RU2307462C1

RU2307462C1 - Device for powering impulse lamps

Info

Publication number: RU2307462C1
Application number: RU2006105183/28A
Authority: RU
Inventors: Валерий Павлович Барков (RU); Валерий Павлович Барков; Евгений Иванович Дикий (RU); Евгений Иванович Дикий; Владимир Михайлович Мурашев (RU); Владимир Михайлович Мурашев; Ольга Николаевна Романенко (RU); Ольга Николаевна Романенко; Константин Николаевич Свиридов (RU); Константин Николаевич Свиридов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика"
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

FIELD: impulse engineering, possible use for building power sources of impulse lamps of optical quantum generators.

SUBSTANCE: device for powering impulse lamps contains power source, impulse lamp and ignition transformer, and also first, second, third and fourth thyristors, first and second throttles, first and second capacitors. Serially connected first throttle, first thyristor and first capacitor are connected in parallel to power supply. Connected second thyristor and second capacitor are connected in parallel to first thyristor and first capacitor. Serially connected third thyristor and second throttle are connected in parallel to second capacitor. Fourth thyristor, secondary ignition transformer winding and impulse lamp, both coupled serially with the thyristor, are connected in parallel to first capacitor and second throttle.

EFFECT: increased efficiency of device usage for powering impulse lamps of optical quantum generators.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано при создании источников питания импульсных ламп оптических квантовых генераторов.The invention relates to the field of pulsed technology and can be used to create power supplies for pulsed lamps of optical quantum generators.

Известно импульсное лазерное устройство, содержащее зарядные конденсаторы, соединенные с блоком для управления зарядом, разрядные лампы, которые соединены с конденсаторами и разряжаются накопленным на конденсаторах напряжением под действием тригерного сигнала, лазерный генератор, возбуждаемый световыми импульсами накачки от ламп, разрядную схему, которая соединена с конденсаторами и при разряде ламп разряжается напряжением, накопленным конденсаторами [Япония, заявка №58-45838, МКИ H01S 3/092, 1983 г.].A pulsed laser device is known that contains charging capacitors connected to a charge control unit, discharge lamps that are connected to capacitors and are discharged by the voltage stored on the capacitors under the action of a trigger signal, a laser generator excited by light pulses from the lamps, a discharge circuit that is connected to by capacitors and when the lamps are discharged, it is discharged by the voltage accumulated by the capacitors [Japan, Application No. 58-45838, MKI H01S 3/092, 1983].

Известен источник питания для лазерного генератора, содержащий источник постоянного тока, который изменяет выходное напряжение путем управления фазой переменного тока, блок для заряда нескольких конденсаторов, соединенных параллельно с источником через соответствующие диоды, блок постоянного опорного напряжения, фиксирующий требуемое напряжение заряда каждого конденсатора, блоки, которые регистрируют и усиливают соответствующие разностные напряжения между опорным напряжением блока и напряжением на каждом конденсаторе, блок для модуляции полного сопротивления, соединенный параллельно с блоками, блок, формирующий импульсы регулировки фазы для управления фазой тиристоров по сигналу с блока [Япония, заявка №60-26316, МКИ Н01S 3/092, 1985 г.].A known power source for a laser generator, containing a direct current source that changes the output voltage by controlling the phase of the alternating current, a unit for charging several capacitors connected in parallel with the source through the corresponding diodes, a constant reference voltage unit that fixes the required charge voltage of each capacitor, blocks, which register and amplify the corresponding differential voltages between the reference voltage of the block and the voltage at each capacitor, block for m modulation of the impedance connected in parallel with the blocks, the block forming the phase adjustment pulses for phase control thyristors by a signal from block [Japan Application №60-26316, MKI N01S 3/092, g. 1985].

Недостатком известных устройств является их низкая эффективность из-за низкой частоты накачки импульсных ламп, что приводит к малой выходной мощности оптического квантового генератора.A disadvantage of the known devices is their low efficiency due to the low pump frequency of the flash tubes, which leads to a low output power of the optical quantum generator.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является лазерное генераторное устройство, содержащее лампу-вспышку, обеспечивающую световую накачку лазерного элемента; дополнительный источник питания с высоким выходным полным сопротивлением, который в обычном состоянии подает небольшой постоянный ток на лампу-вспышку; основной источник питания с низким выходным полным сопротивлением, который через коммутирующий блок соединен с лампой-вспышкой; блок, который при повторении световых импульсов увеличивает выходное напряжение основного источника питания в начальный момент излучения лампы-вспышки [Япония, заявка №60-28154, МКИ Н01S 3/092, Н03K 3/53, 1985 г.].The closest technical solution (prototype) to the present invention is a laser generator device containing a flash lamp, providing light pumping of the laser element; an additional power source with a high output impedance, which in the normal state supplies a small constant current to the flash lamp; the main power source with a low output impedance, which is connected through a switching unit to a flash lamp; a unit that, when repeating light pulses, increases the output voltage of the main power source at the initial moment of radiation of the flash lamp [Japan, application No. 60-28154, MKI H01S 3/092, H03K 3/53, 1985].

Недостатком известного устройства является невозможность получения высокой выходной мощности ОКГ из-за низкой частоты накачки импульсных ламп ОКГ.A disadvantage of the known device is the inability to obtain a high output power of the laser due to the low pump frequency of the pulsed laser lamps.

С помощью предлагаемого технического решения достигается новый технический результат, заключающийся в повышении эффективности осуществления питания импульсных ламп за счет стабилизации напряжения на лампах при снижении напряжения источника питания.Using the proposed technical solution, a new technical result is achieved, which consists in increasing the efficiency of supplying flash lamps by stabilizing the voltage on the lamps while reducing the voltage of the power source.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что устройство для накачки ОКГ, содержащее источник питания, лампу импульсную и трансформатор поджига, дополнительно содержит первый, второй, третий и четвертый тиристоры, первый и второй дроссели, первый и второй конденсаторы, при этом последовательно соединенные первый дроссель, первый тиристор и первый конденсатор подключены параллельно источнику питания, соединенные второй тиристор и второй конденсатор подключены параллельно первому тиристору и первому конденсатору, последовательно соединенные третий тиристор и второй дроссель включены параллельно второму конденсатору, а четвертый тиристор и установленные последовательно с ним вторичная обмотка трансформатора поджига и импульсная лампа подключены параллельно первому конденсатору и второму дросселю.In accordance with the invention, the technical result is achieved in that the device for pumping the laser, containing a power source, a pulsed lamp and an ignition transformer, further comprises first, second, third and fourth thyristors, first and second chokes, first and second capacitors, while in series connected the first choke, the first thyristor and the first capacitor are connected in parallel to the power source, the connected second thyristor and the second capacitor are connected in parallel to the first thyristor and vomu capacitor serially connected third thyristor and the second choke connected in parallel with the second capacitor, and a fourth thyristor and mounted in series with the secondary winding of the ignition transformer and the flash lamp is connected parallel to the first capacitor and the second inductor.

Кроме того, источник питания выполнен в виде емкостного накопителя.In addition, the power source is made in the form of a capacitive storage.

Кроме того, источник питания выполнен в виде аккумуляторной батареи.In addition, the power source is made in the form of a battery.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для питания импульсных ламп (на примере одной лампы ОКГ), на фиг.2 - электрическая схема устройства, на фиг.3 - временная диаграмма.Figure 1 presents a block diagram of the proposed device for supplying flash lamps (for example, one laser lamp), figure 2 is an electrical diagram of the device, figure 3 is a timing chart.

Устройство для питания импульсных ламп содержит источник питания 1, первый дроссель 2, первый тиристор 3, лампу импульсную 4, трансформатор поджига 5, четвертый тиристор 6 и второй дроссель 7, соединенные последовательно, образуя замкнутую цепь; второй тиристор 8 соединен со вторым конденсатором 9 и подключен параллельно первому тиристору 3 и первому конденсатору 10; третий тиристор 11 подключен параллельно второму конденсатору 9 и второму дросселю 7.A device for supplying flash lamps comprises a power supply 1, a first inductor 2, a first thyristor 3, a pulse lamp 4, an ignition transformer 5, a fourth thyristor 6 and a second inductor 7 connected in series to form a closed circuit; the second thyristor 8 is connected to the second capacitor 9 and connected in parallel with the first thyristor 3 and the first capacitor 10; the third thyristor 11 is connected in parallel with the second capacitor 9 and the second inductor 7.

Устройство для питания импульсных ламп работает следующим образом. Открывается первый тиристор 3 и замыкает источник питания 1 через первый дроссель, величина которого выбирается из условия резонансного заряда, на первый конденсатор 10, который заряжается до заданного напряжения (U_зад<U_рез). С помощью импульса, сформированного трансформатором поджига 5, импульсная лампа 4 приводится в проводящее состояние. После заряда первого конденсатора 10 до напряжения U_задоткрывается второй тиристор 8, и второй конденсатор 9 заражается до U_зад, причем С2≪С1. Включением четвертого тиристора 6 осуществляется процесс разряда первого и второго конденсаторов через второй дроссель 7 на импульсную лампу 4. По окончании оптической генерации импульсной лампы 4, не дожидаясь полного разряда первого конденсатора 10, осуществляется принудительное отключение импульсной лампы 4 путем включения третьего тиристора 11. Т.к. напряжение на втором конденсаторе 9 больше, чем напряжение на первом конденсаторе 10, то за счет напряжения на втором дросселе 7 четвертый тиристор 6 закрывается обратным напряжением, а второй конденсатор 9 разряжается до конца. При построении источника питания импульсных ламп предложенным образом разряд первого конденсатора 10 по окончании оптической генерации импульсной лампы 4 осуществляется не до нулевого значения, а прекращается принудительно при напряжении ~0,5 U_зад, что позволяет значительно снизить время разряда конденсаторов на импульсную лампу и увеличить частоту повторения включения генерации лампы, что приводит к повышению выходной мощности ОКГ. Кроме того, осуществляя разряд первого конденсатора 10 не до нулевого значения, позволяет начинать его последующий заряд, экономя расход энергии источника питания 1. Для питания лампы ОКГ необходим источник питания мощностью в несколько мегаватт (в зависимости от типа лампы), который может быть построен на основе химических источников тока по комбинированной схеме с использованием в качестве обострителя мощности и источника высоковольтного напряжения батарей молекулярных конденсаторов, выполняющих функции буферного источника энергии для заряда молекулярных конденсаторов. Батареи молекулярных конденсаторов создаются на базе емкостных накопителей типа МНЭ - 3/60 или 24ПП - 30/0,003; аккумуляторные батареи - 10НКБ-90, как буферный источник энергии.A device for supplying flash lamps works as follows. The first thyristor 3 opens and closes the power source 1 through the first inductor, the value of which is selected from the condition of the resonant charge, to the first capacitor 10, which is charged to a given voltage (U _ass <U _res ). Using the pulse generated by the ignition transformer 5, the flash lamp 4 is brought into a conductive state. After charging the first capacitor 10 to a voltage of U _ass , the second thyristor 8 opens, and the second capacitor 9 becomes infected to U _ass , with C2≪C1. By turning on the fourth thyristor 6, the process of discharging the first and second capacitors through the second inductor 7 to the flash lamp 4. At the end of the optical generation of the flash lamp 4, without waiting for the full discharge of the first capacitor 10, the flash lamp 4 is forcedly turned off by turning on the third thyristor 11. T. to. the voltage on the second capacitor 9 is greater than the voltage on the first capacitor 10, then due to the voltage on the second inductor 7, the fourth thyristor 6 is closed by reverse voltage, and the second capacitor 9 is discharged to the end. When constructing the power supply of pulsed lamps in the proposed manner, the discharge of the first capacitor 10 at the end of the optical generation of the pulsed lamp 4 is not carried out to zero, but is stopped forcibly at a voltage of ~ 0.5 U _back , which can significantly reduce the discharge time of the capacitors on the pulsed lamp and increase the frequency repetition of the inclusion of the generation of the lamp, which leads to an increase in the output power of the laser. In addition, by discharging the first capacitor 10 to a non-zero value, it allows to start its subsequent charge, saving the power consumption of power source 1. To power the OKG lamp, you need a power source with a capacity of several megawatts (depending on the type of lamp), which can be built on based on chemical current sources according to a combined scheme using molecular capacitors as a power sharpener and a high-voltage voltage source, acting as a buffer energy source A charge of molecular capacitors. Molecular capacitor batteries are created on the basis of capacitive storage devices of the type MNE - 3/60 or 24PP - 30 / 0.003; rechargeable batteries - 10NKB-90, as a buffer source of energy.

Трансформатор поджига 5 представляет собой импульсный трансформатор, на первичную обмотку которого подается импульс U1=4,5 кВ длительностью 3,4 мкс, а на вторичной обмотке формируется импульс поджига U2=30-35 кВ той же длительности. Защита схемы от высоковольтного импульса поджига осуществляется с помощью второго конденсатора 9, который может быть выполнен на основе конденсатора КВИ-4700 - 12 кВ. В качестве первого конденсатора 10 могут быть использованы конденсаторы типа К75-40.Ignition transformer 5 is a pulse transformer, on the primary winding of which a pulse U1 = 4.5 kV with a duration of 3.4 μs is supplied, and an ignition pulse U2 = 30-35 kV of the same duration is formed on the secondary winding. The circuit is protected from a high-voltage ignition pulse by means of a second capacitor 9, which can be made on the basis of the KVI-4700 capacitor - 12 kV. As the first capacitor 10, K75-40 type capacitors can be used.

Предложенная схема питания лампы ОКГ позволяет осуществлять работу импульсной лампы с частотой 25-30 Гц, в то время как известные схемы позволяют работать с частотой 2-3 Гц.The proposed power supply circuit of the OKG lamp allows the operation of a pulsed lamp with a frequency of 25-30 Hz, while the known circuit allows you to work with a frequency of 2-3 Hz.

Из вышеприведенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными, а именно:From the above it follows that the proposed technical solutions have advantages over the known ones, namely:

1. Обеспечение более высокочастотного режима работы ОКГ за счет уменьшения времени отключения лампы с увеличением частоты повторения оптической генерации импульсной лампы.1. Providing a more high-frequency mode of operation of the laser by reducing the time off the lamp with an increase in the frequency of repetition of the optical generation of the pulsed lamp.

2. Увеличение выходной мощности ОКГ.2. An increase in the output power of the laser.

3. Экономное расходование энергии источника питания за счет неполного разряда емкостного накопителя.3. The economical consumption of energy from the power source due to incomplete discharge of the capacitive storage.

Следовательно, предложенное устройство при использовании дает новый технический результат, заключающийся в повышении эффективности использования устройства для питания импульсных ламп ОКГ.Therefore, the proposed device when used gives a new technical result, which consists in increasing the efficiency of using the device for powering flash lamps.

По материалам заявки в данное время на предприятии изготовлен макетный образец устройства, который при испытаниях подтвердил достижение вышеуказанного технического результата.Based on the application materials, a prototype device was manufactured at the enterprise at the time, which, when tested, confirmed the achievement of the above technical result.

Claims

1. A device for supplying pulsed lamps, containing a power source, a pulsed lamp and an ignition transformer, characterized in that it additionally introduces the first, second, third and fourth thyristors, the first and second chokes, the first and second capacitors, while the first connected in series the inductor, the first thyristor and the first capacitor are connected in parallel to the power source, the connected second thyristor and the second capacitor are connected in parallel to the first thyristor and the first capacitor, connected in series The third thyristor and the second inductor are connected in parallel with the second capacitor, and the fourth thyristor and the secondary winding of the ignition transformer and a flash lamp connected in series with it are connected in parallel with the first capacitor and the second inductor.

2. The device according to claim 1, characterized in that in it the power source is made in the form of a capacitive storage.

3. The device according to claim 1, characterized in that in it the power source is made in the form of a battery.