RU2647662C1 - Generator of impulses of damped vibrations of limited duration - Google Patents
Generator of impulses of damped vibrations of limited duration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647662C1 RU2647662C1 RU2017115174A RU2017115174A RU2647662C1 RU 2647662 C1 RU2647662 C1 RU 2647662C1 RU 2017115174 A RU2017115174 A RU 2017115174A RU 2017115174 A RU2017115174 A RU 2017115174A RU 2647662 C1 RU2647662 C1 RU 2647662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- switch
- circuit
- current
- voltage
- oscillations
- Prior art date
Links
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 1
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B11/00—Generation of oscillations using a shock-excited tuned circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Изобретение касается устройства для генерации импульсов затухающих колебаний и может быть применено, в частности, в устройствах, предназначенных для зажигания газовых разрядов с целью возбуждения низкотемпературной плазмы.The invention relates to a device for generating pulses of damped oscillations and can be applied, in particular, in devices designed to ignite gas discharges with the aim of exciting low-temperature plasma.
Уровень техникиState of the art
Существуют устройства для получения импульсов затухающих гармонических колебаний. Получаемые с их помощью прерывистые колебания имеют затухающий характер, что для ряда применений (индукционный нагрев, возбуждение низкотемпературной плазмы и др.) не имеет принципиального значения (Мастяев В.Я. Генераторы на импульсных тиратронах для индукционного нагрева. — М.: Энергия, 1978, 96 с.).There are devices for receiving pulses of damped harmonic oscillations. The intermittent oscillations obtained with their help are damped in nature, which is of no fundamental importance for a number of applications (induction heating, excitation of low-temperature plasma, etc.) (V. Mastyaev. Pulse thyratron generators for induction heating. - M.: Energy, 1978 , 96 p.).
В патенте РФ № 2523163 описан твердотельный высокочастотный генератор с контуром ударного возбуждения (Твердотельный высокочастотный генератор с контуром ударного возбуждения. Патент РФ № 2523163, 2014). Устройство позволяло формировать на выходе импульсы затухающих колебаний с частотой колебаний, достигающей единиц мегагерц. Устройство использовалось для зажигания газовых разрядов с целью возбуждения низкотемпературной плазмы (A. V. Ponomarev et al. High-frequency generator based on pulsed excitation of the oscillating circuit for biological decontamination. Pulsed Power Conference (PPC), 2013 19th IEEE, p. 1–5, 2013. doi:10.1109/PPC.2013.6627495).RF patent No. 2523163 describes a solid-state high-frequency generator with a shock excitation circuit (Solid state high-frequency generator with a shock excitation circuit. RF patent No. 2523163, 2014). The device allowed to generate pulses of damped oscillations at the output with an oscillation frequency reaching units of megahertz. The device was used to ignite gas discharges to excite low-temperature plasma (AV Ponomarev et al. High-frequency generator based on pulsed excitation of the oscillating circuit for biological decontamination. Pulsed Power Conference (PPC), 2013 19th IEEE, p. 1–5, 2013.doi: 10.1109 / PPC.2013.6627495).
В работе было показано, что при возбуждении низкотемпературной плазмы импульсами затухающих гармонических колебаний, ток разряда протекал только в первые периоды питающего напряжения. Ввиду затухания амплитуды напряжения во времени, его значения становилось недостаточным для зажигания разряда в последующие периоды колебаний. Таким образом, часть энергии импульса тратилась бесполезно, рассеиваясь в виде тепла в проводниках. Это приводило к повышенному потреблению устройством энергии, не поступающей в нагрузку, и излишнему тепловыделению в элементах схемы.It was shown in the work that upon excitation of a low-temperature plasma by pulses of damped harmonic oscillations, the discharge current flowed only in the first periods of the supply voltage. Due to the attenuation of the voltage amplitude over time, its value became insufficient to ignite the discharge in subsequent periods of oscillation. Thus, part of the pulse energy wasted uselessly, dissipating as heat in the conductors. This led to increased consumption by the device of energy not entering the load, and excessive heat generation in the circuit elements.
Одно из решений задачи повышения эффективности генератора импульсов затухающих колебаний описано в патенте JPS5862924 от 1983 года (Мощный генератор импульсов затухающих колебаний). В работе, затухающие колебания в цепи нагрузки запасались в виде остаточной энергии в дополнительном емкостном накопителе. После полного прекращения колебаний накопленная энергия возвращалась в источник питания с помощью дополнительной цепи рекуперации, повышая эффективность устройства.One of the solutions to the problem of increasing the efficiency of a damped oscillation pulse generator is described in JPS5862924 from 1983 (Powerful damped oscillation pulse generator). In the work, damped oscillations in the load circuit were stored as residual energy in an additional capacitive storage. After a complete cessation of oscillations, the stored energy was returned to the power source using an additional recovery circuit, increasing the efficiency of the device.
Недостатком данного решения является продолжительное наличие колебаний в силовой цепи до их полного затухания и связанные с этим тепловые потери в проводниках. Кроме того, данное решение усложняет схемное решение введением дополнительных элементов цепи рекуперации энергии.The disadvantage of this solution is the prolonged presence of oscillations in the power circuit until they are completely damped and the associated thermal losses in the conductors. In addition, this solution complicates the circuit solution by introducing additional elements of the energy recovery circuit.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявленному устройству является выбранный в качестве прототипа "Генератор возбуждения колебаний", описанный в патенте США №4837525 от 1989 (Transient waveform generator). Устройство представляет собой четвертьмостовой преобразователь, в котором высокочастотные колебания в контуре возникают после коммутации емкостного накопителя тиристором с установленным параллельно ему диодом. Устройство формирует импульсы затухающих колебаний частотой около 1 МГц. Применения коммутатора с частичным управлением, а именно тиристора, не позволяет ограничить длительность формируемых импульсов затухающих колебаний путем его запирания внешним сигналом управления. Невозможность запирания тиристора исключает повторную подачу на него питающего напряжения до полного прекращения протекающего через него тока и восстановления его электрической прочности. Данное обстоятельство ограничивает частоту следования формируемых устройством импульсов.The closest in technical essence and the achieved positive effect to the claimed device is selected as a prototype "Generator of excitation of oscillations" described in US patent No. 4837525 from 1989 (Transient waveform generator). The device is a quarter-bridge converter in which high-frequency oscillations in the circuit occur after the capacitive storage is switched by a thyristor with a diode installed parallel to it. The device generates pulses of damped oscillations with a frequency of about 1 MHz. The use of a partially controlled switch, namely a thyristor, does not allow limiting the duration of the generated pulses of damped oscillations by locking it with an external control signal. The inability to lock the thyristor eliminates the repeated supply of a supply voltage to it until the current flowing through it is completely stopped and its electrical strength is restored. This circumstance limits the repetition rate of pulses generated by the device.
Техническая задачаTechnical challenge
Технической задачей данного изобретения является задача повышения эффективности устройств инициирования низкотемпературной плазмы при зажигании газовых разрядов импульсами затухающих колебаний и повышение максимальной частоты их повторения.The technical task of this invention is the task of increasing the efficiency of low-temperature plasma initiating devices when igniting gas discharges by pulses of damped oscillations and increasing the maximum frequency of their repetition.
Технические результат совпадает с технической задачей и достигается путем принудительного ограничения длительности импульса в момент прекращения поступления энергии в нагрузку. Получение подобных (ограниченных по длительности) импульсов дает возможность сохранить часть не потребленной нагрузкой энергии импульса, что в свою очередь позволяет снизить потребляемую мощность от источника питания. Это приводит к снижению энергопотребления устройства и повышению его эффективности. Дополнительным преимуществом сокращения длительности импульса является возможность повышения частоты их повторения.The technical result coincides with the technical task and is achieved by forcibly limiting the pulse duration at the moment of termination of energy input to the load. Obtaining such (limited in duration) pulses makes it possible to save part of the pulse energy not consumed by the load, which in turn allows reducing the power consumption from the power source. This leads to lower power consumption of the device and increase its efficiency. An additional advantage of reducing the pulse duration is the possibility of increasing the frequency of their repetition.
РешениеDecision
Для решения поставленной задачи предлагается генератор импульсов на основе четвертьмостового преобразователя, включающий источник питания, полупроводниковый коммутатор, антипараллельный диод, датчики тока, включенный последовательно в колебательный контур с емкостным накопителем и первичной обмоткой трансформатора и предназначенный для генерации импульсов затухающих колебаний в нагрузке, подключенной к цепи вторичной обмотки трансформатора, отличающийся тем, что содержит схему управления, обеспечивающую контроль напряжения на ёмкостном накопителе и включение коммутатора при достижении определенного уровня этого напряжения, а также осуществляющую по сигналам с датчиков тока отключение коммутатора через фиксированный интервал времени в момент отсутствия протекающего через него тока, при протекании тока через параллельный коммутатору диод.To solve this problem, a pulse generator based on a quarter-bridge converter is proposed, which includes a power supply, a semiconductor switch, an antiparallel diode, current sensors connected in series to an oscillatory circuit with a capacitive storage and transformer primary winding and designed to generate damped oscillation pulses in a load connected to the circuit the secondary winding of the transformer, characterized in that it contains a control circuit that provides voltage control on mkostnom drive switch and switch when reaching a certain level of voltage, and also by signals from current sensing switch off after a fixed time interval at the time of no current flowing therethrough when a current flows through the parallel diode switch.
В качестве коммутатора с антипараллельным диодом может быть использован прибор с полным управлением, позволяющий прерывать колебания в контуре в определенный момент времени после их возникновения. В свою очередь, в качестве прибора с полным управлением может быть использован биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT транзистор) или MOSFET транзистор.As a switch with an antiparallel diode, a device with full control can be used to interrupt oscillations in the circuit at a certain point in time after their occurrence. In turn, as a device with full control can be used a bipolar transistor with an insulated gate (IGBT transistor) or a MOSFET transistor.
Для повышения рабочего напряжения может быть использован массив последовательно соединённых коммутаторов. А для повышения рабочего тока может быть использован массив параллельно или смешанно соединённых коммутаторов.An array of series-connected switches can be used to increase the operating voltage. And to increase the operating current, an array of parallel or mixed connected switches can be used.
Описание чертежейDescription of drawings
На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства. Введены следующие обозначения: 1 – источник питания, 2 – схема управления, 3 – коммутатор, 4 – антипараллельный диод, 5 – емкостной накопитель, 6 – трансформатор, 7 – нагрузка, 8, 9 – датчики токов первичного контура и нагрузки соответственно.In FIG. 1 shows an electrical diagram of the proposed device. The following notation is introduced: 1 - power supply, 2 - control circuit, 3 - switch, 4 - antiparallel diode, 5 - capacitive storage, 6 - transformer, 7 - load, 8, 9 - primary current and load current sensors, respectively.
На фиг. 2 изображены кривые тока в первичном контуре I1 и напряжения на емкостном накопителе Uc. Фиг. 2а: формирование ограниченных по длительности импульсов затухающих колебаний. Фиг. 2б: формирование импульсов затухающих колебаний без ограничения их длительности.In FIG. 2 shows the current curves in the primary circuit I1 and the voltage across the capacitive storage Uc. FIG. 2a: the formation of pulses of a damped oscillation limited in duration. FIG. 2b: the formation of pulses of damped oscillations without limiting their duration.
Детальное описаниеDetailed description
Отличительная особенность данного технического решения от прототипа состоит в том, что в качестве первичного коммутатора использован прибор с полным управлением – в нашем случае биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT-транзистор). Наличие у него возможности как включения, так и выключения внешним сигналом управления позволяет прервать ему колебания в первичном контуре в необходимый момент времени либо в момент прекращения потребления энергии нагрузкой. При этом часть энергии импульса, не потребленная нагрузкой, остается в емкости накопителя первичного контура. На величину этой остаточной энергии уменьшается энергия, поступающая в накопитель от источника питания для формирования последующего импульса. Именно это приводит к снижению энергопотребления устройства и повышению его эффективности.A distinctive feature of this technical solution from the prototype is that the device with full control is used as the primary switch - in our case, an insulated gate bipolar transistor (IGBT transistor). Having the ability to turn it on and off with an external control signal allows him to interrupt the oscillations in the primary circuit at the right time or at the moment the load ceases to consume energy. In this case, part of the pulse energy not consumed by the load remains in the capacity of the primary circuit storage device. The amount of this residual energy decreases the energy supplied to the drive from the power source to form a subsequent pulse. This is what leads to lower power consumption of the device and increase its efficiency.
Сокращение длительности самого импульса позволяет повысить максимальную частоту их повторения.Reducing the duration of the pulse itself allows you to increase the maximum frequency of their repetition.
Включение и выключение коммутатора осуществляется системой управления. Во избежание перенапряжений на коммутаторе в случае обрыва тока в первичном контуре отключение производится только в момент отсутствия протекания тока через коммутатор. Отключение коммутатора происходит в момент протекания тока через параллельный транзистору диод. Таким образом, формируется только целое число периодов затухающих колебаний.The switch is turned on and off by the control system. In order to avoid overvoltage on the switch in the event of a current interruption in the primary circuit, shutdown is performed only when there is no current flowing through the switch. The switch is turned off when the current flows through a diode parallel to the transistor. Thus, only an integer number of periods of damped oscillations is formed.
Предлагается устройство формирования импульсов затухающих гармонических колебаний ограниченной длительности. Электрическая схема предлагаемого устройства приведена на Фиг. 1.A device for generating pulses of damped harmonic oscillations of limited duration is proposed. The electrical circuit of the proposed device is shown in FIG. one.
Устройство представляет собой четвертьмостовой преобразователь постоянного напряжение в переменное – импульсное. Устройство состоит из источника питания (1), схемы управления (2), коммутатора (3), антипараллельного диода (4), емкостного накопителя (5), трансформатора (6), нагрузки (7), датчиков тока (8, 9). Источник питания обеспечивает зарядку емкостного накопителя до требуемого значения напряжения. Схема управления осуществляет контроль за величиной данного напряжения Uc и при достижении ее определенного уровня прекращает процесс зарядки емкостного накопителя путем отключения источника питания.The device is a quarter-bridge converter of direct voltage to alternating - pulse. The device consists of a power source (1), a control circuit (2), a switch (3), an antiparallel diode (4), a capacitive storage device (5), a transformer (6), a load (7), current sensors (8, 9). The power source charges the capacitive storage to the desired voltage value. The control circuit monitors the value of this voltage Uc and, when it reaches a certain level, stops the charging process of the capacitive storage by turning off the power source.
Схема управления формирует также сигналы управления коммутатором, переводя его в открытое или закрытое состояния в определенные моменты времени. Для определения этих моментов времени в схему управления могут поступать сигналы от датчиков тока первичного контура I1 или тока в цепи нагрузки I2.The control circuit also generates control signals of the switch, translating it into open or closed state at certain points in time. To determine these points in time, the control circuit can receive signals from current sensors of the primary circuit I1 or current in the load circuit I2.
Коммутатор совместно с диодом, емкостным накопителем и первичной обмоткой трансформатора образуют первичный колебательный контур. В качестве коммутатора могут быть использованы любые типы приборов с полным управлением, удовлетворяющие по своим электрическим параметрам и быстродействию. Коммутатор может состоять из единичного прибора или быть составным. Для повышения его рабочего напряжения может быть использовано последовательное соединение приборов. Увеличение рабочего тока возможно при их параллельном либо смешанном – параллельно-последовательном соединении. Возможно применение коммутаторов с уже встроенным в прибор антипараллельным диодом (MOSFET, IGBT транзисторы), что позволяет исключить из схемы дополнительный отдельный диод.The switch together with the diode, capacitive storage and the primary winding of the transformer form a primary oscillatory circuit. Any types of devices with full control that satisfy their electrical parameters and speed can be used as a switch. The switch may consist of a single device or be composite. To increase its operating voltage, a series connection of devices can be used. An increase in the operating current is possible with their parallel or mixed - parallel-serial connection. It is possible to use switches with an antiparallel diode already built into the device (MOSFET, IGBT transistors), which allows you to exclude an additional separate diode from the circuit.
Возникновение затухающих по амплитуде колебаний в контуре происходит после включения коммутатора при наличии энергии в емкостном накопителе. Частота колебаний определяется значением емкости накопителя и индуктивности трансформатора и может достигать сотен килогерц. Предельная частота колебаний определяется быстродействиями коммутатора и системы управления. Энергия колебаний из первичного контура через трансформатор поступает в нагрузку. Нагрузка включена в цепь вторичной обмотки трансформатора. Трансформатор служит для согласования импеданса устройства с импедансом различных нагрузок для цели максимально эффективной передачи в них энергии. Скорость ухода энергии из первичного контура в нагрузку определяется величиной магнитной связи между первичной и вторичной обмотками. Эта величина определятся параметрами и конструкцией трансформатора.The occurrence of amplitude-damped oscillations in the circuit occurs after the switch is turned on when there is energy in the capacitive storage. The oscillation frequency is determined by the value of the storage capacity and inductance of the transformer and can reach hundreds of kilohertz. The limiting oscillation frequency is determined by the speed of the switch and the control system. The vibration energy from the primary circuit through the transformer enters the load. The load is included in the secondary circuit of the transformer. The transformer is used to coordinate the impedance of the device with the impedance of various loads in order to transfer energy to them as efficiently as possible. The rate of energy escape from the primary circuit to the load is determined by the magnitude of the magnetic coupling between the primary and secondary windings. This value is determined by the parameters and design of the transformer.
Процесс формирования импульса затухающих колебаний начинается с момента начала зарядки источником питания емкостного накопителя до требуемого значения напряжения (момент времени t1, Фиг. 2а, б). При достижении этого значения в момент времени t2 схема управления отключает источник питания и подает сигнал на включение коммутатора. В первичном колебательном контуре, состоящем из коммутатора, емкостного накопителя и первичной обмотки трансформатора, возникают затухающие гармонические колебания.The process of generating a pulse of damped oscillations begins from the moment the charging by the power source of the capacitive storage starts to the desired voltage value (time t1, Fig. 2a, b). When this value is reached at time t2, the control circuit turns off the power source and sends a signal to turn on the switch. In the primary oscillatory circuit, consisting of a switch, a capacitive storage device and the primary winding of the transformer, damped harmonic oscillations occur.
Энергия каждого последующего полупериода колебаний меньше предыдущего на величину энергии ∆E за счет энергии переданной в нагрузку, а также энергии потерь. Энергия потерь складывается из резистивных потерь и потерь в сердечнике трансформатора, в случае его использования. При отсутствии устройства прекращения колебаний в контуре энергия в первичном контуре уменьшается до момента прекращения колебательных процессов (Фиг. 2б).The energy of each subsequent half-cycle of oscillations is less than the previous one by the amount of energy ∆E due to the energy transferred to the load, as well as the energy of losses. The energy of losses consists of resistive losses and losses in the core of the transformer, if used. In the absence of a device to stop oscillations in the circuit, the energy in the primary circuit decreases until the oscillation processes cease (Fig. 2b).
Следует отметить, что формирование гармонических колебаний предложенным способом существенно эффективней по сравнению с использованием высокочастотных генераторов, работающих в непрерывном режиме. В непрерывном режиме формирование гармонических колебаний требует переключения коммутатора на частоте этих колебаний. Переключение прибора с высокой частотой приводит к появлению коммутационных потерь и снижению эффективности устройства. В нашем случае отпирание коммутатора происходит однократно, после чего он пребывает в открытом состоянии до окончания формируемого импульса. Запирание прибора происходит в момент отсутствия протекающего через него тока. В результате этого потери на переключение в коммутаторе практически отсутствуют. Это позволяет генерировать гармонические колебания высокой частоты, в том числе превышающей максимальную рабочую частоту используемого коммутатора. Кроме того, работа в импульсном режиме позволяет формировать импульсы с высокой пиковой мощностью, недостижимой при работе в непрерывном режиме. При этом средняя мощность будет зависеть от скважности. Скважность определяет отношение пиковой мощности импульсной установки к её средней мощности.It should be noted that the formation of harmonic oscillations by the proposed method is much more efficient compared to the use of high-frequency generators operating in a continuous mode. In continuous mode, the formation of harmonic oscillations requires switching the switch at the frequency of these oscillations. Switching the device with a high frequency leads to the appearance of switching losses and a decrease in the efficiency of the device. In our case, the unlocking of the switch occurs once, after which it remains in the open state until the end of the generated pulse. The device is locked when there is no current flowing through it. As a result of this, switching losses in the switch are practically absent. This allows you to generate harmonic oscillations of high frequency, including exceeding the maximum operating frequency of the switch used. In addition, operation in pulsed mode allows the generation of pulses with high peak power, unattainable when operating in continuous mode. In this case, the average power will depend on the duty cycle. Duty rate determines the ratio of the peak power of a pulse installation to its average power.
В предложенном устройстве момент прекращения колебательных процессов (момент времени t3, Фиг. 2а, б) в первичном контуре может быть осуществлен по ряду событий или условий. При наступлении данных событий или условий система управления формирует сигнал выключения коммутатора. Коммутатор запирается, и неизрасходованная к этому моменту энергия возвращается через антипараллельный диод в емкостной накопитель. Именно на эту величину уменьшится отбор энергии из источника питания для формирования последующего импульса. Величина этой энергии определяет величину остаточного напряжения на накопителе ∆U. С данного ненулевого значения напряжения будет осуществляться зарядка емкостного накопителя до требуемой величины для формирования последующего импульса.In the proposed device, the moment of termination of the oscillatory processes (time t3, Fig. 2a, b) in the primary circuit can be carried out according to a number of events or conditions. When these events or conditions occur, the control system generates a switch off signal. The switch is locked, and the energy unspent by this moment is returned through the antiparallel diode to the capacitive storage. It is by this value that the selection of energy from the power source for the formation of a subsequent pulse will decrease. The value of this energy determines the value of the residual voltage on the drive ∆U. From this non-zero voltage value, the capacitive storage will be charged to the required value for the formation of a subsequent pulse.
Отключение коммутатора системой управления может быть выполнено по следующим условиям или событиям. Может быть задан момент времени отключения коммутатора; может осуществляться подсчет периодов колебаний с помощью датчика тока первичного контура и отключение коммутатора на заданном номере колебаний; может фиксироваться датчиком ток нагрузки и отключение произойдет по его прекращению. Все эти условия и события объединяет то, что коммутатор всегда отключается в момент отсутствия на нем напряжения и протекающего через него тока, что снижает коммутационные потери и не допускает возникновения на нем перенапряжения.Switching off the switch by the control system can be performed according to the following conditions or events. The moment of switch off time can be set; the oscillation periods can be calculated using the primary circuit current sensor and the switch is turned off at a given oscillation number; the load current can be detected by the sensor and shutdown will occur upon its termination. All these conditions and events are united by the fact that the switch always turns off when there is no voltage on it and no current flowing through it, which reduces switching losses and prevents overvoltage on it.
Кривые, приведенные на Фиг. 2а, б, демонстрируют преимущества предложенного решения. При использовании в качестве нагрузки газового искрового разряда между двумя электродами для демонстрации работы устройства были получены следующие результаты. Учитывая, что энергия в емкостном накопителе пропорциональна квадрату от величины напряжения на нем и что максимальное напряжение на накопителе равно 1000 В, можно сделать вывод, что в схеме без ограничения длительности импульса (Фиг. 2б), значение возвращенной в первичный контур энергии составило 4% (∆U=200 В). При этом в схеме с ограничением длительности импульса (Фиг. 2а) значение возвращенной в контур энергии превысило это значение в 6 раз и достигало 25% (∆U=500 В). Это означает, что в случае ограничения длительности импульса при работе устройство будет потреблять на 21% меньше энергии от первичного источника питания, чем без него. Полученное при сравнении кривых сокращение периода колебаний Т с 250 до 125 мкс показывает, что максимальная частота следования импульсов при ограничении их длительности может быть повышена практически в 2 раза (с 4 до 8 кГц). Эти данные получены при использовании искрового разряда в качестве нагрузки и могут различаться при использовании других типов разрядов и других номиналов элементов схемы.The curves shown in FIG. 2a, b, demonstrate the advantages of the proposed solution. When using a gas spark discharge as a load between two electrodes, the following results were obtained to demonstrate the operation of the device. Considering that the energy in the capacitive storage is proportional to the square of the voltage on it and that the maximum voltage on the storage is 1000 V, we can conclude that in the circuit without limiting the pulse duration (Fig. 2b), the energy returned to the primary circuit was 4% (∆U = 200 V). Moreover, in the circuit with a limited pulse duration (Fig. 2a), the value of the energy returned to the circuit exceeded this value by 6 times and reached 25% (∆U = 500 V). This means that if the pulse duration is limited during operation, the device will consume 21% less energy from the primary power source than without it. The comparison of the curves obtained by reducing the oscillation period T from 250 to 125 μs shows that the maximum pulse repetition rate while limiting their duration can be increased by almost 2 times (from 4 to 8 kHz). These data are obtained when using a spark discharge as a load and can vary when using other types of discharges and other values of circuit elements.
Искровой разряд является простейшей реализацией типа разряда, и был использован только для демонстрации работоспособности схемы. Решение может быть применено для многих типов газовых разрядов. Использованное в работе напряжение 1000 В также является только примером реализации. При реализации данного решения могут быть использованы различные напряжения как выше, так и ниже этого значения. Но принцип работы схемы от этого не поменяется. Для повышения его значения выше рабочего напряжения одиночного коммутатора может быть использовано последовательное соединение приборов. Поэтому рабочее напряжение в схеме не является определяющим принцип ее работы. По аналогии и значение рабочей частоты не является определяющим фактором в реализации решения. Приведённые в описании значения являются только примером реализации, при этом объём правовых притязаний определяется исключительно патентной формулой.A spark discharge is the simplest implementation of a discharge type, and was used only to demonstrate the operability of the circuit. The solution can be applied to many types of gas discharges. The voltage of 1000 V used in the work is also just an example of implementation. When implementing this solution, various voltages can be used both above and below this value. But the principle of operation of the circuit will not change from this. To increase its value above the operating voltage of a single switch, a serial connection of devices can be used. Therefore, the operating voltage in the circuit is not determining the principle of its operation. By analogy, the value of the operating frequency is not a determining factor in the implementation of the solution. The meanings given in the description are only an example of implementation, while the scope of legal claims is determined solely by the patent formula.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017115174A RU2647662C1 (en) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | Generator of impulses of damped vibrations of limited duration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017115174A RU2647662C1 (en) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | Generator of impulses of damped vibrations of limited duration |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647662C1 true RU2647662C1 (en) | 2018-03-16 |
Family
ID=61629549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017115174A RU2647662C1 (en) | 2017-04-28 | 2017-04-28 | Generator of impulses of damped vibrations of limited duration |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647662C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021133232A1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 | Александр Викторович ХИНКИС | Device and method for generating low-temperature plasma |
| RU2774986C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-06-24 | Владимир Юрьевич Кукушкин | Method for obtaining electric resonant vibrations |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4837525A (en) * | 1988-03-15 | 1989-06-06 | Mcdonnell Douglas Corporation | Transient waveform generator |
| RU2322755C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Pulse oscillator |
| RU105786U1 (en) * | 2011-02-22 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения | OPTIC CONTROLLED PULSE GENERATOR |
| RU2477918C1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-03-20 | Сергей Геннадьевич Конесев | Voltage impulse generator |
-
2017
- 2017-04-28 RU RU2017115174A patent/RU2647662C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4837525A (en) * | 1988-03-15 | 1989-06-06 | Mcdonnell Douglas Corporation | Transient waveform generator |
| RU2322755C1 (en) * | 2006-10-23 | 2008-04-20 | Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии | Pulse oscillator |
| RU105786U1 (en) * | 2011-02-22 | 2011-06-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Омский государственный университет путей сообщения | OPTIC CONTROLLED PULSE GENERATOR |
| RU2477918C1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-03-20 | Сергей Геннадьевич Конесев | Voltage impulse generator |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021133232A1 (en) * | 2019-12-27 | 2021-07-01 | Александр Викторович ХИНКИС | Device and method for generating low-temperature plasma |
| RU2758279C2 (en) * | 2019-12-27 | 2021-10-28 | Александр Викторович Хинкис | Apparatus and method of generating low-temperature plasma |
| RU2774986C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-06-24 | Владимир Юрьевич Кукушкин | Method for obtaining electric resonant vibrations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5461155B2 (en) | High voltage application device using pulse voltage and high voltage application method | |
| TWI644517B (en) | Load abnormality detection circuit for inverter and inverter device | |
| RU2647662C1 (en) | Generator of impulses of damped vibrations of limited duration | |
| US4281372A (en) | Power supply for magnetron and the like loads | |
| US10187968B2 (en) | Quasi-resonant plasma voltage generator | |
| JP3528917B2 (en) | Switching power supply | |
| Liu et al. | A low cost, fast-rising, high-voltage pulsed power modulator based on a discontinuous conduction mode flyback converter | |
| KR100995914B1 (en) | Switch mode power supply for reducing standby power | |
| RU2601437C1 (en) | Charging device of capacitive energy storage | |
| RU2663231C1 (en) | Device of electric power supply of gas discharge systems | |
| JP3206521B2 (en) | High frequency heating equipment | |
| CN215603181U (en) | Synchronous oscillation circuit and electronic cigarette | |
| KR19990078527A (en) | A driving apparatus and method of Magnetostriction Oscillator using the PWM circuit | |
| Zabihi et al. | A novel CDVM based high-voltage converter using low power solid-state switches and a tuned resonant circuit designed for pulsed power applications | |
| Canacsinh et al. | Solid-state bipolar Marx generator with voltage droop compensation | |
| Tabrizi et al. | A solid-state pulse power generator employed magnet switch for dielectric barrier discharge applications based on resonance charging concept | |
| CN114079385B (en) | LLC resonant circuit series-parallel conversion power supply circuit based on synchronous drive | |
| RU2523163C1 (en) | Solid-state high-frequency shock-excited generator | |
| RU2183379C1 (en) | Device controlling voltage inverter | |
| RU2226740C2 (en) | Method for regulating voltage across storage capacitor of nanosecond pulse generator | |
| RU2264027C1 (en) | Voltage changer for charging storage capacitor | |
| RU2287381C2 (en) | Method for ultrasonic cleaning of heat generating aggregates by removing deposits and apparatus for performing the same | |
| RU2155432C1 (en) | Frequency changer | |
| RU2286000C1 (en) | Method for controlling resonance-tuned inverter using antiparallel diodes | |
| RU188459U1 (en) | CONTROL AND GENERATION UNIT OF POWERFUL ULTRASONIC SIGNAL |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200429 |