RU2071171C1

RU2071171C1 - Pulse modulator

Info

Publication number: RU2071171C1
Application number: RU93027518A
Authority: RU
Original assignee: Институт ядерной физики СО РАН
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1996-12-27

Abstract

FIELD: development of high-power pulse modulators for high-frequency generators of various applications. SUBSTANCE: pulse modulator has primary power supply 1, shunt 2, regulator 3, control voltage supply 4, storage inductance coil 5, switch 6, artificial switching circuit set up of diode 7, capacitor 8, electronic tube 9, choke coil 10, and power supply 12; it also has pulse amplitude correction regulator 11, pulsed clock generator 13, voltage divider 14, and modulator load 15. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано при разработке мощных импульсных модуляторов для ВЧ-генераторов различного назначения. The present invention relates to a pulse technique and can be used in the development of powerful pulse modulators for RF generators for various purposes.

Известны импульсные модуляторы с емкостным накопителем энергии на основе формирующих линий [1] в том числе с зарядом конденсаторов этих линий от индуктивного накопителя энергии [2] К основным недостаткам таких устройств следует отнести большие габариты и стоимость емкостного накопителя энергии. Known pulse modulators with a capacitive energy storage based on forming lines [1] including with a charge of the capacitors of these lines from an inductive energy storage [2]. The main disadvantages of such devices include the large size and cost of a capacitive energy storage.

Наиболее близким техническим решением является импульсный модулятор с индуктивным накопителем энергии и размыкателем, выполненный на электронной лампе [3] Главным недостатком устройств этого типа являются: низкий КПД из-за большого падения напряжения на электронной лампе, невозможность согласования напряжения первичного источника питания и выходного напряжения на нагрузке, а также отсутствие коррекции амплитуды выходного импульса напряжения в процессе его формирования. The closest technical solution is a pulsed modulator with an inductive energy storage device and an isolator made on an electronic lamp [3]. The main disadvantage of devices of this type are: low efficiency due to a large voltage drop across the electronic lamp, the impossibility of matching the voltage of the primary power source and the output voltage to load, as well as the lack of correction of the amplitude of the output voltage pulse in the process of its formation.

Целью изобретения является разработка более простого, мощного и экономичного импульсного модулятора для ВЧ-генераторов различного назначения. The aim of the invention is to develop a simpler, more powerful and economical pulse modulator for RF generators for various purposes.

Первый из указанных недостатков прототипа преодолевается наличием тиристорного коммутатора со схемой искусственной коммутации на базе электронной лампы. Второй недостаток прототипа исключается при выполнении первичного источника питания по схеме стабилизатора тока и использовании двухсекционного накопителя энергии с необходимой величиной коэффициента трансформации между этими секциями, а последний из указанных недостатков устраняет схема импульсной коррекции амплитуды выходного импульса напряжения. The first of these disadvantages of the prototype is overcome by the presence of a thyristor switch with an artificial switching circuit based on an electronic lamp. The second disadvantage of the prototype is eliminated when performing the primary power source according to the current stabilizer scheme and using a two-section energy storage device with the required value of the transformation coefficient between these sections, and the last of these disadvantages eliminates the pulse correction circuit of the amplitude of the output voltage pulse.

Совокупность указанных технических решений позволяет при высоком КПД устройства формировать на нагрузке прямоугольные выходные импульсы напряжения заданной амплитуды и длительности, следующие с необходимой частотой повторения. The combination of these technical solutions allows for a high efficiency device to form a rectangular output voltage pulses of a given amplitude and duration on the load, following with the necessary repetition rate.

Первичный источник питания 1 (фиг. 1) выполнен по схеме стабилизатора тока индуктивного накопителя 5, имеющего две секции 5' и 5''. Схема стабилизатора тока накопителя включает в себя источник управляющего напряжения 4, регулятор 3 и шунт 2. К общей точке накопителя присоединен тиристорный коммутатор 6 со схемой искусственной коммутации, состоящей из блокированной диодом 7 емкости 8, электронной лампы 9 и зарядной цепи емкости, включающей дроссель 10 и источник питания 12. К сетке лампы присоединен тактовый импульсный генератор 13 и регулятор коррекции амплитуды импульса 11 с делителем напряжения 14, установленным параллельно нагрузке модулятор 15. The primary power source 1 (Fig. 1) is made according to the current stabilizer circuit of the inductive storage 5 having two sections 5 'and 5' '. The drive current stabilizer circuit includes a control voltage source 4, a regulator 3, and a shunt 2. A thyristor switch 6 is connected to the drive common point with an artificial switching circuit consisting of a capacitor 8 blocked by a diode 7, an electronic lamp 9, and a capacitor charging circuit including a choke 10 and a power source 12. A clock pulse generator 13 and a pulse amplitude adjustment correction regulator 11 with a voltage divider 14 mounted parallel to the load of the modulator 15 are connected to the lamp grid.

В исходном состоянии в цепи 1-5'-6-2 устанавливается постоянный ток, пропорциональный выходному постоянному напряжению управляющего источника 4. Регулятор 3 представляет собой классическую схему импульсно-фазового управления (СИФУ), управляющую работой трехфазного тиристорного выпрямителя 1. Благодаря обратной связи, снимаемой с шунта 2, первичный источник питания 1 работает в режиме стабилизатора тока, протекающего через секцию 5' накопителя 5 (фиг. 2). In the initial state, a direct current is set in circuit 1-5'-6-2, proportional to the output constant voltage of the control source 4. Regulator 3 is a classic pulse-phase control circuit (SIFU) that controls the operation of a three-phase thyristor rectifier 1. Thanks to the feedback, removed from shunt 2, the primary power source 1 operates in the mode of a current stabilizer flowing through section 5 'of drive 5 (Fig. 2).

Для формирования на активной нагрузке 15 импульса напряжения необходимо разомкнуть коммутатор 6, в результате чего ток накопителя 5 замкнется через нагрузку 15. Для этих целей служит схема искусственной коммутации тока, содержащая лампу 9, диод 7, шунтированный емкостью 8, начальное напряжение на которой обеспечивает зарядная цепь, состоящая из источника питания 12 и дросселя 10. To form a voltage pulse on active load 15, it is necessary to open switch 6, as a result of which drive current 5 closes through load 15. For this purpose, an artificial current switching circuit containing a lamp 9, diode 7, shunted by capacitance 8, the initial voltage of which is provided by charging a circuit consisting of a power source 12 and a choke 10.

В начале формирования выходного импульса напряжения тактовый генератор 13 формирует импульс, открывающий лампу 9. В результате предварительно заряженная емкость 8 разряжается через лампу 9, выключая коммутатор 6, а ток накопителя замыкается при этом по цепи 8-9. После надежного выключения коммутатора амплитуда выходного импульса генератора 13 уменьшается, что приводит к запиранию лампы 9. В результате увеличения напряжения на аноде этой лампы ток секции 5' коммутируется в цепи 5''-15 и начинает формироваться выходной импульс напряжения, амплитуда которого определяется током накопителя 5 и величиной сопротивления нагрузки 15, поддерживается на заданном уровне с помощью регулятора коррекции 11, выполненном по классической схеме импульсного регулятора. Во время формирования импульса напряжения на нагрузке электронная лампа 9 работает в режиме параллельного регулирующего элемента. At the beginning of the formation of the output voltage pulse, the clock generator 13 generates a pulse that opens the lamp 9. As a result, the pre-charged capacitance 8 is discharged through the lamp 9, turning off the switch 6, and the drive current is closed by circuit 8-9. After the switch is turned off reliably, the amplitude of the output pulse of the generator 13 decreases, which leads to the locking of the lamp 9. As a result of increasing the voltage at the anode of this lamp, the current of section 5 'is switched in the circuit 5' '- 15 and an output voltage pulse begins to form, the amplitude of which is determined by the current 5 and the value of the load resistance 15, is maintained at a given level using the correction controller 11, made according to the classical scheme of the pulse controller. During the formation of a voltage pulse on the load, the electronic lamp 9 operates in parallel control element.

В конце импульса включается коммутатор 6 и в цепи 1-5'-6-2 спустя некоторое время вновь устанавливается начальное значение тока. At the end of the pulse, switch 6 is turned on and in the circuit 1-5'-6-2, after some time, the initial current value is again set.

Для нормальной работы устройства необходимо, чтобы в начале плоской части выходного импульса напряжения через лампу 9 протекал ток, достаточный для обеспечения коррекции амплитуды этого импульса. Другими словами, после замыкания тока накопителя 5 через активную нагрузку 15 часть тока накопителя должна замыкаться через электронную лампу, что дает возможность проводить коррекцию выходного импульса напряжения с помощью схемы импульсного регулятора. For normal operation of the device, it is necessary that at the beginning of the flat part of the output voltage pulse, a current flowing through the lamp 9 is sufficient to ensure correction of the amplitude of this pulse. In other words, after closing the drive current 5 through the active load 15, part of the drive current must be closed through an electronic lamp, which makes it possible to correct the output voltage pulse using a pulse regulator circuit.

Емкость схемы искусственной коммутации 8 блокирована диодом 7, через который замыкается ток накопителя при формировании плоской части выходного импульса напряжения, что позволяет уменьшить величину емкости 8 и мощность источника питания 12. The capacity of the artificial switching circuit 8 is blocked by a diode 7, through which the drive current is closed when a flat part of the output voltage pulse is formed, which reduces the value of the capacitance 8 and the power of the power supply 12.

Применение двухсекционного индуктивного накопителя позволяет согласовать параметры первичного источника питания и нагрузки, т.к. эти параметры связаны соотношением: U ₁ U₁₅/Q x K,
где U₁ напряжение источника 1;
Q скважность следования импульсов;
K коэффициент трансформации накопителя;
U₁₅ амплитуда выходного импульса напряжения.The use of a two-section inductive drive allows you to coordinate the parameters of the primary power source and load, because these parameters are related by the ratio: U ₁ U ₁₅ / Q x K,
where U ₁ voltage source 1;
Q duty cycle of pulses;
K drive transformation ratio;
U _{15 is the} amplitude of the output voltage pulse.

КПД устройства определяется в основном величиной активных потерь в обмотках накопителя, коммутаторе 6 и лампе 9. Для иллюстрации возможностей предлагаемого устройства следует отметить, что разработанный на основе изложенных технических решений импульсный модулятор средней мощностью 200 кВт имеет КПД около 80% The efficiency of the device is determined mainly by the value of active losses in the drive windings, switch 6 and lamp 9. To illustrate the capabilities of the proposed device, it should be noted that a pulse modulator with an average power of 200 kW developed on the basis of the technical solutions has an efficiency of about 80%

Claims

A pulse modulator containing a power source, a switch and an inductive energy storage device, characterized in that the power source is made in the form of a current stabilizer containing a thyristor rectifier, a controlled voltage source, a regulator and a shunt, the switch is made of a thyristor with a capacitor artificial switching circuit containing a diode, capacitor , an electronic lamp, a choke, an additional power source, a clock generator, a pulse amplitude correction regulator and a voltage divider, connected in parallel the load of the modulator, and the inductive energy storage device contains two sections, the first output of the first section connected to the cathode of the thyristor rectifier, the second output through a parallel connected diode and capacitor with the first output of the second section, the second output of which is connected through the load of the modulator to a common bus, anode a thyristor rectifier is connected via a shunt to a common bus and is connected to the first input of the regulator, the second input of which is connected to the first output of the control voltage source, and the output with a control elec a thyristor rectifier, the anode of the thyristor switch is connected to the second terminal of the first section of the inductive energy storage device, and the cathode with a common bus, the anode of the electron tube is connected to the first terminal of the second section of the inductive energy storage device and through the inductor with an additional power source, the cathode of the electronic lamp is connected to the common bus , a control electrode with outputs of a clock generator and a pulse amplitude correction regulator, the first and second outputs of which are connected to the second output of the control voltage source tension and to the midpoint of the voltage divider, respectively.