RU2660674C1

RU2660674C1 - Device for producing high voltage pulse voltage

Info

Publication number: RU2660674C1
Application number: RU2017113662A
Authority: RU
Inventors: Юрий Игоревич Романов; Станислав Владимирович Малецкий
Original assignee: Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority date: 2017-04-19
Filing date: 2017-04-19
Publication date: 2018-07-09

Abstract

FIELD: electrical equipment.

SUBSTANCE: invention relates to electrical equipment. Device for obtaining a high voltage impulse voltage comprises high voltage source (1) of direct voltage, inductive load (9), two controllable switches (7) and (12) controllable switch (41), and capacitor (31), diode (30) and additional controlled switch (47) connected in series, controlled by the pulse width converter (52) coming from rectangular wave generator (21).

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 питания, обеспечивающих минимально возможный уровень электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering and can be used to create switching power supplies that provide the lowest possible level of electromagnetic interference emitted into the surrounding space.

Аналогичные технические решения известны, см. заявку на патент США US 20110305048 А1 (опубликована 15 декабря 2011 г.), которая содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:Similar technical solutions are known, see application for US patent US 20110305048 A1 (published December 15, 2011), which contains the following set of essential features:

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

- 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;

- первый управляемый ключ;- the first managed key;

- индуктивную нагрузку (выполненную в виде первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю);- inductive load (made in the form of the primary winding of the transformer, the secondary winding of which is connected to the rectifier);

- второй управляемый ключ;- second managed key;

- 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;

- схему управления, подсоединенную своим первым выходом к управляющему входу второго управляемого ключа и своими питающими входами к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;- a control circuit connected by its first output to the control input of the second controlled key and its supply inputs to the corresponding outputs of the low-voltage constant voltage source;

- 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 одной своей (первой) обкладкой к катоду первого диода;- a second capacitor (booster capacitor) connected by one of its (first) plates to the cathode of the first diode;

- второй диод;- second diode;

- третий диод;- third diode;

- 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 второму выходу схемы управления;- a controlled switch connected by its first input to the first lining of the second capacitor (boost capacitor), its second input to the second lining of the second capacitor (boost capacitor), its output to the control input of the first controlled key and its control input to the second output of the control circuit;

- третий (разделительный) конденсатор, подсоединенный одной своей (первой) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а другой своей (второй) обкладкой к первому выводу первого управляемого ключа,- a third (isolation) capacitor connected by one of its (first) lining to the positive output of the high-voltage constant voltage source, and the other by its (second) lining to the first output of the first controlled key,

при этом второй вывод первого управляемого ключа подсоединен к второй обкладке второго конденсатора, первый вывод индуктивной нагрузки подсоединен к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, второй вывод индуктивной нагрузки подсоединен к первому выводу второго управляемого ключа, второй вывод второго управляемого ключа подсоединен к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, анод второго диода подсоединен к первому выводу второго управляемого ключа, катод второго диода подсоединен к первому выводу первого управляемого ключа, анод третьего диода подсоединен к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а катод третьего диода подсоединен к аноду второго диода.wherein the second terminal of the first managed key is connected to the second plate of the second capacitor, the first terminal of the inductive load is connected to the positive output of the high voltage DC source, the second terminal of the inductive load is connected to the first terminal of the second controlled key, the second terminal of the second controlled key is connected to the negative output of the high voltage source DC voltage, the anode of the second diode is connected to the first terminal of the second controlled key, the cathode of the second diode connected to the first output of the first controlled key, the anode of the third diode is connected to the negative output of the high voltage constant voltage source, and the cathode of the third diode is connected to the anode of the second diode.

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

- первый управляемый ключ;- the first managed key;

- индуктивная нагрузка;- inductive load;

- второй управляемый ключ;- second managed key;

- 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;

- первый диод,- first diode,

- второй конденсатор, подсоединенный одной своей (первой) обкладкой к катоду первого диода;- a second capacitor connected by one of its (first) plates to the cathode of the first diode;

- второй диод;- second diode;

- третий диод;- third diode;

- управляемый переключатель, подключенный своим первым входом к первой обкладке второго конденсатора, своим вторым входом к второй обкладке второго конденсатора, своим выходом к управляющему входу первого управляемого ключа, при этом второй вывод первого управляемого ключа подсоединен к второй обкладке второго конденсатора, анод второго диода подсоединен к первому выводу второго управляемого ключа, анод третьего диода подсоединен к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а второй вывод индуктивной нагрузки подсоединен к первому выводу второго управляемого ключа.- a controlled switch connected by its first input to the first plate of the second capacitor, by its second input to the second plate of the second capacitor, by its output to the control input of the first controlled key, while the second output of the first controlled key is connected to the second plate of the second capacitor, the anode of the second diode is connected to the first output of the second controlled key, the anode of the third diode is connected to the negative output of the high-voltage constant voltage source, and the second output is inductive to load connected to the first output of the second managed key.

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 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;- a second controlled key connected by its first terminal to the second terminal of the inductive load;

- 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;

- генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом через буферный согласующий каскад к управляющему входу второго управляемого ключа и своими питающими входами к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;- a rectangular pulse generator connected via its output through a buffer matching stage to the control input of the second controlled key and its supply inputs to the corresponding outputs of the low-voltage constant voltage source;

- второй конденсатор (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой к катоду первого диода (диода вольтодобавки) и своей второй обкладкой к 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 к первому выводу индуктивной нагрузки и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a second diode (first cut-off diode) connected by its cathode to the first output of the inductive load and by its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source;

- третий диод (второй отсекающий диод), подсоединенный своим анодом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the third diode (second 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;

- управляемый переключатель, подключенный 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 генератора импульсов прямоугольной формы.- a controlled switch connected by its first input to the first lining of the second capacitor (boost capacitor), its second input to the second lining of the second capacitor (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.

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

- первый конденсатор, подсоединенный своей первой обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, а своей второй обкладкой к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- the first capacitor connected by its first lining to the positive output of the high voltage DC voltage source, and by its second lining to the negative output of the high voltage DC voltage source;

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

- первый диод;- first diode;

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

- второй диод, подсоединенный своим катодом к первому выводу индуктивной нагрузки и своим анодом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a second diode connected by its cathode to the first output of the inductive load and by its anode to the negative output of the high-voltage constant voltage source;

- третий диод, подсоединенный своим анодом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим катодом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;- a third 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, своим вторым входом к второй обкладке второго конденсатора, 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, by its second input to the second plate of the second capacitor, by its output to the control input of the first controlled key and by its control input to the output of a rectangular rectangular pulse generator.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из вышеохарактеризованных аналогичных технических решений, заключается в снижении уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых ранее применяемыми устройствами для получения высоковольтного импульсного напряжения из-за инерционности нелинейных элементов, и прежде всего диода вольтодобавки, соединенного с конденсатором вольтодобавки.The technical result, which cannot be achieved by any of the similar technical solutions described above, is to reduce the level of pulsed electromagnetic interference emitted by previously used devices for producing high-voltage pulsed voltage due to the inertia of nonlinear elements, and above all the voltage boost diode connected to the voltage boost capacitor.

Импульсные электромагнитные помехи, возникающие в аналогичных ранее применяемых 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 previously used 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.

Причиной невозможности достижения вышеуказанного технического результата является то, что в известных устройствах для получения высоковольтного импульсного напряжения не уделялось должного внимания поиску средств, снижающих уровень импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство.The reason for the impossibility of achieving the above technical result is that in the known devices for obtaining a high voltage pulse voltage, insufficient attention was paid to the search for means that reduce the level of pulsed electromagnetic interference radiated into the surrounding space.

Учитывая характеристику и анализ известных аналогичных технических решений, можно сделать вывод, что задача создания устройств для получения высоковольтного импульсного напряжения, обеспечивающих снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых в окружающее пространство, является актуальной на сегодняшний день.Given the characterization and analysis of known similar technical solutions, we can conclude that the task of creating devices for high-voltage pulse voltage, providing a reduction in the level of pulsed electromagnetic interference radiated into the surrounding space, is relevant today.

Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения 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, подсоединенный одним своим выводом к второму выводу второго управляемого ключа, а другим своим выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом через буферный согласующий каскад к управляющему входу второго управляемого ключа и своими питающими входами к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения, первый диод (диод вольтодобавки), второй конденсатор (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой к катоду первого диода (диода вольтодобавки), и своей второй обкладкой к второму выводу первого управляемого ключа, второй диод (первый отсекающий диод), подсоединенный своим катодом к первому выводу индуктивной нагрузки 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, управляемый переключатель, подключенный 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, снабжено дополнительным (вторым) управляемым переключателем и преобразователем длительности импульсов прямоугольной формы, который подсоединен своим входом к выходу генератора импульсов прямоугольной формы, и своим выходом к управляющему входу дополнительного (второго) управляемого переключателя, подсоединенного своим первым входом к отрицательному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, своим вторым входом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения и своим выходом к аноду первого диода (диода вольтодобавки).The technical result indicated above is achieved in that a device for producing a high voltage pulse voltage comprising a high voltage constant voltage source, a first (storage) capacitor connected by one of its (first) plates to the positive output of the high voltage constant voltage source, and the other by its (second) layer to the negative output of the high voltage DC voltage source, the first controlled key connected by its first output to the positive output is dc voltage source, inductive load connected by its first terminal to the second terminal of the first controlled key, a second controlled key connected by its first terminal to the second terminal of the inductive load, a terminating resistor connected by one of its terminals to the second terminal of the second controlled key, and the other by output to the negative output of a high voltage constant voltage source, a low voltage constant voltage source connected to its negative m output to the negative output of a high-voltage constant-voltage source, a rectangular pulse generator connected via its output through a buffer matching stage to the control input of the second controlled key and its supply inputs to the corresponding outputs of the low-voltage constant-voltage source, the first diode (voltage diode), 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 the first output of the controlled key, the second diode (first cut-off diode) connected by its cathode to the first output of the inductive load and its anode to the negative output of the high-voltage DC voltage source, the third diode (second cut-off diode) connected by its anode to the second output of the inductive load and by its cathode to the positive output of the high-voltage constant voltage source, a controlled switch connected by its first input to the first lining of the second capacitor (condensate 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 rectangular pulse generator, is equipped with an additional (second) controlled switch and rectangular pulse width converter , which is connected by its input to the output of the rectangular pulse generator, and by its output to the control input of the additional (second) control switch, connected by its first input to the negative output of the low voltage DC voltage source, by its second input to the positive output of the low voltage DC voltage source and by its output to the anode of the first diode (voltage diode).

Введение второго управляемого переключателя и преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы с их вышеописанными подсоединениями позволяет, в ходе подачи импульса прямоугольной формы с выхода генератора импульсов прямоугольной формы через буферный согласующий каскад на управляющий вход второго управляемого ключа, произвести замыкание упомянутого второго управляемого ключа, а в ходе подачи того же импульса прямоугольной формы с выхода генератора импульсов прямоугольной формы на преобразователь длительности импульсов прямоугольной формы позволяет также сформировать преобразованный (дополнительный) импульс прямоугольной формы. Поступление указанного преобразованного (дополнительного) импульса прямоугольной формы на управляющий вход второго управляемого переключателя обеспечивает подключение анода диода вольтодобавки к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения. При этом происходит процесс заряда конденсатора вольтодобавки по цепи: положительный выход низковольтного источника постоянного напряжения - второй управляемый переключатель - диод вольтодобавки - конденсатор вольтодобавки - индуктивная нагрузка - замкнутый второй управляемый ключ - ограничительный резистор - отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения. В результате чего на обкладках конденсатора вольтодобавки формируется напряжение, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения.The introduction of a second controlled switch and a rectangular pulse width converter with their above-described connections allows, during the supply of a rectangular pulse from the output of a rectangular pulse generator through a buffer matching stage to the control input of the second controlled key, to close the second controlled key, and during the supply the same rectangular pulse from the output of the rectangular pulse generator to the pulse width converter rectangular shape also allows you to form a converted (additional) pulse of a rectangular shape. The arrival of the specified converted (additional) pulse of a rectangular shape to the control input of the second controlled switch provides the connection of the anode of the diode voltage boost to the positive output of a low-voltage source of constant voltage. In this case, the process of charging the capacitor of the voltage-boosting circuit: the positive output of the low-voltage constant voltage source - the second controlled switch - voltage-boost diode - the voltage-loading capacitor - inductive load - the closed second controlled key - the limiting resistor - the negative output of the low-voltage constant voltage source. As a result, a voltage close to the output voltage of the low voltage constant voltage source is formed on the plates of the capacitor of the voltage boost.

После окончания заряда конденсатора вольтодобавки, под воздействием того же импульса прямоугольной формы с выхода генератора импульсов прямоугольной формы, первый управляемый переключатель подключает к управляющему входу первого управляемого ключа упомянутый конденсатор вольтодобавки, заряженный до напряжения, близкого к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения. В результате первый управляемый ключ также замыкается (практически одновременно с вторым управляемым ключом), и через индуктивную нагрузку начинает протекать ток по цепи: положительный выход высоковольтного источника постоянного напряжения - замкнутый первый управляемый ключ - индуктивная нагрузка - замкнутый второй управляемый ключ - ограничительный резистор - отрицательный выход высоковольтного источника постоянного напряжения.After the charging of the boost capacitor, under the influence of the same rectangular pulse from the output of the rectangular pulse generator, the first controllable switch connects to the control input of the first controllable key the boost capacitor charged to a voltage close to the output voltage of the low-voltage constant voltage source. As a result, the first controlled switch also closes (almost simultaneously with the second controlled switch), and current flows through the inductive load along the circuit: the positive output of the high-voltage constant voltage source - the closed first controlled switch - the inductive load - the closed second controlled switch - the limiting resistor - negative output of a high voltage constant voltage source.

При этом потенциал первого вывода индуктивной нагрузки становится практически равным потенциалу положительного выхода высоковольтного источника постоянного напряжения (поскольку сопротивление замкнутого первого ключа незначительно и падение напряжения на нем также незначительно), а потенциал второго вывода индуктивной нагрузки становится практически равным потенциалу отрицательного выхода высоковольтного источника постоянного напряжения (поскольку сопротивления замкнутого второго ключа и ограничительного резистора незначительны и падение напряжения на них также незначительно). Таким образом, разность потенциалов между выводами индуктивной нагрузки становится близкой к выходному напряжению высоковольтного источника постоянного напряжения.In this case, the potential of the first output of the inductive load becomes almost equal to the potential of the positive output of the high voltage DC voltage source (since the resistance of the closed first switch is insignificant and the voltage drop across it is also insignificant), and the potential of the second output of the inductive load becomes almost equal to the potential of the negative output of the high voltage DC source ( since the resistance of the closed second key and the limiting resistor is insignificant flax and the voltage drop on them is also insignificant). Thus, the potential difference between the terminals of the inductive load becomes close to the output voltage of the high voltage DC voltage source.

В индуктивной нагрузке в это время происходит накопление энергии (прямой ход).In the inductive load, energy is accumulated at this time (forward stroke).

После окончания импульса прямоугольной формы на выходе генератора импульсов прямоугольной формы оба управляемых ключа размыкаются. Разность потенциалов между выводами индуктивной нагрузки в этот момент меняет свой знак, в индуктивной нагрузке возникает ЭДС самоиндукции, и накопленная энергия передается в полезную нагрузку (обратный ход). Таким образом, происходит преобразование постоянного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения в импульсное напряжение, что и является задачей предлагаемого устройства.After the end of the rectangular pulse at the output of the rectangular pulse generator, both controlled keys open. The potential difference between the terminals of the inductive load at this moment changes its sign, the self-induction EMF appears in the inductive load, and the accumulated energy is transferred to the payload (reverse). Thus, there is a conversion of the constant voltage of the high voltage source of constant voltage into a pulse voltage, which is the task of the proposed device.

Нужно особо отметить, что в аналогичных технических решениях в момент замыкания первого и второго управляемых ключей и появления на первом выводе индуктивной нагрузки высокого потенциала, этот потенциал через конденсатор вольтодобавки оказывается приложенным к катоду диода вольтодобавки. При этом из-за инерционности нелинейного элемента (диода) возникает импульсный бросок тока через указанный нелинейный элемент (диод), в результате чего появляется импульсная электромагнитная помеха, обусловленная этим броском тока. А в предлагаемом техническом решении для устранения этого явления введены второй управляемый переключатель и преобразователь длительности импульсов прямоугольной формы с их подсоединениями.It should be emphasized that in similar technical solutions at the time of closure of the first and second controlled keys and the appearance of a high potential inductive load on the first output, this potential through the capacitor of the voltage boost is applied to the cathode of the voltage boost diode. In this case, due to the inertia of the nonlinear element (diode), a pulsed inrush current occurs through the specified nonlinear element (diode), resulting in a pulsed electromagnetic interference due to this inrush current. And in the proposed technical solution, to eliminate this phenomenon, a second controlled switch and a rectangular pulse width converter with their connections are introduced.

Причем параметры преобразованного (дополнительного) импульса, прямоугольной формы выбираются таким образом, чтобы его задний фронт опережал передний фронт импульса прямоугольной формы, поступающего на управляющие входы обоих управляемых ключей, на некоторое время. Это время составляет обычно несколько сотен наносекунд (в зависимости от типа нелинейного элемента (диода)) и должно быть достаточным для завершения переходных процессов в диоде, Тем самым к моменту замыкания обоих управляемых ключей будет обеспечено закрытое состояние диода вольтодобавки (поскольку к его катоду при разомкнутых ключах приложено положительное напряжение между обкладками ранее заряженного конденсатора вольтодобавки, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения, а его анод в то же самое время через второй управляемый переключатель уже подключен к отрицательному выходу низковольтного источника постоянного напряжения).Moreover, the parameters of the converted (additional) pulse, of a rectangular shape, are selected in such a way that its trailing edge is ahead of the leading edge of a rectangular shape pulse arriving at the control inputs of both controlled keys for a while. This time is usually several hundred nanoseconds (depending on the type of non-linear element (diode)) and should be sufficient to complete the transient processes in the diode. Thus, by the moment of closure of both controlled keys, the closed state of the voltage-loading diode will be ensured (since its cathode is open the keys applied a positive voltage between the plates of the previously charged capacitor of the voltage boost, close to the output voltage of the low-voltage constant voltage source, and its anode at the same Through the second controlled switch, it is already connected to the negative output of the low-voltage constant voltage source).

В результате к моменту замыкания первого и второго управляемых ключей, и, соответственно, к моменту появления на первом выводе индуктивной нагрузки высокого потенциала, попадающего на катод диода вольтодобавки, этот диод уже надежно закрыт, а импульсная электромагнитная помеха, возникающая, как уже указывалось, в аналогичных технических решениях в момент замыкания первого и второго управляемых ключей, в предлагаемом техническом решении не возникает. Причиной этого является тот факт, что в аналогичных технических решениях импульсная электромагнитная помеха появляется из-за протекания импульсного тока по цепи: точка соединения второго вывода первого управляемого ключа и первого вывода индуктивной нагрузки - конденсатор вольтодобавки - закрывающийся, но пока не закрытый диод вольтодобавки - положительный выход низковольтного источника постоянного напряжения - отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения - отрицательный выход высоковольтного источника постоянного напряжения - положительный выход высоковольтного источника постоянного напряжения - замкнутый первый управляемый ключ. В предлагаемом техническом решении вышеописанная цепь протекания импульсного тока заблаговременно разрывается благодаря упреждающему замыканию второго входа второго управляемого переключателя (и, следовательно, анода диода вольтодобавки) на отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения.As a result, by the moment of closure of the first and second controlled keys, and, correspondingly, by the time of the appearance of a high potential at the first output of the inductive load incident on the cathode of the boost diode, this diode is already securely closed, and the pulsed electromagnetic interference arising, as already indicated, in similar technical solutions at the time of closure of the first and second managed keys, the proposed technical solution does not arise. The reason for this is the fact that in similar technical solutions, pulsed electromagnetic interference appears due to the flow of a pulsed current through the circuit: the connection point of the second terminal of the first controlled key and the first terminal of the inductive load is the boost capacitor, which is closed but not yet closed, the boost voltage diode is positive output of a low voltage source of constant voltage - negative output of a low voltage source of constant voltage - negative output of a high voltage source yannogo voltage - positive output high voltage DC - closed the first controllable switch. In the proposed technical solution, the above-described pulse current flow circuit is broken in advance due to the pre-emptive closure of the second input of the second controllable switch (and, therefore, the voltage-diode anode) to the negative output of the low-voltage constant voltage source.

Указанный эффект возникновения импульсной электромагнитной помехи в аналогичных технических решениях имеет достаточно общий характер, так как время переключения высоковольтных диодов (τдиода) принципиально больше времени переключения современных силовых полупроводниковых элементов. Поэтому упреждающее подключение анода диода вольтодобавки (с помощью вновь введенных преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы, второго управляемого переключателя и их связей) к отрицательному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, примененное в предлагаемом техническом решении, как раз и обеспечивает сопряжение времени переключения диода вольтодобавки и момента замыкания обоих управляемых ключей, причем таким образом, что импульсная электромагнитная помеха, присутствующая в аналогичных технических решениях, в заявленном техническом решении отсутствует.The indicated effect of the occurrence of pulsed electromagnetic interference in similar technical solutions is quite general in nature, since the switching time of high-voltage diodes (τ diodes) is essentially longer than the switching time of modern power semiconductor elements. Therefore, the pre-emptive connection of the anode of the boost diode (with the help of the newly introduced rectangular pulse width converter, the second controlled switch and their connections) to the negative output of the low-voltage constant voltage source, used in the proposed technical solution, provides the pairing of the switching time of the boost diode and the moment of closure both controlled keys, and in such a way that the pulsed electromagnetic interference present in similar technologies technical solutions, in the claimed technical solution is absent.

Благодаря чему достигается снижение уровня импульсных электромагнитных помех, излучаемых устройством для получения высоковольтного импульсного напряжения в окружающее пространство, и, следовательно, улучшение электромагнитной совместимости электронных устройств различного назначения, а также улучшение экологической обстановки в среде обитания человека, в чем и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.Due to this, a reduction in the level of pulsed electromagnetic interference emitted by the device for receiving high-voltage pulse voltage into the surrounding space is achieved, and, consequently, an improvement in the electromagnetic compatibility of electronic devices for various purposes, as well as an improvement in the environmental situation in the human environment, which is the achievement of the above technical result .

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 получения высоковольтного импульсного напряжения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения, а на фиг. 2 представлены диаграммы напряжений, поясняющие работу предлагаемого устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения.The proposed device for producing a high voltage pulse voltage is illustrated by the following description and drawings, where in FIG. 1 is a functional diagram of a device for producing a high voltage pulse voltage, and FIG. 2 presents voltage diagrams explaining the operation of the proposed device to obtain a high voltage pulse voltage.

Предлагаемое устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит:The proposed device for producing a high voltage 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 подсоединенный 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 constant voltage, and the other by its (second) lining-5 connected to the negative output-6 of the high-voltage source-1 of 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, подсоединенную одним своим (первым) выводом-10 к второму выводу-11 (к истоку "МОП"-транзистора) первого управляемого ключа-7;- inductive load-9, connected by one of its (first) terminal-10 to the second terminal-11 (to the source of the "MOS" transistor) of the first managed key-7;

- второй управляемый ключ-12 (выполненный, например, в виде "МОП"-транзистора), подсоединенный своим первым выводом-13 (стоком "МОП"-транзистора) к второму выводу-14 индуктивной нагрузки-9;- the second managed key-12 (made, for example, in the form of a "MOSFET" transistor), connected with its first terminal-13 (drain of the "MOSFET" transistor) to the second terminal-14 of the inductive load-9;

- ограничительный резистор-15, подсоединенный одним своим выводом-16 к второму выводу-17 второго управляемого ключа-12 (к истоку "МОП"-транзистора), а другим своим выводом-18 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.- limiting resistor-15, connected with one of its output-16 to the second output-17 of the second managed key-12 (to the source of the "MOS" transistor), and with its other output-18 to the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage.

- низковольтный источник-19 постоянного напряжения, подсоединенный своим отрицательным выходом-20 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- low-voltage source-19 constant voltage connected by its negative output-20 to the negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage;

- генератор-21 импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим выходом-22 к входу-23 буферного согласующего каскада-24, выход-25 которого подсоединен к управляющему входу-26 второго управляемого ключа-12 (к затвору МОП-транзистора), и подсоединенный своими питающими входами-27 и -28 к выходам-29 и -20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения соответственно;- a rectangular pulse generator-21, connected by its output-22 to the input-23 of the buffer matching cascade-24, the output-25 of which is connected to the control input-26 of the second controlled key-12 (to the gate of the MOS transistor), and connected to its supply inputs-27 and -28 to outputs-29 and -20 of a low-voltage source-19 constant voltage, respectively;

- первый диод-30 (диод вольтодобавки);- the first diode-30 (diode voltage boost);

- второй конденсатор-31 (конденсатор вольтодобавки), подсоединенный своей первой обкладкой-32 к катоду-33 первого диода-30, и своей второй обкладкой-34 к второму выводу-11 первого управляемого ключа-7;- the second capacitor-31 (boost capacitor), connected with its first lining-32 to the cathode-33 of the first diode-30, and its second lining-34 to the second terminal-11 of the first managed key-7;

- второй диод-35 (первый отсекающий диод), подсоединенный своим катодом-36 к первому выводу-10 индуктивной нагрузки -9 и своим анодом-37 к отрицательному выходу-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- the second diode-35 (first clipping diode) connected by its cathode-36 to the first output-10 of the inductive load -9 and its anode-37 to the negative output-6 of the high-voltage source-1 constant voltage;

- третий диод-38 (второй отсекающий диод), подсоединенный своим анодом-39 к второму выводу-14 индуктивной нагрузки-9 и своим катодом-40 к положительному выходу-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения;- the third diode-38 (second clipping diode) connected by its anode-39 to the second output-14 of the inductive load-9 and its cathode-40 to the positive output-4 of the high-voltage source-1 constant voltage;

- первый (основной) управляемый переключатель-41, подключенный своим первым входом-42 к первой обкладке-32 второго конденсатора-31, своим вторым входом-43 к второй обкладке-34 второго конденсатора-31, своим выходом-44 к управляющему входу-45 первого управляемого ключа-7 (к затвору МОП-транзистора) и своим управляющим входом-46 к выходу-22 генератора импульсов-21 прямоугольной формы;- the first (main) controlled switch-41, connected by its first input-42 to the first cover-32 of the second capacitor-31, by its second input-43 to the second cover-34 of the second capacitor-31, by its output-44 to the control input-45 the first controlled key-7 (to the gate of the MOS transistor) and its control input-46 to the output-22 of the pulse generator-21 of a rectangular shape;

- второй (дополнительный) управляемый переключатель-47, подсоединенный одним своим (первым) входом-48 к отрицательному выходу-20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения, своим вторым входом-51 к положительному выходу-29 низковольтного источника-19 постоянного напряжения, а своим выходом-49 подсоединенный к аноду-50 первого диода-30;- the second (optional) controlled switch-47 connected by one of its (first) input-48 to the negative output-20 of the low-voltage source-19 of constant voltage, its second input-51 to the positive output-29 of the low-voltage source-19 of constant voltage, and its output-49 connected to the anode-50 of the first diode-30;

- преобразователь-52 длительности импульсов прямоугольной формы, подсоединенный своим входом-53 к выходу-22 генератора-21 импульсов прямоугольной формы, своим выходом-54 к управляющему входу-55 второго (дополнительного) управляемого переключателя-47, а своими входами питания-56,-57 к соответствующим выходам-29, -20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения.- Converter-52 pulse duration of a rectangular shape, connected by its input-53 to the output-22 of the generator-21 pulses of a rectangular shape, its output-54 to the control input-55 of the second (additional) controlled switch-47, and its power inputs-56, -57 to the corresponding outputs-29, -20 low-voltage source-19 constant voltage.

Представленные на фиг. 2 временные диаграммы напряжений, действующих в устройстве, отображают:Presented in FIG. 2 time diagrams of the voltages acting in the device display:

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

2б) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи и периодом повторения Т на выходе-22 управляемого генератора-21 импульсов прямоугольной формы;2b) control pulses of a rectangular shape with a predetermined duration τi and a repetition period T at the output-22 of a controlled generator-21 pulses of a rectangular shape;

2в) управляющие импульсы прямоугольной формы на входе-26 второго управляемого ключа-12 (на затворе "МОП"-транзистора);2c) rectangular control pulses at the input-26 of the second controlled key-12 (on the shutter of the "MOS" transistor);

2г) импульсное напряжение на втором выводе-11 первого управляемого ключа-7 (на истоке "МОП"-транзистора);2d) the pulse voltage at the second terminal-11 of the first managed key-7 (at the source of the "MOS" transistor);

2д) импульсное напряжение на первом выводе-13 второго управляемого ключа-12 (на стоке "МОП"-транзистора);2e) the pulse voltage at the first output-13 of the second managed key-12 (at the drain of the "MOS" transistor);

2е) преобразованные (дополнительные) импульсы прямоугольной формы длительностью τпр на выходе-54 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-52, причем Δτ>τдиода, где2e) converted (additional) pulses of a rectangular shape with a duration of τpr at the output-54 of a converter of a pulse duration of a rectangular shape-52, with Δτ> τ of a diode, where

Δτ - величина защитного временного интервала, обеспечивающего упреждающее замыкание анода-50 первого диода-30 на отрицательный выход-20 низковольтного источника постоянного напряжения-19,Δτ is the value of the protective time interval, which provides a proactive circuit of the anode-50 of the first diode-30 to the negative output-20 of the low-voltage constant voltage source-19,

τдиода - время переключения высоковольтного диода-30;diode - switching time of the high-voltage diode-30;

2ж) последовательность состояний первого диода-30: «Диод открыт» - «τдиода (время переключения диода)» - «Диод закрыт».2g) the sequence of states of the first diode-30: “The diode is open” - “τ of the diode (diode switching time)” - “The diode is closed”.

На диаграмме 2ж) также условно показан момент возможного возникновения импульсной помехи, которая присутствует в аналогичных технических решениях, но отсутствует в предлагаемом техническом решении.Diagram 2g) also conditionally shows the moment of possible occurrence of impulse noise, which is present in similar technical solutions, but is absent in the proposed technical solution.

Предлагаемое устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения работает следующим образом.The proposed device for producing a high voltage pulse voltage operates as follows.

При наличии постоянного напряжения на входах питания-27 и -28 генератора-21 прямоугольных импульсов, которое поступает с выводов-29, -20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения, указанный генератор-21 прямоугольных импульсов вырабатывает импульсы прямоугольной формы длительностью τи с периодом повторения Т (см. временную диаграмму фиг. 2б).If there is a constant voltage at the power inputs-27 and -28 of the rectangular pulse generator-21, which comes from the terminals-29, -20 of the low-voltage constant voltage source-19, the specified rectangular pulse generator-21 generates rectangular pulses of duration τand with a repetition period T (see the timing diagram of Fig. 2b).

Далее импульсы прямоугольной формы длительностью τи с выхода-22 генератора-21 импульсов прямоугольной формы через буферный согласующий каскад-24 (вход-23 и выход-25) поступают на управляющий вход-26 второго управляемого ключа-12 (на затвор его "МОП"-транзистора, см. временную диаграмму фиг. 2в), в результате чего второй управляемый ключ-12 замыкается.Next, rectangular pulses of duration τand from the output-22 of the generator-21 of the rectangular pulses through the buffer matching cascade-24 (input-23 and output-25) are fed to control input-26 of the second managed key-12 (to shutter it "MOS" - transistor, see the timing diagram of Fig. 2B), resulting in a second controlled key-12 is closed.

Одновременно импульсы прямоугольной формы длительностью τи с выхода-22 генератора-21 импульсов прямоугольной формы поступают на управляющий вход-46 первого управляемого переключателя-41, в результате чего на управляющий вход-45 первого управляемого ключа-7 (на затвор его "МОП"-транзистора) с второго конденсатора-31 (конденсатора вольтодобавки) поступает потенциал, превышающий потенциал второго вывода-11 первого управляемого ключа-7 (истока "МОП"-транзистора) на величину, приблизительно равную выходному напряжению низковольтного источника-19 постоянного напряжения.At the same time, rectangular pulses of duration τand from the output-22 of the generator-21 of rectangular pulses are fed to control input-46 of the first controlled switch-41, resulting in control input-45 of the first controlled switch-7 (to the gate of its "MOS" transistor ) from the second capacitor-31 (boost capacitor), a potential exceeds the potential of the second terminal-11 of the first controlled switch-7 (source of the "MOS" transistor) by an amount approximately equal to the output voltage of the low-voltage source-19 toyannogo voltage.

Поступление указанного потенциала замыкает первый управляемый ключ-7 практически одновременно с вторым управляемым ключом-12 (см. временную диаграмму фиг. 2г), благодаря чему через индуктивную нагрузку-9 начинает течь ток по цепи: положительный выход-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения - замкнутый первый управляемый ключ-7 - индуктивная нагрузка-9 - замкнутый второй управляемый ключ-12 - ограничительный резистор-15 - отрицательный выход-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения.The arrival of this potential closes the first controlled switch-7 almost simultaneously with the second controlled switch-12 (see the timing diagram of Fig. 2d), due to which the current begins to flow through the inductive load-9 through the circuit: positive output-4 of the high-voltage source-1 constant voltage - closed first controlled key-7 - inductive load-9 - closed second controlled key-12 - limiting resistor-15 - negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage.

Замыкание обоих управляемых ключей-7 и -12 приводит к тому, что потенциал первого вывода-10 индуктивной нагрузки-9 становится практически равным потенциалу положительного выхода-4 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (поскольку сопротивление замкнутого первого управляемого ключа-7 незначительно и падение напряжения на нем также незначительно), а потенциал второго вывода-14 индуктивной нагрузки-9 становится практически равным потенциалу отрицательного выхода-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (поскольку сопротивление замкнутого второго управляемого ключа-12 и ограничительного резистора-15 незначительны, и падение напряжения на них также незначительно). Таким образом, разность потенциалов между выводами-10 и -14 индуктивной нагрузки-9 становится близкой к выходному напряжению высоковольтного источника-1 постоянного напряжения. В индуктивной нагрузке-9 в это время происходит накопление энергии (прямой ход, см. временную диаграмму фиг. 2в).The closure of both controlled keys-7 and -12 leads to the fact that the potential of the first output-10 of the inductive load-9 becomes almost equal to the potential of the positive output-4 of the high-voltage source-1 constant voltage (since the resistance of the closed first controlled key-7 is negligible and the voltage drop it is also insignificant), and the potential of the second output-14 of the inductive load-9 becomes almost equal to the potential of the negative output-6 of the high-voltage source-1 of a constant voltage (since the rotation of the closed second controlled key-12 and the limiting resistor-15 is insignificant, and the voltage drop across them is also insignificant). Thus, the potential difference between the terminals-10 and -14 of the inductive load-9 becomes close to the output voltage of the high-voltage source-1 constant voltage. In inductive load-9, energy accumulation occurs at this time (forward stroke, see the time diagram of Fig. 2c).

После окончания прямоугольного импульса длительностью τи, поступающего на управляющий вход-45 первого управляемого ключа-7 (на затвор его МОП-транзистора) и через буферный согласующий каскад -24 на управляющий вход-26 второго управляемого ключа-12 (на затвор его МОП-транзистора), оба управляемых ключа-7 и -12 переходят в разомкнутое состояние (обратный ход, см. временную диаграмму фиг. 2в). В этот момент разность потенциалов между выводами-10 и -14 индуктивной нагрузки-9 меняет свой знак, появляется импульсное напряжение на первом выводе-13 второго управляемого ключа-12 (на стоке "МОП"-транзистора, см. временную диаграмму фиг. 2д), в индуктивной нагрузке-9 возникает ЭДС самоиндукции, и накопленная энергия передается в полезную нагрузку (на функциональной схеме фиг. 1 условно не показана). Таким образом, происходит преобразование постоянного напряжения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения (см. временную диаграмму фиг. 2а) в высоковольтное импульсное напряжение.After a rectangular pulse of duration τi arriving at control input-45 of the first managed key-7 (to the gate of its MOS transistor) and through the matching buffer cascade -24 to control input-26 of the second managed key-12 (to the gate of its MOS transistor ), both managed keys-7 and -12 go into an open state (reverse, see the timing diagram of Fig. 2B). At this moment, the potential difference between the terminals-10 and -14 of the inductive load-9 changes its sign, an impulse voltage appears on the first terminal-13 of the second controlled switch-12 (on the drain of the "MOS" transistor, see the timing diagram of Fig. 2e) , in the inductive load-9 there is an EMF of self-induction, and the accumulated energy is transferred to the payload (not shown conventionally in the functional diagram of Fig. 1). Thus, the direct voltage of the high-voltage source-1 constant voltage is converted (see the timing diagram of FIG. 2a) to a high-voltage pulse voltage.

При размыкании первого-7 и второго-12 управляемых ключей из-за наличия ЭДС самоиндукции возникает высоковольтное напряжение между выводами -10 и -14 индуктивной нагрузки-9. Как только это высоковольтное напряжение превысит величину выходного напряжения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения, открываются второй диод-35 (первый отсекающий диод), и третий диод-38 (второй отсекающий диод), через которые начинает течь ток по цепи; отрицательный выход-6 высоковольтного источника-1 постоянного напряжения - второй диод-35 (первый отсекающий диод) - индуктивная нагрузка-9 - третий диод-38 (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-12 keys are opened, due to the presence of EMF self-induction, a high-voltage voltage arises between the terminals -10 and -14 of the inductive load-9. As soon as this high-voltage voltage exceeds the output voltage of the high-voltage source-1 constant voltage, the second diode-35 (the first cut-off diode), and the third diode-38 (the second cut-off diode), through which the current begins to flow through the circuit, open; negative output-6 of high-voltage source-1 constant voltage - second diode-35 (first cut-off diode) - inductive load-9 - third diode-38 (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).

Прямоугольные импульсы длительностью τи с выхода-22 генератора-21 прямоугольных импульсов, кроме обеспечения замыкания обоих управляемых ключей-7 и -12, поступают также на управляющий вход-53 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-52, который формирует на своем выходе-54 преобразованный дополнительный импульс прямоугольной формы длительностью τпр (см, временную диаграмму фиг. 2е), поступающий на управляющий вход-55 второго (дополнительного) управляемого переключателя-47.Rectangular pulses of duration τ and from the output-22 of the generator-21 of rectangular pulses, in addition to ensuring the closure of both controlled keys-7 and -12, also go to the control input-53 of the pulse-width converter of the rectangular shape-52, which forms an additional converted at its output-54 a rectangular pulse of duration τpr (see, the timing diagram of Fig. 2e), arriving at control input-55 of the second (additional) controlled switch-47.

Под воздействием указанного импульса длительностью τпр второй (дополнительный) управляемый переключатель-47 подключает к своему выходу-49 (соединенному с анодом-50 первого диода-30) свой второй вход-51 (соединенный с положительным выходом-29 низковольтного источника-19 постоянного напряжения). В результате между обкладками-32 и -34 второго конденсатора-31 вольтодобавки формируется напряжение, близкое по величине к выходному напряжению низковольтного источника-19 постоянного напряжения.Under the influence of the specified pulse of duration τpr, the second (additional) controlled switch-47 connects its second input-51 (connected to the positive output-29 of the low-voltage source-19 constant voltage) to its output-49 (connected to the anode-50 of the first diode-30) . As a result, a voltage close to the output voltage of the low-voltage constant voltage source-19 is formed between the plates-32 and -34 of the second capacitor-31 of the voltage boost.

При этом, в момент начального включения высоковольтного источника-1 постоянного напряжения и низковольтного источника-19 постоянного напряжения, второй конденсатор-31 вольтодобавки разряжен, первый управляемый ключ-7 постоянно разомкнут, а второй управляемый ключ-12 периодически замыкается прямоугольными импульсами длительностью τи, поступающими на его управляющий вход-26 с выхода-22 генератора-21 прямоугольных импульсов через буферный согласующий каскад-24. В данном режиме ток заряда второго конденсатора-31 вольтодобавки течет по цепи: положительный выход-29 низковольтного источника-19 постоянного напряжения - второй управляемый переключатель-47 - первый диод-30 вольтодобавки - второй конденсатор-31 вольтодобавки - индуктивная нагрузка-9 - замкнутый второй управляемый ключ-12 - ограничительный резистор-15 - отрицательный выход-20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения.At the same time, at the time of the initial switching on of the high-voltage source-1 constant voltage and low-voltage source-19 constant voltage, the second capacitor-31 voltage boost is discharged, the first controlled switch-7 is constantly open, and the second controlled switch-12 is periodically closed by rectangular pulses of duration τand received to its control input-26 from output-22 of generator-21 of rectangular pulses through a buffer matching cascade-24. In this mode, the charge current of the second capacitor-31 of the voltage boost flows through the circuit: positive output-29 of the low-voltage source-19 of the constant voltage - the second controlled switch-47 - the first diode-30 of the voltage boost - the second capacitor-31 of the voltage boost - inductive load-9 - the closed second controlled key-12 - limiting resistor-15 - negative output-20 low-voltage source-19 constant voltage.

С другой стороны, в стационарном режиме работы (когда оба управляемых ключа -7 и -12 практически одновременно замыкаются на время действия основного прямоугольного импульса длительностью τи и размыкаются на время его отсутствия) происходит подзаряд второго конденсатора-31 вольтодобавки (и, следовательно, восстановление напряжения между его обкладками- 32 и -34). Этот процесс происходит во время обратного хода (см. временную диаграмму фиг. 2в), благодаря протеканию тока заряда второго конденсатора-31 вольтодобавки по цепи: положительный выход-29 низковольтного источника-19 постоянного напряжения - второй управляемый переключатель-47 - первый диод-30 вольтодобавки - второй конденсатор-31 вольтодобавки - первый отсекающий диод -35 (который во время обратного хода открыт, как указывалось выше) - отрицательный выход-20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения. Тем самым второй конденсатор-31 вольтодобавки в стационарном режиме работы все время подзаряжается до напряжения, близкого по величине к выходному напряжению низковольтного источника-19 постоянного напряжения. Что создает условия для открывания первого управляемого ключа-7 в следующем периоде Т, как это было описано ранее.On the other hand, in the stationary mode of operation (when both controlled keys -7 and -12 are almost simultaneously closed for the duration of the main rectangular pulse of duration τand open for the duration of its absence), the second capacitor-31 of the voltage boost is recharged (and, therefore, the voltage is restored between its plates - 32 and -34). This process occurs during the return stroke (see the time diagram of Fig. 2c), due to the flow of the charge current of the second capacitor-31 of the voltage boost through the circuit: positive output-29 of the low-voltage source-19 of the constant voltage - the second controlled switch-47 - the first diode-30 voltage boost - the second capacitor-31 voltage boost - the first cut-off diode -35 (which is open during the reverse stroke, as mentioned above) - negative output-20 of low-voltage source-19 constant voltage. Thus, the second capacitor-31 of the voltage boost in the stationary mode of operation is constantly recharged to a voltage close to the output voltage of the low-voltage source-19 constant voltage. Which creates the conditions for opening the first managed key-7 in the next period T, as described previously.

После окончания управляющего импульса длительностью τпр (см. временную диаграмму фиг 2е) на управляющем входе-55 второго (дополнительного) управляемого переключателя-47, указанный переключатель-47 подключает к своему выходу-49 (соединенному с анодом-50 первого диода-30 вольтодобавки) свой первый вход-48 (соединенный с отрицательным выходом-20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения).After the end of the control pulse of duration τpr (see the timing diagram of FIG. 2e) at the control input-55 of the second (additional) controlled switch-47, the specified switch-47 connects to its output-49 (connected to the anode-50 of the first diode-30 of the voltage boost) its first input-48 (connected to the negative output-20 of a low-voltage source-19 constant voltage).

В результате первый диод-30 вольтодобавки закрывается, поскольку потенциал второй обкладки-34 второго конденсатора-31 вольтодобавки в это время близок к потенциалу отрицательного выхода-20 низковольтного источника-19 постоянного напряжения, а напряжение между его обкладками-32 и -34 примерно равно выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения-19. То есть к катоду-33 первого диода-30 вольтодобавки приложено напряжение, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения-19, а его анод-50 оказывается соединенным с отрицательным выходом-20 низковольтного источника постоянного напряжения-19, следовательно, диод включен в обратном направлении. Причем из-за инерционности процессов в первом диоде-30 вольтодобавки его закрывание происходит в течение интервала времени τдиода, см. временную диаграмму фиг. 2ж).As a result, the first diode-30 of the voltage boost is closed, since the potential of the second plate-34 of the second capacitor-31 of the voltage boost at this time is close to the potential of the negative output-20 of the low-voltage source-19 of a constant voltage, and the voltage between its plates-32 and -34 is approximately equal to the output voltage of a low voltage source of constant voltage-19. That is, a voltage close to the output voltage of the low-voltage constant-voltage source-19 is applied to the cathode-33 of the first diode-30 of the voltage-boosting voltage, and its anode-50 is connected to the negative output-20 of the low-voltage constant-voltage source-19, therefore, the diode is turned on in the reverse direction. Moreover, due to the inertia of the processes in the first diode-30 of the voltage boost, it closes during the time interval of the diode, see the time diagram of FIG. 2g).

Задний фронт преобразованного дополнительного импульса прямоугольной формы длительностью τпр (см. временную диаграмму фиг. 2е) на выходе-54 преобразователя-52 длительности импульсов прямоугольной формы опережает начало управляющего импульса длительностью τи на выходе-22 генератора-21 прямоугольных импульсов на величину Δτ> τдиода, поэтому к моменту появления высоковольтного импульсного напряжения на втором выводе-11 первого управляемого ключа-7 (на истоке его "МОП"-транзистора, см. временную диаграмму фиг. 2г) первый диод-30 вольтодобавки окажется надежно закрытым (см. временную диаграмму фиг. 2ж).The trailing edge of the converted additional rectangular pulse of duration τpr (see the timing diagram of Fig. 2e) at the output-54 of the converter-52 of the pulse width of the rectangular shape is ahead of the start of the control pulse of duration τand the output-22 of the generator-21 of rectangular pulses by the value Δτ> τ of the diode, therefore, by the time of the appearance of the high-voltage pulse voltage at the second terminal-11 of the first controlled switch-7 (at the source of its "MOS" transistor, see the timing diagram of Fig. 2d), the first diode-30 of the voltage boost of the eye etsya securely closed (see. the timing chart of FIG. 2g).

Следовательно, в момент появления высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке-9, в предлагаемом к патентованию устройстве для получения высоковольтного импульсного напряжения не возникает бросок импульсного тока через неполностью закрытый первый диод-30 вольтодобавки, а в известных устройствах аналогичного назначения этот бросок импульсного тока имеет место.Therefore, at the time of the appearance of the high-voltage pulse voltage in the inductive load-9, in the patented device for producing a high-voltage pulse voltage does not surge in the pulse current through the incompletely closed first diode-30 voltage boost, and in known devices of a similar purpose this surge of pulse current takes place .

Таким образом, предлагаемое к патентованию устройство выполняет те же функции, что и устройство-прототип, отличаясь от него пониженным уровнем помех, излучаемых в окружающее пространство.Thus, the device proposed for patenting performs the same functions as the prototype device, differing from it in a reduced level of interference radiated into the surrounding space.

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, генератор-21 импульсов прямоугольной формы может быть выполнен с использованием микросхемы, выполняющей функции широтно-импульсного модулятора (например, А7985А), или же с использованием микросхемы, выполняющей функции частотно-импульсного модулятора (например, FAN-6300H), или по любой другой схеме, обеспечивающей формирование импульсов прямоугольной формы.For example, a rectangular-shaped pulse generator 21 can be performed using a microcircuit acting as a pulse-width modulator (for example, A7985A), or using a microcircuit acting as a frequency-pulse modulator (for example, FAN-6300H), or any another scheme that provides the formation of rectangular pulses.

Транзисторы первого-7 и второго-12 управляемых ключей могут быть (и вместе, и каждый в отдельности) и МОП-транзистором, и БТИЗ-транзистором; сам ключ может содержать дополнительные схемы, повышающие качество его работы.The transistors of the first-7 and second-12 managed keys can be (both together and each separately) both a MOS transistor and an IGBT transistor; the key itself may contain additional schemes that increase the quality of its work.

Индуктивная нагрузка-9, выполненная в виде обмотки на магнитопроводе, может представлять собой:Inductive load-9, made in the form of a winding on the magnetic circuit, can be:

- либо первичную обмотку трансформатора, к вторичной обмотке которого, например, может быть подсоединен выпрямитель,- either the primary winding of the transformer, to the secondary winding of which, for example, a rectifier can be connected,

- либо обмотку электромагнита, преобразующего импульсы в индуктивной нагрузке в механическое перемещение якоря электромагнита,- either the winding of an electromagnet that converts pulses in an inductive load into the mechanical movement of the armature of an electromagnet

- либо любую другую индуктивность, передающую мощность в оконечное устройство.- or any other inductance transmitting power to the terminal device.

В качестве отсекающих диодов-35 и -38 могут быть использованы любые другие устройства с односторонней проводимостью, например, управляемые МОП-транзисторы, или управляемые БТИЗ-транзисторы и т.п.Any other devices with one-sided conductivity, for example, controlled MOS transistors, or controlled IGBT transistors, etc., can be used as cut-off diodes-35 and -38.

Буферный согласующий каскад-24, выполняющий функции согласования моментов подачи управляющих импульсов, поступающих на входы первого-7 и второго-12 управляемых ключей, может быть выполнен, например, в виде последовательного соединения схемы задержки и усилителя, а может вообще отсутствовать.The buffer matching cascade-24, which performs the functions of matching the moments of supply of control pulses arriving at the inputs of the first-7 and second-12 controlled keys, can be performed, for example, in the form of a serial connection of a delay circuit and an amplifier, or it may be absent altogether.

Все остальные элементы, входящие в состав устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения, широко известны и опубликованы в общедоступных источниках информации по импульсной технике и радиоэлектронике.All other elements that make up the device for producing high-voltage pulse voltage are widely known and published in publicly available sources of information on pulse technology and radio electronics.

Claims

A device for producing a high voltage pulsed voltage comprising a high voltage constant voltage source, a first capacitor connected by its first lining to the positive output of the high voltage constant voltage source, and by its second lining to the negative output of the high voltage constant voltage source, the first controllable key connected by its first terminal to positive the output of a high-voltage constant voltage source, inductive load connected to the 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, the limiting resistor connected by one of its output to the second output of the second managed key, and by its other output to the negative output of the high voltage constant voltage source, low voltage constant voltage source connected by its negative output to the negative output of high voltage constant voltage source, gene a rectangular pulse pulser connected via its output through a buffer matching stage to the control input of the second controlled key and its supply inputs to the corresponding outputs of the low-voltage constant voltage source, the first diode, the second capacitor connected by its first lining to the cathode of the first diode, and its second lining to to the second terminal of the first controlled key, the second diode connected by its cathode to the first terminal of the inductive load and by its anode to the negative output a DC voltage source, a third diode connected by its anode to the second terminal of the inductive load and its cathode to the positive output of the high voltage DC source, a controlled switch connected by its first input to the first lining of the second capacitor, its second input to the second lining of the second capacitor, its the output to the control input of the first managed key and its control input to the output of the rectangular pulse generator, characterized in the device for producing a high voltage pulse voltage is equipped with a second controlled switch and a pulse width converter of rectangular shape, which is connected by its input to the output of a rectangular pulse generator, and by its output to a control input of a second controlled switch connected by its first input to the negative output of a low voltage constant voltage source , by its second input to the positive output of a low-voltage constant voltage source and its output to the anode of the first diode.