excess energy is discharged through the second winding of the transformer 19 to the source 1. The remaining charge in the capacitor 16 is used to generate the control current of the WFD 4 when the thyristor 8 is turned on 8. The diodes 17, 18 serve to separate the circuits
5 первой и второй обмоток трансформатора 19. , v . .. :. .- .. . . - ;. Характерной особенностью рассмотренного генератора вл етс наличие магнитных элементов с насыщающимис 5 of the first and second windings of the transformer 19., v. ..:. .- ... . -;. A characteristic feature of the generator under consideration is the presence of magnetic elements with saturating
0 сердечниками, врем перемагничивани которых , как известно, пропорционально личине приложенного напр жени . Последнее обсто тельство оказывает достаточно сильное вли ние на работу генерато5 ра, особенно в режиме запуска, когда величины напр жени на элементах схемы невысоки.0 cores whose magnetization reversal times are known to be proportional to the magnitude of the applied voltage. The latter circumstance has a rather strong effect on the operation of the generator, especially in the start-up mode, when the voltage values on the circuit elements are low.
Дл осуществлени надежного запуска генератора в схему введено маломощноеTo ensure reliable start of the generator, low-power
0 зар дное устройство 11, состо щее из дополнительного источника питани 13 и резистора 12. С помощью этого устройства осуществл етс предварительный зар д конденсаторов 2, 9 до напр жени соответ5 ствующего напр жению зар да этих конденсаторов в установившемс режиме работы генератора. Лри этом переходные процессы в схеме в момент запуска генератора и в установившемс режиме его работы0 charging device 11, consisting of an additional power supply 13 and resistor 12. Using this device, the capacitors 2, 9 are pre-charged to the voltage corresponding to the voltage of the charge of these capacitors in the steady-state mode of operation of the generator. For this, transients in the circuit at the time of the start of the generator and in the steady state of its operation
0 практически совпадают. Так как величина сопротивлени 12 выбираетс достаточно большой, то после момента запуска вли нием устройства 11 можно пренебречь. Источник 13 после запуска генератора может0 practically coincide. Since the resistance value 12 is selected sufficiently large, after the start-up, the influence of the device 11 can be neglected. Source 13 after starting the generator may
5 быть вообще отключен.5 be disabled altogether.
В схеме на фиг. 1 размагничивание сердечников нелинейных элементов 3, 14, осуществл етс обратным током, проход щим через диоды 5,15, в процессе восстановле0 ни их запирающих свойств. Более глубокое размагничивание можно получить путем введени в эти элементы дополнительных обмоток током размагничивани .In the circuit of FIG. 1, the demagnetization of the cores of the nonlinear elements 3, 14 is carried out by the reverse current passing through the 5.15 diodes, in the process of restoring their blocking properties. Deeper demagnetization can be obtained by introducing additional demagnetization currents into these elements.
Таким образом, благодар введению вSo thanks to the introduction to
5 схему генератора трех дополнительных диодов , двух трансформаторов и проходного конденсатора энерги , остающа с в цепи управлени РВД ив коммутирующем конденсаторе цепи нагрузки не рассеиваетс на демпфирующих резисторах, как в устройствё прототипа, а рекупирируетс в источ- . ник питани и используетс при последующих циклах коммутации. Кроме того,-в результате введени этих элементов, а также маломощного зар дного устройства на, дежна работа генератора на высокой частоте обеспечиваетс без использовани зар дного тиристора, обладающего большими потер ми энергии при быстром зар - ,де коммутирующегб конденсатора.5, the generator circuit of three additional diodes, two transformers and a feed-through capacitor, the energy remaining in the RVD control circuit and in the switching capacitor of the load circuit is not dissipated by damping resistors, as in the prototype device, but is recovered to the source. power supply and is used in subsequent switching cycles. In addition, as a result of introducing these elements, as well as a low-power charging device, reliable operation of the generator at a high frequency is ensured without the use of a charging thyristor, which has large energy losses during fast charging of a switching capacitor.
Так как й устройстве прототипа потери энергий на демпфирующих резисторах и зар дном тиристоре соизмеримы с потер ми энергии на остальных элементах схемы, то общие потери энергии в предлагаемом генераторе уменьшаютс не менее, чем в 1,5- 2 раза. . . : :. : ./; . .-. Since the prototype device, the energy losses at the damping resistors and the charge thyristor are comparable with the energy losses at the remaining elements of the circuit, the total energy losses in the proposed generator are reduced by no less than 1.5-2 times. . . ::. : ./; . .-.
Новизна совокупности существенных признаков предлагаемого устройства заключаетс в следующем.The novelty of the set of essential features of the proposed device is as follows.
Известно применение трансформаторов рекупирации в инверторе на базе тири- сторов. Однако они использовались в режиме без насыщени сердечников и имели посто нную индуктивность зар дной об- йотки. В результате при работе на высокой частоте, когда врем зар да коммутируку- щих конденсаторов инвертора мало, чрезмерно высокой становилась начальна скорость их зар да. При этом дл получени достаточно большого схемного времени выключени тиристоров требовалась больша величина обратного напр жени на коммутирующих конденсаторах после окончани процесса коммутации тока в нагрузку. Следствием этого: вл лось возрастание контурных токов в цеп х инвертора и потерь Энергии на его элементах.It is known to use recovery transformers in an inverter based on thyristors. However, they were used in the mode without core saturation and had a constant charge inductance. As a result, when operating at a high frequency, when the charge time of the inverter switching capacitors is short, the initial charge rate becomes excessively high. Moreover, in order to obtain a sufficiently large circuit time for switching off the thyristors, a large value of the reverse voltage on the switching capacitors was required after the end of the process of switching the current to the load. The consequence of this: there was an increase in the loop currents in the inverter circuits and the energy losses on its elements.
Использование в зар дной цепи генератора трансформатора с насыщающимс сердечником и резко мен ющейс индуктивностью зар дной обмотки позвол ет получить очень малую начальную скорость нарастани напр жени на коммутирующем конденсаторе. При этом даже при малом обратном напр жении на этом конденсаторе обеспечиваетс Достаточно большое схемное врем выключени полупроводниковых приборов силовой цепи генератора .The use of a transformer with a saturating core and a rapidly varying inductance of the charging winding in the charging circuit of the generator allows a very low initial slew rate of the voltage across the switching capacitor to be obtained. In this case, even with a small reverse voltage, a sufficiently large circuit time for switching off the semiconductor devices of the generator power circuit is provided on this capacitor.
Уменьшение обратного напр жени на коммутирующем конденсаторе приводит к более полному использованию накапливаемой в нем энергии, а следовательно, к уменьшению контурных токов в цеп х генератора и к уменьшению потерь энергии на его элементах.A decrease in the reverse voltage at the switching capacitor leads to a fuller use of the energy accumulated in it, and, consequently, to a decrease in the circuit currents in the generator circuits and to a decrease in the energy losses at its elements.
В цел х управлени РВД рекупмраци энергии ранее не использовалась. Дл осуществлени рекупирации избыточной энергии из цепи управлени РВД в источник питани в схему генератора включены два дополнительных диода, трансформатор и проходной конденсатор. При этом совокуп- 5 на св зь введенных элементов обеспечивает не только уменьшение потерь энергии в цепи управлени , но и повышение надежности работы запускающего тиристора, так как к нему после окончаний тока управлени For the purpose of controlling the WFD, energy recovery has not previously been used. To carry out the recovery of excess energy from the RVD control circuit to the power source, two additional diodes, a transformer and a feed-through capacitor, are included in the generator circuit. At the same time, the combination of 5 connected elements introduced ensures not only a decrease in energy losses in the control circuit, but also an increase in the reliability of the operation of the starting thyristor, since it is connected to it after the end of the control current
0 в течение достаточнодлйтельного времени прикладываетс отрицательное напр жение . В результате услови выключени тиристора существенно улучшаютс .0 for a sufficiently long time, a negative voltage is applied. As a result, the thyristor shutdown conditions are substantially improved.
По предлагаемой схеме был собран ге5 нератор ультразвукового диапазона со средней мощностью 3 кВт.According to the proposed scheme, an ultrasonic range generator with an average power of 3 kW was assembled.
В качестве РВД 4 и диода 5 использовались опытные образцы, разработанные в ФТИ АН СССР. Приборы имели рабочуюAs RVD 4 and diode 5 were used prototypes developed at the Physicotechnical Institute of the USSR Academy of Sciences. Devices had a working
0 .площадь А смг и повтор ющеес напр жение 1000 В. Врем выключени РВД 4-10 мкс, врем восстановлени диода 5 - 0,3 мкс. В качестве тиристора 8 использовалс тиристор ТЧИ 100, в качестве диодов 7,15 5 ВЧ 200, в качестве диодов 17, 18 - КД 210 Г. Дроссель 3 был собран на шести феррито- вых кольцах марки НМС 2500 размером 45x30x20 мм и имел 3 витка. Трансформатор 19 был выполнен с воздушным сердечни0 ком, Индуктивность его первой обмотки 200 мкГн, число витков первой и второй обмоток соотносилось как 1:12, Трансформатор 14 был собран на дес ти ферритовых кольцах марки ИМИ 1600 размером 80x50x11 мм и0. A smg area and a repeating voltage of 1000 V. The turn-off time of the WFD is 4-10 μs, the recovery time of the diode is 5 - 0.3 μs. Thyristor TCHI 100 was used as thyristor 8, 7.15 5 HF 200 as diodes, KD 210 G as diodes 17, 18. Choke 3 was assembled on six ferrite rings of the NMS 2500 grade with a size of 45x30x20 mm and had 3 turns . Transformer 19 was made with an air core, the inductance of its first winding was 200 μH, the number of turns of the first and second windings was 1:12, transformer 14 was assembled on ten ferrite rings of IMI 1600 brand size 80x50x11 mm and
5 имел 30 витков в первой обмотке и 20 витков, во второй обмотке. В качестве конденсаторов 2, 9, 16 использовались конденсаторы марки К 78-2, Емкость конденсатора 2-1 мкФ, конденсатора 9 - 0,047 мкФ, конден0 сатора 16 - 2 мкФ. Сопротивление резистора 12 - 20 кОм. Индуктивность катушки 10 - 2,5 мкГн. Источник 1 состо л из мостового диодного выпр мител , питающегос от се- ; ти 220 В, 50 Гц, индуктивности фильтра 30005 had 30 turns in the first winding and 20 turns in the second winding. As capacitors 2, 9, 16, K 78-2 brand capacitors were used, the capacitance of the capacitor was 2-1 μF, the capacitor 9 was 0.047 μF, and the capacitor was 16 - 2 μF. The resistance of the resistor is 12-20 kOhm. Coil inductance 10 - 2.5 μH. Source 1 consisted of a bridge diode rectifier powered by se -; ty 220 V, 50 Hz, filter inductance 3000
5 мкГн и емкости фильтра 3000 мкФ. Источ- . ник 13 состо л из мостового диодного выир митёл , питающегос от сети 220 В, 50 Гц, повышающего трансформатора и емкости фильтра 10 мкФ. Выходное напр жение5 μH and a filter capacity of 3000 μF. Source Nickname 13 consisted of a bridge diode vyr mitel powered from a 220 V, 50 Hz network, a step-up transformer, and a 10 μF filter capacity. Output voltage
O источника 13 - 800 В. Элементы.схемы охлаждались посредством обдува воздухом. В процессе испытаний генератор уе- пешно работал на частотах до 10 кГц при различных величинах сопротивлени на 5 грузки. Величина потерь энергии на элементах генератора не превышала 10% от величины энергии, коммутируемой в цепь., нагрузки, что примерно в 1,5 раза меньше, чем в генераторе-прототипе. Длительность выходных импульсов тока составл ла 2 мксO source 13 - 800 V. Elements of the circuit were cooled by blowing air. During testing, the generator worked successfully at frequencies up to 10 kHz at various resistance values for 5 loads. The amount of energy loss on the elements of the generator did not exceed 10% of the amount of energy switched in the circuit., The load, which is about 1.5 times less than in the prototype generator. The duration of the output current pulses was 2 μs
при работе на малоиндуктивный резистор и 0,1 мкс при использовании в цепи нагрузки двухзвенной системы магнитного сжати .when working on a low inductance resistor and 0.1 μs when using a two-link magnetic compression system in the load circuit.
Полученные электрические характеристики позвол ют использовать предлагаемый генератор в качестве источника питани лазеров и электроэрозионных станков , .. .... ../ The electrical characteristics obtained make it possible to use the proposed generator as a power source for lasers and EDM machines, .. .... ../
Ф о р мул а изобретени Генератор унипол рных импульсов, содержащий последовательно соединенные коммутирующий конденсатор, дроссель насыщени , реверсивно включаемый дини- стор, отсекающий диод и цепь нагрузки, а также источник питани , катушку индуктивности , запускающий конденсатор, подключенный параллельно реверсивно включаемому динистору, шунтирующий диод , соединенный анодом с первым выводом коммутирующего конденсатора и с отрицательным полюсом источника питани , и ти- ристор. подключенный анодом к аноду реверсивно включаемого динистора, а катодом - к началу обмотки катушки индуктивности , о т л и чающийс тем, что, с целью уменьшени потерь энергии, в генератор введены три дополнительных диода, два трансформатора, проходной конденсатор и зар дное устройство, первый трансформатор имеет насыщающийс сердечник, начало его первой обмотки и конец второй обмотки подключены к положительному полюсу источника питани , конец первойSUMMARY OF THE INVENTION A unipolar pulse generator comprising a series-connected switching capacitor, a saturation inductor, a reversibly switched dinistor, a cut-off diode and a load circuit, as well as a power source, an inductor, a starting capacitor connected in parallel with a reversibly switched dinistor, bypass a diode connected by the anode to the first output of the switching capacitor and to the negative pole of the power supply, and a thyristor. connected by the anode to the anode of the reversibly switched-on dynistor, and by the cathode to the beginning of the winding of the inductance coil, which means that, in order to reduce energy losses, three additional diodes, two transformers, a passage capacitor and a charging device are introduced into the generator, the first the transformer has a saturable core, the beginning of its first winding and the end of the second winding are connected to the positive pole of the power source, the end of the first
обмотки соединен с анодом первого дополнительного диода, начало второй обмотки - с катодом шунтирующего диода, зар дное устройство подключено параллельно коммутирующему конденсатору и соединеноthe windings are connected to the anode of the first additional diode, the beginning of the second winding is connected to the cathode of the shunting diode, the charging device is connected in parallel with the switching capacitor and connected
отрицательным выводом с первым выводом этого конденсатора, катод первого дополнительного диода подключен к второму выводу коммутирующего конденсатора, анод второго дополнительного диода соединен сa negative terminal with the first terminal of this capacitor, the cathode of the first additional diode is connected to the second terminal of the switching capacitor, the anode of the second additional diode is connected to
концом обмотки катушки индуктивности и с первым выводом проходного конденсатора, второй вывод проходного конденсатора и анод отсекающего диода подключены к катоду реверсивно включаемого динистора,the end of the winding of the inductor and with the first output of the feed-through capacitor, the second output of the feed-through capacitor and the anode of the cut-off diode are connected to the cathode of the reversibly switched dynistor,
начало первой обмотки второго трансформатора соединено с катодом второго допол нитёльного диода, начало второй обмотки - с отрицательным полюсом источника питани , конец первой обмотки соединен с катодом реверсивно включаемого динистора, конец второй обмотки - с анодом третьего дополнительного диода, катод третьего дополнительного диода подключен к положительному полюсу источника питани .the beginning of the first winding of the second transformer is connected to the cathode of the second additional diode diode, the beginning of the second winding is connected to the negative pole of the power source, the end of the first winding is connected to the cathode of the reversibly switched dinistor, the end of the second winding is connected to the anode of the third additional diode, the cathode of the third additional diode is connected to the positive power supply pole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4927397 RU1812616C (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surge injector of single-polarity pulses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4927397 RU1812616C (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surge injector of single-polarity pulses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1812616C true RU1812616C (en) | 1993-04-30 |
Family
ID=21569691
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4927397 RU1812616C (en) | 1991-04-18 | 1991-04-18 | Surge injector of single-polarity pulses |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1812616C (en) |
-
1991
- 1991-04-18 RU SU4927397 patent/RU1812616C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Ицхоки Я.С., Овчинников Н,И. Импульсные и цифровые устройства. М,: Советское радио, 1972, с. 143. Туткевич В.М., Грехов И.В. Новые принципы коммутации больших мощностей полупроводниковыми приборами. Л.: Наука, 1988, с. 99. Горбаткж А.В., Грехов И.В., Наливкин А.В. Теори квазидиодного режима работы реверсивно включаемых динисторов. - Пре- принт ФТИ АН СССР, 1986. №1071. Валь н Р.Х., Сивере М.А. Тиристорные генераторы и инверторы. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отд-е, 1982, с. 159. Грехов И,В„ Козлов А.К., Короткое С.В., Костина Л.С., Яковчек Н,С. Высокочастотные реверсивно включаемые динисторы, (54) ГЕНЕРАТОР УНИПОЛЯРНЫХ ИМПУЛЬСОВ * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5146394A (en) | Fly back converter switching power supply device | |
JP3416863B2 (en) | Power supply | |
SU1536467A1 (en) | Device for arc quenching in gas-discharge device | |
JP3623181B2 (en) | High voltage semiconductor switch device and high voltage generator | |
JPH02284587A (en) | Switching mode electric source | |
RU1812616C (en) | Surge injector of single-polarity pulses | |
US3894280A (en) | Frequency limited ferroresonant power converter | |
US5671129A (en) | Electronic switched-mode power supply for supplying power to an accumulator | |
CN1011171B (en) | Switched-mode power supply circuit including a power switch | |
RU2097910C1 (en) | Pulse generator | |
US4722040A (en) | Self-resonant inverter circuit | |
EP0408142A1 (en) | Method and electric circuit for exciting a gas discharge laser | |
RU2107988C1 (en) | High-voltage switch | |
RU2097913C1 (en) | Switch | |
JPS6139860A (en) | One-transistor inverter | |
JP3129037B2 (en) | Switching power supply | |
RU2009611C1 (en) | Nanosecond pulse semiconductor generator | |
SU1711308A2 (en) | Self-excited inverter | |
SU612290A1 (en) | Electromagnet boosting device | |
RU1802911C (en) | Inverter | |
SU1758797A1 (en) | Single-ended constant voltage converter | |
SU564983A1 (en) | Traction motors exciting current control device | |
RU2107185C1 (en) | Reservoir capacitor charging device for internal combustion engine electrical system | |
RU2087070C1 (en) | Switching device | |
RU2095941C1 (en) | Magnetic generator of pulses |