RU2658681C1

RU2658681C1 - Device for dc voltage conversion into pulse voltage

Info

Publication number: RU2658681C1
Application number: RU2017119833A
Authority: RU
Inventors: Юрий Игоревич Романов; Станислав Владимирович Малецкий
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2018-06-22

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: device for converting a DC voltage into a pulsed voltage comprises connected in series high voltage DC power source 1, first controllable switch 7, inductive load 9, second controllable switch 17, electronically controlled resistor 59, limiting resistor 80, as well as controllable pulse generator 48 of rectangular shape and two control voltage drivers 40 and 83.

EFFECT: reduction in the level of electromagnetic interference emitted into the surrounding space.

1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для создания импульсных источников электропитания, имеющих пониженный уровень электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, а также для расширения арсенала технических средств, преобразующих постоянное напряжение в импульсное напряжение.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create pulsed power supplies having a reduced level of electromagnetic interference emitted into the surrounding space, as well as to expand the arsenal of technical equipment that converts direct voltage to pulse voltage.

Аналогичные технические решения известны, см. статью «Однотактный сдвоенный обратноходовой преобразователь с улучшенными динамическими характеристиками», рис. 8 (авторы Кругликов И.А., Ширяев А.О., Якименко И.В., 2013 г., опубликована на сайте http://pandia.ru/text/78/081/38282.php). Известное техническое решение содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:Similar technical solutions are known, see the article "Single-cycle dual flyback converter with improved dynamic characteristics", Fig. 8 (authors Kruglikov I.A., Shiryaev A.O., Yakimenko I.V., 2013, published on the website http://pandia.ru/text/78/081/38282.php). Known technical solution contains the following set of essential features:

- высоковольтный источник постоянного напряжения;- high voltage constant voltage source;

- первый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the first controlled key connected by its first output to the positive output of the high voltage constant voltage source;

- индуктивную нагрузку (выполненную в виде первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю), подсоединенную своим первым выводом к второму выводу первого управляемого ключа;- inductive load (made in the form of the primary winding of the transformer, the secondary winding of which is connected to the rectifier), connected with its first output to the second output of the first controlled key;

- второй управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, а своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a second controlled key connected by its first terminal to the second terminal of the inductive load, and by its second terminal to the negative output of the high voltage constant voltage source;

- генератор импульсов прямоугольной формы (первая схема управления), подсоединенный своим выходом к управляющему входу первого управляемого ключа;- a rectangular pulse generator (first control circuit) connected by its output to the control input of the first controlled key;

- вторая схема управления, подсоединенная своим выходом к управляющему входу второго управляемого ключа;- a second control circuit connected by its output to the control input of the second managed key;

- первый отсекающий диод, подсоединенный своим анодом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the first cut-off diode connected by its anode to the second terminal of the inductive load and by its cathode to the positive output of the high-voltage constant voltage source;

- второй отсекающий диод, подсоединенный своим катодом к второму выводу первого управляемого ключа и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения.- a second cut-off diode connected by its cathode to the second terminal of the first controlled key and by its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source.

Общими признаками предлагаемого технического решения и указанного аналога являются:Common features of the proposed technical solution and the specified analogue are:

- индуктивная нагрузка, подсоединенная своим первым выводом ко второму выводу первого управляемого ключа;- inductive load connected by its first terminal to the second terminal of the first managed key;

- второй управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом ко второму выводу индуктивной нагрузки;- a second controlled key connected by its first terminal to the second terminal of the inductive load;

- генератор импульсов прямоугольной формы;- a rectangular pulse generator;

- первый отсекающий диод, подсоединенный своим анодом ко второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the first cut-off diode connected by its anode to the second terminal of the inductive load and by its cathode to the positive output of the high-voltage constant voltage source;

- второй отсекающий диод, подсоединенный своим катодом ко второму выводу первого управляемого ключа и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения.- a second cut-off diode connected by its cathode to the second terminal of the first controlled key and by its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source.

Известно также техническое решение, см. Application note AN 6920MR «Integrated Critical-Mode PFC / Quasi-Resonant Current-Mode PWM Controller FAN6920» (опубликовано на сайте www.fairchild.com), которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа), и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:A technical solution is also known, see Application note AN 6920MR "Integrated Critical-Mode PFC / Quasi-Resonant Current-Mode PWM Controller FAN6920" (published on the website www.fairchild.com), which is selected as the closest analogue (prototype), and which contains the following set of essential features:

- первый (накопительный) конденсатор, подсоединенный одной своей (первой) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а другой своей (второй) обкладкой к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the first (storage) capacitor connected by one of its (first) plates to the positive output of the high voltage DC voltage source, and the other by its (second) plate to the negative output of the high voltage DC voltage source;

- ограничительный резистор, подсоединенный одним своим выводом к второму выводу второго управляемого ключа, а другим своим выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a limiting resistor connected by one of its output to the second output of the second controlled key, and by its other output to the negative output of the high-voltage constant voltage source;

- низковольтный источник постоянного напряжения, (состоящий из третьей обмотки трансформатора, выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора), подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a low voltage DC voltage source (consisting of a third transformer winding, a rectifier diode and a filtering capacitor) connected by its negative output to the negative output of a high voltage DC voltage source;

- управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом через буферный согласующий каскад к управляющему входу второго управляемого ключа;- a rectangular rectangular controlled pulse generator connected to its output via a buffer matching stage to the control input of the second controlled key;

- формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы;- a control voltage shaper connected by its output to the input of a rectangular-shaped controlled pulse generator;

- первый диод (диод вольтодобавки), подсоединенный своим анодом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения;- the first diode (voltage diode diode) connected by its anode to the positive output of a low-voltage constant voltage source;

- второй конденсатор (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой к катоду первого диода (диода вольтодобавки) и своей второй обкладкой ко второму выводу первого управляемого ключа;- a second capacitor (booster capacitor) connected by its first lining to the cathode of the first diode (booster diode) and its second lining to the second terminal of the first controlled key;

- второй диод (первый отсекающий диод), подсоединенный своим катодом ко второму выводу первого управляемого ключа и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a second diode (first clipping diode) connected by its cathode to the second terminal of the first controlled key and by its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source;

- третий диод (второй отсекающий диод), подсоединенный своим анодом ко второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the third diode (second clipping diode) connected by its anode to the second terminal of the inductive load and by its cathode to the positive output of the high-voltage constant voltage source;

- управляемый переключатель, подсоединенный своим первым входом к первой обкладке второго конденсатора (конденсатора вольтодобавки), своим вторым входом ко второй обкладке второго конденсатора (конденсатора вольтодобавки), своим выходом к управляющему входу первого управляемого ключа и своим управляющим входом к выходу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы.- a controlled switch connected by its first input to the first plate of the second capacitor (boost capacitor), by its second input to the second plate of the second capacitor (boost capacitor), by its output to the control input of the first controlled key and its control input to the output of a rectangular rectangular pulse generator .

Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:Common features of the proposed technical solution and prototype are:

- ограничительный резистор;- limiting resistor;

- низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a low voltage constant voltage source connected by its negative output to the negative output of the high voltage constant voltage source;

- второй конденсатор (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой к катоду первого диода (диода вольтодобавки), и своей второй обкладкой ко второму выводу первого управляемого ключа;- a second capacitor (booster capacitor) connected by its first lining to the cathode of the first diode (booster diode), and its second lining to the second terminal of the first controlled key;

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из выше охарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в снижении уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройствами для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение в окружающее пространство, что происходит благодаря управлению изменением амплитуды линейно-нарастающего тока в индуктивной нагрузке. Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает расширение арсенала технических средств, реализующих свое назначение в виде устройств для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение.The technical result that cannot be achieved by any of the similar technical solutions described above is to reduce the level of pulsed electromagnetic interference emitted by devices for converting direct voltage to pulsed voltage into the surrounding space, which is due to controlling the change in the amplitude of the ramp current in the inductive load. Thus, the proposed technical solution provides an expansion of the arsenal of technical means that realize their purpose in the form of devices for converting DC voltage to pulse voltage.

Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что, хотя в ранее известных устройствах для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение в результате излучения в окружающее пространство части импульсной мощности, получаемой в индуктивной нагрузке, всегда возникали импульсные электромагнитные помехи, однако до настоящего времени вопросам, связанным с уменьшением уровня указанных помех, должного внимания не уделялось.The reason for the impossibility of achieving the above technical result is that, although in previously known devices for converting direct voltage to pulse voltage as a result of radiation into the surrounding part of the pulse power received in the inductive load, pulsed electromagnetic interference has always occurred, however, to date, associated with a decrease in the level of these interference, due attention was not paid.

Импульсные электромагнитные помехи, возникающие в аналогичных устройствах, мешают функционированию близкорасположенных радиоэлектронных устройств и негативным образом влияют на их работоспособность. Они являются серьезным препятствием для выполнения требований по электромагнитной совместимости, в частности, в системах с распределенным питанием, использующих множество импульсных источников питания. Кроме того, электромагнитное излучение импульсных помех в окружающее пространство приводит к ухудшению экологической обстановки в среде обитания человека. Поэтому появилась острая необходимость в усовершенствовании ранее известных аналогичных технических решений.Pulsed electromagnetic interference arising in similar devices interfere with the functioning of nearby electronic devices and negatively affect their performance. They are a serious obstacle to meeting the requirements of electromagnetic compatibility, in particular, in systems with distributed power, using many switching power supplies. In addition, the electromagnetic radiation of impulse noise into the surrounding space leads to a deterioration of the environmental situation in the human environment. Therefore, there was an urgent need to improve previously known similar technical solutions.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, обеспечивающих снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, является актуальной на сегодняшний день.Given the characteristics and analysis of known similar technical solutions, we can conclude that the task of creating devices for converting DC voltage to pulse voltage, which reduces the level of pulsed electromagnetic interference emitted into the surrounding space, is relevant today.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что в известное устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, первый (накопительный) конденсатор, подсоединенный одной своей (первой) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а другой своей (второй) обкладкой к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, первый управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, индуктивную нагрузку, подсоединенную своим первым выводом к второму выводу первого управляемого ключа, второй управляемый ключ, подсоединенный своим первым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, ограничительный резистор, низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, управляемый генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом через буферный согласующий каскад к управляющему входу второго управляемого ключа, формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к входу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы, первый диод (диод вольтодобавки), подсоединенный своим анодом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, второй конденсатор (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой к катоду первого диода (диода вольтодобавки), а своей второй обкладкой к второму выводу первого управляемого ключа, второй диод (первый отсекающий диод), подсоединенный своим катодом к второму выводу первого управляемого ключа и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, третий диод (второй отсекающий диод), подсоединенный своим анодом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, и управляемый переключатель, подсоединенный своим первым входом к первой обкладке второго конденсатора (конденсатора вольтодобавки), своим вторым входом к второй обкладке второго конденсатора (конденсатора вольтодобавки), своим выходом к управляющему входу первого управляемого ключа и своим управляющим входом к выходу управляемого генератора импульсов прямоугольной формы, введены электронно-управляемый резистор, включенный последовательно с вторым выводом второго управляемого ключа, с ограничительным резистором и с отрицательным выходом высоковольтного источника постоянного напряжения, и второй формирователь управляющего напряжения, подсоединенный своим выходом к управляющему входу электронно-управляемого резистора.The technical result indicated above is achieved by the fact that in a known device for converting direct voltage to a pulse voltage containing a high voltage constant voltage source, the first (storage) capacitor connected by one of its (first) plates to the positive output of the high voltage constant voltage source, and the other its (second) lining to the negative output of the high-voltage DC voltage source, the first controlled key connected to its first output to a positive output of a high voltage DC voltage source, an inductive load connected by its first terminal to a second terminal of a first controlled key, a second controlled key connected by its first terminal to a second terminal of an inductive load, a limiting resistor, a low voltage constant voltage source connected by its negative output to a negative output a high voltage DC voltage source, a rectangular controlled pulse generator, connected with its output through the buffer matching stage to the control input of the second controlled key, a control voltage driver connected to the input of a rectangular pulse generator by its output, the first diode (voltage diode) connected by its anode to the positive output of the low-voltage constant voltage source, the second capacitor ( booster capacitor) connected by its first plate to the cathode of the first diode (booster diode), and by its second plate to the second pin to the first controlled key, the second diode (first clipping diode) connected by its cathode to the second terminal of the first controlled key and its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source, the third diode (second clipping diode) connected by its anode to the second terminal of the inductive load and by its cathode to the positive output of the high-voltage constant voltage source, and a controllable switch connected by its first input to the first plate of the second capacitor (condensation torus voltage boost), its second input to the second lining of the second capacitor (voltage boost capacitor), its output to the control input of the first controlled key and its control input to the output of the rectangular pulse generator, introduced an electronically controlled resistor connected in series with the second output of the second controlled a key, with a limiting resistor and with a negative output of a high-voltage constant voltage source, and a second control voltage driver, union of its output to the control input of the electronic-controlled resistor.

Введение второго формирователя управляющего напряжения и электронно-управляемого резистора с их подсоединениями позволяет, в ходе подачи импульсов прямоугольной формы с выхода управляемого генератора импульсов прямоугольной формы на управляющие входы первого и второго управляемых ключей, осуществить процесс регулирования амплитуды линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку (при этом цепь протекания тока включает в себя: высоковольтный источник постоянного напряжения - первый управляемый ключ - индуктивную нагрузку - второй управляемый ключ - электронно-управляемый резистор - ограничительный резистор), и в результате получить в индуктивной нагрузке импульсное напряжение, величина которого соответствует скорости нарастания линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку.The introduction of a second driver of the control voltage and an electronically controlled resistor with their connections allows, during the supply of rectangular pulses from the output of the rectangular pulse generator to the control inputs of the first and second controlled keys, to carry out the process of regulating the amplitude of the ramp current flowing through the inductive load (in this case, the current flow circuit includes: a high-voltage source of constant voltage - the first controlled switch is inductive load — the second controlled switch — an electronically controlled resistor — a limiting resistor), and as a result, obtain an impulse voltage in the inductive load, the value of which corresponds to the slew rate of the linearly increasing current flowing through the inductive load.

Регулирование амплитуды линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку, производится путем подачи управляющего напряжения с выхода второго формирователя управляющего напряжения на управляющий вход электронно-управляемого резистора, при этом амплитуда линейно-нарастающего тока может меняться в широких пределах. Действительно, значение сопротивления электронно-управляемого резистора устанавливается с помощью выходного напряжения второго формирователя управляющего напряжения. Это значение может меняться (под воздействием изменения управляющего напряжения с выхода второго формирователя управляющего напряжения) в пределах от нуля (и тогда амплитуда линейно-нарастающего тока определяется в основном сопротивлением ограничительного резистора и является максимальной амплитудой тока), до значений, в несколько (до десяти и более) раз, превышающих сопротивление ограничительного резистора, и тогда амплитуда тока становится в несколько (до десяти и более) раз меньше величины тока при нулевом сопротивлении электронно-управляемого резистора (и является минимальной амплитудой тока). Соответственно, величина импульсного напряжения, получаемого в индуктивной нагрузке, уменьшается в соответствии с уменьшением амплитуды линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку (при увеличении сопротивления электронно-управляемого резистора) и увеличивается в соответствии с увеличением амплитуды линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку (при уменьшении сопротивления электронно-управляемого резистора).The amplitude of the ramp current flowing through the inductive load is controlled by applying a control voltage from the output of the second driver of the control voltage to the control input of an electronically controlled resistor, while the amplitude of the ramp current can vary widely. Indeed, the resistance value of the electronically controlled resistor is set using the output voltage of the second control voltage driver. This value can vary (under the influence of a change in the control voltage from the output of the second driver of the control voltage) ranging from zero (and then the amplitude of the ramp current is determined mainly by the resistance of the limiting resistor and is the maximum amplitude of the current), up to several (up to ten and more) times greater than the resistance of the limiting resistor, and then the current amplitude becomes several (up to ten or more) times less than the current at zero resistance of the electron controlled resistor (and is the minimum current amplitude). Accordingly, the magnitude of the pulse voltage received in the inductive load decreases in accordance with the decrease in the amplitude of the ramp current flowing through the inductive load (with an increase in the resistance of the electronically controlled resistor) and increases in accordance with the increase in the amplitude of the ramp current flowing in the inductance load (when reducing the resistance of an electronically controlled resistor).

Таким образом, благодаря введению второго формирователя управляющего напряжения и электронно-управляемого резистора с их подсоединениями, в процессе изменения амплитуды линейно-нарастающего тока, протекающего через индуктивную нагрузку, в предлагаемом устройстве достигается получение выходного импульсного напряжения изменяемой величины. Соответственно, при уменьшении выходного импульсного напряжения уменьшается и уровень импульсных электромагнитных помех, излучаемых предлагаемым устройством в окружающее пространство, в чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата, обеспечивающего расширение арсенала технических средств, реализующих свое назначение в виде устройств для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, в частности, в виде импульсных источников электропитания.Thus, due to the introduction of the second driver of the control voltage and an electronically controlled resistor with their connections, in the process of changing the amplitude of the ramp current flowing through the inductive load, the proposed device achieves an output pulse voltage of a variable magnitude. Accordingly, with a decrease in the output pulse voltage, the level of pulsed electromagnetic interference emitted by the proposed device into the surrounding space also decreases, and this is the achievement of the above technical result, which provides an expansion of the arsenal of technical means that realize their purpose in the form of devices for converting DC voltage to pulse voltage, in particular, in the form of switching power supplies.

Проведенный анализ известных технических решений показал, что ни одно из них не содержит как всей совокупности существенных признаков, так и отличительных признаков, что позволило сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".The analysis of the known technical solutions showed that none of them contains both the entire set of essential features and distinctive features, which allowed us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Предлагаемое устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение, а на фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие работу предлагаемого устройства.The proposed device for converting direct voltage to pulsed voltage is illustrated by the following description and drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of a device for converting direct voltage to pulse voltage, and in FIG. 2 presents diagrams explaining the operation of the proposed device.

Предлагаемое устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение содержит:The proposed device for converting DC voltage to pulse voltage contains:

- высоковольтный источник-1 постоянного напряжения;- high voltage source-1 constant voltage;

- первый (накопительный) конденсатор-2, подсоединенный одной своей (первой) обкладкой-3 к положительному выходу-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, а другой своей (второй) обкладкой-5 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- the first (storage) capacitor-2 connected by one of its (first) lining-3 to the positive output-4 of the high-voltage source-1 of a constant voltage, and the other by its (second) lining-5 to the negative output-6 of the high-voltage source-1 of a constant voltage ;

- первый управляемый ключ-7 (выполненный, например, в виде "МОП"-транзистора), подсоединенный своим первым выводом-8 (стоком "МОП"-транзистора) к положительному выходу-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- the first controlled key-7 (made, for example, in the form of a "MOS" transistor), connected with its first terminal-8 (drain of the "MOS" transistor) to the positive output-4 of a high-voltage source-1 constant voltage;

- индуктивную нагрузку-9, выполненную, например, в виде обмотки на магнитопроводе и представляющую собой первичную обмотку-10 трансформатора-11 на ферромагнитном сердечнике-12, к вторичной обмотке-13 которого, например, подсоединен выпрямитель-14 со своей нагрузкой (на схеме не показана), причем индуктивная нагрузка-9 подсоединена одним своим (первым) выводом-15 к второму выводу-16 первого управляемого ключа-7 (к истоку МОП-транзистора);- inductive load-9, made, for example, in the form of a winding on a magnetic circuit and representing a primary winding-10 of transformer-11 on a ferromagnetic core-12, to the secondary winding-13 of which, for example, a rectifier-14 is connected with its load (in the diagram not shown), and the inductive load-9 is connected by one of its (first) terminal-15 to the second terminal-16 of the first managed key-7 (to the source of the MOS transistor);

- второй управляемый ключ-17 (выполненный, например, в виде "МОП"-транзистора), подсоединенный своим первым выводом-18 (стоком "МОП"-транзистора) к второму выводу-19 индуктивной нагрузки-9;- the second controlled key-17 (made, for example, in the form of a "MOS" transistor), connected with its first output-18 (drain "MOS" transistor) to the second terminal-19 of the inductive load-9;

- первый диод-20 (диод вольтодобавки);- the first diode-20 (diode voltage boost);

- второй конденсатор-21 (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой-22 к катоду-23 первого диода-20, и своей второй обкладкой-24 к второму выводу-16 первого управляемого ключа-7;- a second capacitor-21 (voltage boost capacitor) connected by its first lining-22 to the cathode-23 of the first diode-20, and its second lining-24 to the second terminal-16 of the first managed key-7;

- низковольтный источник-25 постоянного напряжения, подсоединенный своим положительным выходом-26 к аноду-27 первого диода-20 (диода вольтодобавки), и своим отрицательным выходом-28 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- a low-voltage source-25 of a constant voltage, connected by its positive output-26 to the anode-27 of the first diode-20 (voltage diode), and its negative output-28 to the negative output-6 of a high-voltage source-1 of a constant voltage;

- управляемый переключатель-29, подсоединенный своим первым входом-30 к первой обкладке-22 второго конденсатора-21 (конденсатора вольтодобавки), и подсоединенный своим вторым входом-31 к второй обкладке-24 второго конденсатора-21 (конденсатора вольтодобавки), а своим выходом-32 подсоединенный к управляющему входу-33 первого управляемого ключа-7 (к затвору МОП-транзистора);- controlled switch-29, connected by its first input-30 to the first cover-22 of the second capacitor-21 (boost capacitor), and connected by its second input-31 to the second cover-24 of the second capacitor-21 (boost capacitor), and by its output -32 connected to the control input-33 of the first managed key-7 (to the gate of the MOS transistor);

- второй диод-34 (первый отсекающий диод), подсоединенный своим катодом-35 к второму выводу-16 первого управляемого ключа-7 (к истоку МОП-транзистора) и своим анодом-36 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- a second diode-34 (first clipping diode) connected by its cathode-35 to the second terminal-16 of the first managed key-7 (to the source of the MOS transistor) and its anode-36 to the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage;

- третий диод-37 (второй отсекающий диод), подсоединенный своим анодом-38 к второму выводу-19 индуктивной нагрузки-9, а своим катодом-39 к положительному выходу-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- the third diode-37 (second clipping diode) connected by its anode-38 to the second terminal-19 of the inductive load-9, and by its cathode-39 to the positive output-4 of the high-voltage source-1 constant voltage;

- первый формирователь-40 управляющего напряжения, выполненный, например, в виде источника-41 постоянного напряжения и переменного резистора-42, подсоединенного своим первым выводом-43 к положительному выходу-44 источника-41 постоянного напряжения, своим вторым выводом-45 к отрицательному выходу-46 источника-41 постоянного напряжения (который является первым выводом-47 первого формирователя-40 управляющего напряжения),- the first driver-40 control voltage, made, for example, in the form of a source-41 constant voltage and a variable resistor-42 connected with its first output-43 to the positive output-44 of the source-41 constant voltage, its second output-45 to the negative output -46 source-41 constant voltage (which is the first output-47 of the first driver-40 control voltage),

- управляемый генератор-48 импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим входом-49 к выходу-50 первого формирователя-40 управляющего напряжения (причем выход-50 является третьим выводом (движком)-51 переменного резистора-42), и подсоединенный своим выходом-52 к управляющему входу-53 управляемого переключателя-29, а также подсоединенный к буферному согласующему каскаду-54, выход-55 которого подсоединен к управляющему входу-56 второго управляемого ключа-17 (например, к затвору МОП-транзистора), и, наконец, подсоединенный своими питающими входами-57 и -58 к положительному выходу-26 и к отрицательному выходу-28 низковольтного источника-25 соответственно;- a controlled generator-48 pulses of rectangular shape, connected by its input-49 to the output-50 of the first driver-40 of the control voltage (and output-50 is the third output (engine) -51 of variable resistor-42), and connected by its output-52 to the control input-53 of the controlled switch-29, as well as connected to the buffer matching stage-54, the output-55 of which is connected to the control input-56 of the second managed key-17 (for example, to the gate of the MOS transistor), and finally connected to power inputs-57 -58-to the positive output 26 and negative output-28 low voltage source 25, respectively;

- электронно-управляемый резистор-59, подсоединенный своим первым выводом-60 к другому выводу-61 второго управляемого ключа-17 (к истоку "МОП"-транзистора) и выполненный, например, в виде МОП-транзистора-62 (сток которого является первым выводом-60 электронно-управляемого резистора-59), добавочного резистора-63, подсоединенного одним своим выводом-64 к стоку МОП-транзистора-62, а также подсоединенного другим своим выводом-65 к истоку МОП-транзистора-62 и к второму выводу-66 электронно-управляемого резистора-59, операционного усилителя-67, подсоединенного своим выходом-68 к затвору МОП-транзистора-62, источника-69 напряжения смещения, подсоединенного своим положительным выходом-70 к неинвертирующему ("+") входу-71 операционного усилителя-67 и своим отрицательным выходом-72 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, а также последовательно соединенные первый-73 и второй-74 резисторы, задающие коэффициент передачи операционного усилителя-67, причем один (первый) вывод-75 первого резистора-73 подсоединен к выходу-68 операционного усилителя-67, другой (второй) вывод-76 второго резистора-74 является управляющим входом-77 электронно-управляемого резистора-59, а точка соединения-78 первого-73 и второго-74 резисторов подсоединена к инвертирующему ("-") входу-79 операционного усилителя-67;- an electronically controlled resistor-59, connected by its first terminal-60 to another terminal-61 of the second managed key-17 (to the source of the "MOS" transistor) and made, for example, in the form of a MOS transistor-62 (the drain of which is the first terminal-60 of electronically controlled resistor-59), additional resistor-63, connected by one of its terminal-64 to the drain of the MOSFET-62, and also connected by its other terminal-65 to the source of the MOSFET-62 and to the second terminal- 66 electronically controlled resistor-59, operational amplifier-67 connected output 68 to the gate of the MOS transistor 62, source 69 bias voltage, connected by its positive output 70 to the non-inverting ("+") input 71 of the operational amplifier 67 and its negative output 72 to the negative output 6 of the high voltage source-1 constant voltage, as well as series-connected first-73 and second-74 resistors that specify the gain of the operational amplifier-67, and one (first) terminal-75 of the first resistor-73 is connected to the output-68 of the operational amplifier-67, the other (second) conclusion-76 second o resistor-74 is the control input-77 of the electronically controlled resistor-59, and the connection point-78 of the first-73 and second-74 resistors is connected to the inverting ("-") input-79 of the operational amplifier-67;

- ограничительный резистор-80, подсоединенный одним своим (первым) выводом-81 к второму выводу-66 электронно-управляемого резистора-59, а другим своим (вторым) выводом-82 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- limiting resistor-80, connected by one of its (first) terminal-81 to the second terminal-66 of the electronically controlled resistor-59, and by its other (second) terminal-82 to the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage;

- второй формирователь-83 управляющего напряжения, подсоединенный своим первым входом-84 к первому выходу-85 выпрямителя-14, своим первым выходом-86 подсоединенный к второму выходу-87 выпрямителя-14, своим вторым входом-88 подсоединенный к положительному выходу-26 низковольтного источника-25 постоянного напряжения, своим вторым выходом-89 подсоединенный к управляющему входу-77 электронно-управляемого резистора-59, своим третьим выходом-90 подсоединенный к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, а также к второму выводу-47 первого формирователя-40 управляющего напряжения.- the second driver-83 control voltage connected to its first input-84 to the first output-85 of the rectifier-14, its first output-86 connected to the second output-87 of the rectifier-14, its second input-88 connected to the positive output-26 of the low voltage source-25 DC voltage, its second output-89 connected to the control input-77 of the electronically controlled resistor-59, its third output-90 connected to the negative output-6 of the high-voltage source-1 DC voltage, as well as to the second output-47 of the first driver-40 control voltage.

При этом второй формирователь-83 управляющего напряжения может быть выполнен, например, по схеме, содержащей последовательно соединенные токоограничивающий резистор-91, первый-92 и второй-93 резисторы делителя напряжения, а также регулятор тока-94, оптрон-95 и резистор питания-96, причем первый вывод-97 токоограничивающего резистора-91 подключен к первому-98 входу оптрона-95, точка соединения-99 токоограничивающего резистора-91 и первого-92 резистора делителя напряжения является первым входом-84 второго формирователя-83 управляющего напряжения, точка соединения-100 первого-92 и второго-93 резисторов делителя напряжения соединена с управляющим входом-101 регулятора тока-94, первый вывод-102 которого подсоединен к второму-103 входу оптрона-95, а второй вывод-104 второго-93 резистора делителя напряжения подсоединен к второму выводу-105 регулятора тока-94 и является первым выходом-86 второго формирователя-83 управляющего напряжения. В то же время первый выход-106 оптрона-95 подсоединен к первому выводу-107 резистора питания-96 и является вторым выходом-89 второго формирователя-83 управляющего напряжения, второй вывод-108 резистора питания-96 является вторым входом-88 второго формирователя-83 управляющего напряжения, а второй выход-109 оптрона-95 соединен с третьим выходом-90 второго формирователя-83 управляющего напряжения.In this case, the second driver-83 control voltage can be performed, for example, according to a circuit containing a series-connected current-limiting resistor-91, the first-92 and second-93 resistors of the voltage divider, as well as the current regulator-94, optocoupler-95 and the power resistor- 96, and the first terminal-97 of the current-limiting resistor-91 is connected to the first-98 input of the optocoupler-95, the connection point-99 of the current-limiting resistor-91 and the first-92 resistor of the voltage divider is the first input-84 of the second driver-83 of the control voltage, point connection-100 of the first-92 and second-93 resistors of the voltage divider is connected to the control input-101 of the current regulator-94, the first terminal-102 of which is connected to the second-103 input of the optocoupler-95, and the second terminal-104 of the second-93 resistor of the voltage divider connected to the second terminal-105 of the current regulator-94 and is the first output-86 of the second driver-83 control voltage. At the same time, the first output-106 of the optocoupler-95 is connected to the first output-107 of the power supply resistor-96 and is the second output-89 of the second driver-83 of the control voltage, the second output-108 of the power resistor-96 is the second input-88 of the second driver- 83 control voltage, and the second output-109 of the optocoupler-95 is connected to the third output-90 of the second driver-83 of the control voltage.

Представленные на фиг. 2 временные диаграммы напряжений, действующих в устройстве, отображают (см. также фиг. 1):Presented in FIG. 2 time diagrams of the voltages acting in the device are displayed (see also Fig. 1):

2а) постоянное выходное напряжение U₀ высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;2a) constant output voltage U _{0 of the} high voltage source-1 constant voltage;

2б) импульсы U_упр на выходе-52 управляемого генератора-48 импульсов прямоугольной формы;2b) pulses U _control at the output-52 of the controlled generator-48 pulses of a rectangular shape;

2в) линейно-нарастающий ток, протекающий в цепи питания индуктивной нагрузки-9 при максимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-59, достигающий к концу импульса Uупр минимальной величины I_0мин;2c) a linearly increasing current flowing in the inductive load supply circuit-9 at the maximum resistance of the electronically controlled resistor-59, reaching the minimum value of I _0min at the end of the pulse _Uupr ;

2г) высоковольтное импульсное напряжение U_мин между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения при максимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-59;2d) high-voltage pulse voltage U _min between terminal-19 of inductive load-9 and negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage with a maximum resistance of electronically controlled resistor-59;

2д) линейно-нарастающий ток, протекающий в цепи питания индуктивной нагрузки-9 при минимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-59, достигающий к концу импульса Uупр максимальной величины I_{0 макс};2d) a linearly increasing current flowing in the circuit an inductive-load power supply 9 at a minimum resistor electronically-controlled-resistor 59, reaches the end of the pulse Ucont maximum value I _{max 0;}

2е) высоковольтное импульсное напряжение U_макс между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения при минимальном сопротивлении электронно-управляемого резистора-59.2e) high voltage pulse voltage U _max between terminal-19 of inductive load-9 and negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage with a minimum resistance of electronically controlled resistor-59.

Предлагаемое устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение изменяемой величины работает следующим образом.The proposed device for converting direct voltage to pulsed voltage of variable magnitude works as follows.

При поступлении постоянного напряжения с выводов низковольтного источника-25 постоянного напряжения на входы питания-57 и -58 управляемого генератора-48 прямоугольных импульсов, последний начинает вырабатывать импульсы прямоугольной формы (см. временную диаграмму фиг. 2б), скважность которых определяется величиной управляющего напряжения (поступающего на управляющий вход-49 управляемого генератора-48 импульсов прямоугольной формы с выхода-50 первого формирователя управляющего напряжения-40).Upon receipt of direct voltage from the terminals of a low-voltage source-25 constant voltage to the power inputs-57 and -58 of a controlled generator-48 of rectangular pulses, the latter starts to produce rectangular pulses (see the timing diagram of Fig. 2b), the duty cycle of which is determined by the magnitude of the control voltage ( arriving at the control input-49 of a controlled generator-48 of rectangular pulses from output-50 of the first driver of control voltage-40).

Изменение управляющего напряжения на выходе-50 первого формирователя управляющего напряжения-40 (с целью изменения скважности импульсов прямоугольной формы) достигается, например, посредством перемещения движка-51 переменного резистора-42, подсоединенного своими выводами-43 и -45 к положительному выходу-44 и к отрицательному выходу-46 источника-41 постоянного напряжения, соответственно.Changing the control voltage at the output-50 of the first driver of the control voltage-40 (in order to change the duty cycle of rectangular pulses) is achieved, for example, by moving the slider-51 of the variable resistor-42, connected with its findings-43 and -45 to the positive output-44 and to the negative output-46 of the source-41 constant voltage, respectively.

Далее импульсы прямоугольной формы заданной скважности с выхода-52 управляемого генератора-48 импульсов прямоугольной формы через согласующий каскад-54 поступают на управляющий вход-56 второго управляемого ключа-17 (на затвор его "МОП"-транзистора), в результате чего второй управляемый ключ-17 открывается.Next, the rectangular pulses of a given duty cycle from the output-52 of the controlled generator-48 of the rectangular pulses through the matching cascade-54 are fed to the control input-56 of the second controlled key-17 (to the gate of its "MOS" transistor), resulting in a second controlled key -17 opens.

Одновременно импульсы прямоугольной формы с выхода-52 управляемого генератора-48 импульсов прямоугольной формы поступают на управляющий вход-53 управляемого переключателя-29, в результате чего на управляющий вход-33 первого управляемого ключа-7 (на затвор его "МОП"-транзистора) с второго конденсатора-21 (конденсатора вольтодобавки) поступает потенциал, превышающий потенциал второго вывода-16 первого управляемого ключа-7 (истока "МОП"-транзистора) на величину, приблизительно равную выходному напряжению низковольтного источника-25 постоянного напряжения.At the same time, the rectangular pulses from the output-52 of the controlled generator-48 of the rectangular pulses are supplied to the control input-53 of the controlled switch-29, as a result of which the control input-33 of the first controlled key-7 (to the gate of its "MOS" transistor) is the potential of the second capacitor-21 (voltage boost capacitor) exceeds the potential of the second terminal-16 of the first controlled key-7 (source of the "MOS" transistor) by an amount approximately equal to the output voltage of the low-voltage source-25 constant straining.

Поступление указанного потенциала открывает первый управляемый ключ-7 практически одновременно с вторым управляемым ключом-17, благодаря чему через индуктивную нагрузку-9 начинает течь ток по цепи: положительный выход-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения - открытый первый управляемый ключ-7 - индуктивная нагрузка-9 - открытый второй управляемый ключ-17 - электронно-управляемый резистор-59 - ограничительный резистор-80 - отрицательный вывод-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.The arrival of this potential opens the first controlled key-7 almost simultaneously with the second controlled key-17, so that the current flows through the inductive load-9 through the circuit: positive output-4 of the high-voltage source-1 constant voltage - open first controlled key-7 - inductive load-9 - open second controlled key-17 - electronically controlled resistor-59 - limiting resistor-80 - negative terminal-6 of a high-voltage source-1 constant voltage.

Таким образом, с помощью последовательности управляющих импульсов обеспечиваются периодические подключения индуктивной нагрузки-9 к выходам высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, и формируется импульсный ток, протекающий через индуктивную нагрузку-9.Thus, with the help of a sequence of control pulses, the inductive load-9 is periodically connected to the outputs of the high-voltage constant current source-1, and a pulsed current flows through the inductive load-9.

Возникающая при этом в индуктивной нагрузке-2 ЭДС самоиндукции препятствует мгновенному изменению тока в указанной цепи, из-за чего ток в течение импульса прямоугольной формы нарастает по линейному закону (см. временные диаграммы фиг. 2в, 2д), и в момент окончания импульса прямоугольной формы амплитуда тока достигает заранее заданного значения I₀ (либо I_{0 мин} для временной диаграммы фиг. 2в, либо I_{0 макс} для временной диаграммы фиг. 2д, либо промежуточного значения I₀). При этом величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения пропорциональна скорости нарастания тока и, следовательно, амплитуде I₀.The self-induction EMF arising in this case in the inductive load-2 prevents the instantaneous change of current in the indicated circuit, due to which the current increases linearly during the rectangular pulse (see time diagrams of Figs. 2c, 2e), and at the moment the pulse ends The current amplitude reaches a predetermined value of I ₀ (either I _{0 min} for the time diagram of Fig. 2c, or I _{0 max} for the time diagram of Fig. 2e, or an intermediate value of I ₀ ). In this case, the magnitude of the high-voltage pulse voltage between the terminal-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage is proportional to the slew rate of the current and, consequently, to the amplitude I ₀ .

Однако, амплитуда тока I₀ определяется сопротивлениями всех элементов указанной цепи, т.е.However, the current amplitude I ₀ is determined by the resistances of all elements of the specified circuit, i.e.

где К₁ - первый коэффициент пропорциональности,where K ₁ is the first coefficient of proportionality,

R_кл1 - сопротивление первого управляемого ключа-7 в открытом состоянии (сопротивление канала открытого "МОП"-транзистора),R _CL1 - the resistance of the first managed key-7 in the open state (channel resistance of the open "MOSFET" transistor),

R_кл2 - сопротивление второго управляемого ключа-17 в открытом состоянии (сопротивление канала открытого "МОП"-транзистора),R _KL2 - the resistance of the second managed key-17 in the open state (channel resistance of the open "MOSFET" transistor),

R_огр - величина сопротивления ограничительного резистора-80,R _ogre - resistance value of the limiting resistor-80,

R_эyp - величина сопротивления электронно-управляемого резистора-59, причем, в силу малости значений

может быть приведена к виду:R _eyp is the resistance value of the electronically controlled resistor-59, and, due to the smallness of the values

can be reduced to:

Поэтому амплитуда тока I₀, а, следовательно, и величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения могут быть изменены путем задания величины сопротивления электронно-управляемого резистора-59.Therefore, the amplitude of the current I ₀ , and, consequently, the magnitude of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage can be changed by setting the resistance value of the electronically controlled resistor-59.

Такое изменение необходимо при изменении выходного напряжения выпрямителя-14 между его первым-85 и вторым-87 выходами (например, вследствие изменения сопротивления нагрузки выпрямителя-14). Это изменяющееся напряжение поступает на первый вход-84 второго формирователя-83 управляющего напряжения и через токоограничивающий резистор-91 передается на первый вход-98 оптрона-95. В результате чего через оптрон-95 протекает изменяющийся ток, величина которого зависит и от напряжения на первом входе-98 оптрона-95, и от параметров первого-92 и второго-93 резисторов делителя напряжения, а также от параметров регулятора тока-94. Соответственно, на выходе-106 оптрона-95 (и на первом выводе-107 резистора питания-96, второй вывод-108 которого через второй вход-88 второго формирователя-83 управляющего напряжения подключен к положительному выводу-26 низковольтного источника-25 постоянного напряжения), также возникает изменяющееся напряжение, которое передается на второй выход-89 второго формирователя-83 управляющего напряжения.Such a change is necessary when changing the output voltage of rectifier-14 between its first-85 and second-87 outputs (for example, due to a change in the load resistance of rectifier-14). This changing voltage is supplied to the first input-84 of the second driver-83 of the control voltage and is transmitted through the current-limiting resistor-91 to the first input-98 of the optocoupler-95. As a result, a varying current flows through the optron-95, the value of which depends on the voltage at the first input-98 of the optocoupler-95, and on the parameters of the first-92 and second-93 resistors of the voltage divider, as well as on the parameters of the current regulator-94. Accordingly, at the output-106 of the optocoupler-95 (and at the first terminal-107 of the power resistor-96, the second terminal-108 of which is connected to the positive terminal-26 of the low-voltage source-25 of a constant voltage through the second input-88 of the second driver-83 of the control voltage) , a varying voltage also occurs, which is transmitted to the second output-89 of the second control voltage generator-83.

При изменении напряжения на втором выходе-89 второго формирователя-83 управляющего напряжения, происходит подача управляющего напряжения (которое поступает с второго выхода-89 второго формирователя-83 управляющего напряжения на управляющий вход-77 электронно-управляемого резистора-59) через второй резистор-74 на инвертирующий вход-79 ("-") операционного усилителя-67, выполняющего функцию усилителя постоянного напряжения. При этом режим работы операционного усилителя-67 задается напряжением на положительном выходе-70 источника-69 напряжения смещения, которое подается на неинвертирующий ("+") вход-71 операционного усилителя-67. В результате на выходе-68 операционного усилителя-67 формируется сигнал управления (величина которого определяется соотношением первого-73 и второго-74 резисторов, задающих коэффициент передачи операционного усилителя-67), поступающий на затвор МОП-транзистора-62 электронно-управляемого резистора-59. При нулевом сигнале управления МОП-транзистор-62 электронно-управляемого резистора-59 закрыт и не оказывает шунтирующего действия на величину сопротивления R_доп добавочного резистора-63, поэтому величина сопротивления электронно-управляемого резистора-59 максимальна и составляетWhen the voltage changes at the second output-89 of the second driver-83 of the control voltage, the control voltage is applied (which comes from the second output-89 of the second driver-83 of the control voltage to the control input-77 of the electronically controlled resistor-59) through the second resistor-74 on the inverting input-79 ("-") of the operational amplifier-67, which performs the function of a constant voltage amplifier. In this case, the operational mode of the operational amplifier-67 is set by the voltage at the positive output -70 of the source-69 bias voltage, which is supplied to the non-inverting ("+") input-71 of the operational amplifier-67. As a result, the control signal is generated at the output-68 of the operational amplifier-67 (the value of which is determined by the ratio of the first-73 and the second-74 resistors that specify the transfer coefficient of the operational amplifier-67), which is fed to the gate of the MOS transistor-62 of the electronically controlled resistor-59 . When the control signal is zero, the MOSFET-62 of the electronically controlled resistor-59 is closed and does not have a shunting effect on the resistance value R_additional additional resistor-63, so the resistance value of the electronically controlled resistor-59 is maximum and is

а величина тока I₀ минимальна и равнаand the current value I _{0 is} minimal and equal to

Минимальной амплитуде тока I_{0 мин}, протекающего через индуктивную нагрузку-9 при R_эур=R_доп (см. временную диаграмму фиг. 2в), соответствует минимальное значение высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2г) и, следовательно, минимальная величина импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройством в окружающее пространство.The minimum amplitude of the current I _{0 min} flowing through the inductive load-9 at R _EUR = R _add (see the timing diagram of Fig. 2c) corresponds to the minimum value of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source -1 constant voltage (see the time diagram of Fig. 2d) and, therefore, the minimum value of the pulsed electromagnetic interference emitted by the device into the surrounding space.

По мере изменения выходного напряжения второго формирователя-83 управляющего напряжения (что происходит, например, при уменьшении выходного напряжения выпрямителя-14) сигнал управления, поступающий на затвор МОП-транзистора-62 электронно-управляемого резистора-59, увеличивается и открывает МОП-транзистор-62 электронно-управляемого резистора-59. В результате сопротивление канала МОП-транзистора-62 электронно-управляемого резистора-59 начинает уменьшаться, что оказывает шунтирующее действие на величину сопротивления R_доп добавочного резистора-63, поэтому результирующее сопротивление электронно-управляемого резистора-59 также начинает уменьшаться. В пределе, когда сигнал управления, поступающий на затвор МОП-транзистора-62 электронно-управляемого резистора-59, настолько велик, что МОП-транзистор-62 электронно-управляемого резистора-59 оказывается полностью открытым, он полностью шунтирует добавочный резистор-63, величина сопротивления электронно-управляемого резистора-59 становится близка к нулю, а величина тока I₀ становится максимальной и равнойAs the output voltage of the second driver-83 control voltage changes (which happens, for example, when the output voltage of the rectifier-14 decreases), the control signal supplied to the gate of the MOSFET 62 of the electronically controlled resistor 59 increases and opens the MOSFET 62 electronically controlled resistor-59. As a result, the channel resistance of the MOS transistor 62-electronically-controlled resistor 59 begins to decrease, that the shunting effect provided by the amount of resistance an additional resistor R _ext-63, so the resulting resistance electronically-controlled-resistor 59 also begins to decrease. In the limit, when the control signal supplied to the gate of the MOSFET 62 of the electronically controlled resistor 59 is so large that the MOSFET 62 of the electronically controlled resistor 59 is completely open, it completely shunts the additional resistor 63, the value the resistance of the electronically controlled resistor-59 becomes close to zero, and the current value I ₀ becomes maximum and equal

Максимальной амплитуде тока I_0макс, протекающего через индуктивную нагрузку-9 при R_эyp=0 (см. временную диаграмму фиг. 2д), соответствует максимальное значение высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2е) и, следовательно, максимальная величина импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройством в окружающее пространство.The maximum amplitude of the current I _0max flowing through the inductive load-9 at R _eyp = 0 (see the timing diagram of Fig. 2e) corresponds to the maximum value of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 DC voltage (see the time diagram of Fig. 2E) and, therefore, the maximum value of the pulsed electromagnetic interference emitted by the device into the surrounding space.

Таким образом, с помощью изменения величины сопротивления электронно-управляемого резистора-59 путем регулирования выходного напряжения второго формирователя-83 управляющего напряжения, в предлагаемом техническом решении оказывается возможным изменять амплитуду тока, протекающего по ранее указанной цепи, в пределах от I_{0 мин} до I_{0 макс} и изменять тем самым величину высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.Thus, by changing the resistance value of the electronically controlled resistor-59 by adjusting the output voltage of the second driver-83 control voltage, in the proposed technical solution it is possible to change the amplitude of the current flowing through the previously indicated circuit, in the range from I _{0 min} to I _{0 max} and thereby change the magnitude of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage.

В аналогичных технических решениях, включая прототип, производится изменение скважности импульсов (например, с помощью первого формирователя управляющего напряжения-40 и управляемого генератора-48 прямоугольных импульсов).In similar technical solutions, including the prototype, the duty cycle of the pulses is changed (for example, using the first driver of control voltage-40 and controlled generator-48 of rectangular pulses).

Однако при изменении скважности импульсов величина тока I₀ остается неизменной и равной I_{0 макс} (а, следовательно, и величина высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения остается неизменной).However, when changing the duty cycle of the pulses, the current value I ₀ remains unchanged and equal to I _{0 max} (and, therefore, the value of the high-voltage pulse voltage between terminal-19 of inductive load-9 and negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage remains unchanged).

При этом в течение импульса происходит излучение в окружающее пространство части импульсной мощностиIn this case, during the pulse, part of the pulse power is emitted into the surrounding space

где К₂ - второй коэффициент пропорциональности.where K ₂ is the second coefficient of proportionality.

Излучение в окружающее пространство части импульсной мощности порождает импульсные электромагнитные помехи, мешающие функционированию близкорасположенных радиоэлектронных устройств и негативным образом влияет на их работоспособность; кроме того, электромагнитное излучение в окружающее пространство приводит к ухудшению экологической обстановки в среде обитания человека.Radiation of part of the pulsed power into the surrounding space generates pulsed electromagnetic interference that interferes with the functioning of nearby electronic devices and negatively affects their performance; in addition, electromagnetic radiation into the surrounding space leads to a deterioration of the environmental situation in the human environment.

В предлагаемом техническом решении имеется возможность изменять не только скважность импульсов, но и величину высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, что позволяет снижать уровень импульсных электромагнитных помех, излучаемых предложенным устройством в окружающее пространство.In the proposed technical solution, it is possible to change not only the duty cycle of the pulses, but also the magnitude of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage, which reduces the level of pulsed electromagnetic interference emitted by the proposed device in surrounding area.

Следует учитывать, что одновременно с протеканием тока через индуктивную нагрузку-9, через открытый второй управляемый ключ-17 также протекает ток по цепи: положительный выход-26 низковольтного источника-25 постоянного напряжения - первый диод-20 (диод вольтодобавки) - второй конденсатор-21 (конденсатор вольтодобавки) - индуктивная нагрузка-9 - открытый второй управляемый ключ-17 - электронно-управляемый резистор-59 - ограничительный резистор-80 - отрицательный вывод-28 низковольтного источника-25 постоянного напряжения. Благодаря чему второй конденсатор-21 (конденсатор вольтодобавки) заряжается до величины, приблизительно равной выходному напряжению низковольтного источника-25 постоянного напряжения. После окончания импульса прямоугольной формы первый-7 и второй-17 управляемые ключи закрываются, а разность потенциалов на обкладках второго конденсатора-21 (конденсатора вольтодобавки) - сохраняется, что создает условия для открытия первого управляемого ключа-7 в следующем цикле работы устройства.It should be borne in mind that simultaneously with the flow of current through inductive load-9, an open second controlled switch-17 also flows current through the circuit: positive output-26 of a low-voltage source-25 constant voltage - the first diode-20 (voltage diode) - the second capacitor- 21 (boost capacitor) - inductive load-9 - open second controlled key-17 - electronically controlled resistor-59 - limiting resistor-80 - negative terminal-28 of a low-voltage source-25 constant voltage. Due to this, the second capacitor-21 (capacitor boost) is charged to a value approximately equal to the output voltage of the low-voltage source-25 DC voltage. After the end of the rectangular pulse, the first-7 and second-17 controlled keys are closed, and the potential difference on the plates of the second capacitor-21 (boost capacitor) is saved, which creates the conditions for opening the first controlled key-7 in the next cycle of the device.

При размыкании первого-7 и второго-17 управляемых ключей из-за наличия ЭДС самоиндукции возникает высоковольтное напряжение между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения. Как только это высоковольтное напряжение превысит величину выходного напряжения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, открываются третий диод-37 (второй отсекающий диод) и второй диод-34 (первый отсекающий диод), через которые начинает течь ток по цепи; отрицательный выход-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения - второй диод-34 (первый отсекающий диод) - индуктивная нагрузка-9 - третий диод-37 (второй отсекающий диод) - первый (накопительный) конденсатор-2 - отрицательный выход-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения. В результате, помимо передачи энергии в полезную нагрузку, происходит накопление энергии в накопительном конденсаторе-2 (что способствует повышению коэффициента полезного действия как предлагаемого устройства, так и устройства-прототипа, в котором этот прием также используется).When the first-7 and second-17 keys are opened, due to the presence of EMF of self-induction, a high-voltage voltage arises between terminal-19 of inductive load-9 and negative output-6 of high-voltage source-1 of constant voltage. As soon as this high-voltage voltage exceeds the output voltage of the high-voltage source-1 constant voltage, the third diode-37 (second cut-off diode) and the second diode-34 (first cut-off diode) open, through which current flows through the circuit; negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage - second diode-34 (first cut-off diode) - inductive load-9 - third diode-37 (second cut-off diode) - first (storage) capacitor-2 - negative output-6 of high-voltage source -1 constant voltage. As a result, in addition to transferring energy to the payload, energy is accumulated in the storage capacitor-2 (which helps to increase the efficiency of both the proposed device and the prototype device, in which this technique is also used).

Таким образом, предлагаемое к патентованию техническое решение выполняет те же функции, что и ранее известные устройства, отличаясь от них возможностью изменять не только скважность управляющих импульсов прямоугольной формы, но и изменять амплитуду тока, протекающего в индуктивной нагрузке-9 и, тем самым, изменять величину высоковольтного импульсного напряжения между выводом-19 индуктивной нагрузки-9 и отрицательным выходом-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения. Это способствует снижению уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройствами для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение в окружающее пространство, а также обеспечивает расширение арсенала технических средств, реализующих свое назначение в виде устройств для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение.Thus, the technical solution proposed for patenting fulfills the same functions as previously known devices, differing from them in the ability to change not only the duty cycle of the control pulses of a rectangular shape, but also to change the amplitude of the current flowing in the inductive load-9 and, thereby, change the magnitude of the high-voltage pulse voltage between the output-19 of the inductive load-9 and the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage. This helps to reduce the level of pulsed electromagnetic interference emitted by devices for converting direct voltage to a pulse voltage into the surrounding space, and also provides an expansion of the arsenal of technical means that realize their purpose in the form of devices for converting direct voltage to a pulse voltage.

Функциональные блоки, входящие в состав устройства, могут быть реализованы различным образом.Functional blocks that are part of the device can be implemented in various ways.

Например, управляемый генератор-48 прямоугольных импульсов может быть выполнен в виде микросхемы, выполняющей функции широтно-импульсного модулятора (допустим, UCC2813QDR-5Q1 фирмы Texas instruments), или же в виде микросхемы, выполняющей функции частотно-импульсного модулятора (допустим, FAN-6300H фирмы Fairchild Semiconductor), или по любой другой схеме, обеспечивающей изменение скважности импульсов прямоугольной формы.For example, a controlled generator of 48 rectangular pulses can be made in the form of a microcircuit that functions as a pulse-width modulator (for example, UCC2813QDR-5Q1 from Texas instruments), or as a microcircuit that performs the functions of a pulse-frequency modulator (for example, FAN-6300H company Fairchild Semiconductor), or any other scheme that provides a change in the duty cycle of pulses of a rectangular shape.

Первый формирователь управляющего напряжения-40 может быть выполнен либо в виде, показанном на фиг. 1, либо любым иным преобразованием управляющего воздействия в управляющее напряжение, в том числе с использованием цепей обратной связи и/или цифровых управляющих протоколов.The first driver voltage control-40 can be performed either in the form shown in FIG. 1, or any other conversion of the control action into a control voltage, including using feedback circuits and / or digital control protocols.

Второй формирователь управляющего напряжения-83 может быть выполнен либо в виде, показанном на фиг. 1, либо с использованием стандартных источников опорного напряжения и операционных усилителей; либо любым иным преобразованием управляющего воздействия в напряжение, управляющее электронно-управляемым резистором, в том числе с использованием цепей обратной связи и/или цифровых управляющих протоколов.The second driver voltage control-83 can be performed either in the form shown in FIG. 1, or using standard reference voltage sources and operational amplifiers; or any other conversion of the control action into a voltage controlling an electronically controlled resistor, including using feedback circuits and / or digital control protocols.

В качестве регулятора тока-94, показанного на фиг. 1, может быть использована микросхема TL 431 или ее аналоги.As the current controller-94 shown in FIG. 1, the TL 431 chip or its analogs may be used.

Транзисторы управляемых ключей-7 и -17 могут быть и биполярными, и МОП-транзисторами, и БТИЗ-транзистором; сам же ключ может содержать дополнительные схемы, повышающие качество его работы.Transistors managed keys-7 and -17 can be bipolar, and MOS transistors, and IGBT transistor; the key itself may contain additional schemes that increase the quality of its work.

Низковольтные источники питания-25, -41, и -69, входящие в состав устройства в целом, а также в состав первого формирователя управляющего напряжения-40 и электронно-управляемого резистора-59 могут быть преобразованы, например, в один низковольтный источник питания, снабженный соответствующими резистивными делителями.Low-voltage power sources-25, -41, and -69, which are part of the device as a whole, as well as the first driver of control voltage-40 and electronically controlled resistor-59 can be converted, for example, into one low-voltage power supply equipped with corresponding resistive dividers.

Электронно-управляемый резистор-59 может быть выполнен в виде, показанном на схеме фиг. 1, или по схеме, приведенной в http://zpostbox.ru/az10.htm, или по любой другой схеме, обеспечивающей изменение сопротивления участка цепи практически от нуля до величины, сравнимой с величиной сопротивления R_огр.The electronically controlled resistor-59 can be made in the form shown in the diagram of FIG. 1, or according to the scheme given in http://zpostbox.ru/az10.htm, or according to any other scheme providing a change in the resistance of a circuit section from practically zero to a value comparable to the value of resistance R _ogre .

В качестве второго и третьего диодов могут быть использованы любые устройства с односторонней проводимостью, например, управляемые биполярные транзисторы, или МОП-транзистором, или БТИЗ-транзисторы и так далее.As the second and third diodes, any devices with one-sided conductivity can be used, for example, controlled bipolar transistors, or MOS transistors, or IGBTs, and so on.

Буферный согласующий каскад-54, выполняющий функции согласования моментов подачи управляющих импульсов, поступающих на входы первого-7 и второго-17 управляемых ключей, может быть выполнен, например, в виде последовательного соединения схемы задержки и усилителя, а может вообще отсутствовать (заменяется перемычкой).The buffer matching cascade-54, which performs the functions of matching the moments of supply of control pulses arriving at the inputs of the first-7 and second-17 controlled keys, can be performed, for example, in the form of a serial connection of a delay circuit and an amplifier, or may be absent altogether (replaced by a jumper) .

Все остальные элементы, входящие в состав устройства для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение широко известны и опубликованы в различных источниках информации по импульсной технике и радиоэлектронике.All other elements that make up the device for converting direct voltage to pulse voltage are widely known and published in various sources of information on pulse technology and radio electronics.

При любом варианте выполнения функциональных блоков, входящих в состав описанного устройства, обеспечивается возможность изменения величины тока, протекающего через индуктивную нагрузку, а следовательно, и выходного импульсного напряжения и, соответственно, достигается снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, то есть получается технический результат, соответствующий заявленному.With any embodiment of the functional blocks included in the described device, it is possible to change the magnitude of the current flowing through the inductive load, and hence the output pulse voltage, and, accordingly, a reduction in the level of pulsed electromagnetic interference emitted into the surrounding space is achieved, i.e., technical result corresponding to the declared.

Claims

A device for converting direct voltage to pulsed voltage containing a high voltage constant voltage source, the first capacitor connected with its first lining to the positive output of the high voltage constant voltage source, and with its second lining to the negative output of the high voltage constant voltage source, the first controlled key connected with its first output to the positive output of a high voltage DC voltage source, inductive load, voltage bounded by its first output to the second output of the first managed key, the second managed key connected by its first output to the second output of the inductive load, a limiting resistor, a low voltage constant voltage source, connected by its negative output to the negative output of a high voltage constant voltage source, a rectangular rectangular pulse generator connected to its output through a buffer matching stage to the control input of the second managed key, a control voltage driver connected to the input of a rectangular pulse generator by its output, a first diode connected by its anode to the positive output of a low-voltage constant voltage source, a second capacitor connected by its first lining to the cathode of the first diode and by its second lining to the second terminal of the first controlled key , and a controllable switch connected by its first input to the first plate of the second capacitor, by its second input to the second circuit the second capacitor, with its output to the control input of the first controlled key and its control input to the output of a rectangular rectangular pulse generator and to the control input of the second controlled key, characterized in that it is equipped with an electronically controlled resistor connected in series with the second output of the controlled key, with a limiting resistor and with a negative output of a high voltage DC voltage source, and a second control voltage shaper connected its output to the control input of an electronically controlled resistor.