SU930603A1

SU930603A1 - Square-wave pulse generator

Info

Publication number: SU930603A1
Application number: SU802944138A
Authority: SU
Inventors: Владимир Леонидович Ломакин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7797
Priority date: 1980-06-24
Filing date: 1980-06-24
Publication date: 1982-05-23

Description

(54) ГЕНЕРАТОР ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ИМПУЛЬСОВ(54) GENERATOR OF RECTANGULAR PULSES

Изобретение относитс к импульсной технике , в частности к генераторам пр моугольник импульсов, преимущественно большой мощности, с частичным разр дом емкостного, накопител энергии через ключевой элемент (тиратрон, тиристор), коммутирующий ток в нагрузку.The invention relates to a pulse technique, in particular, to a rectangle of impulse generators, mainly of high power, with partial discharge of capacitive energy storage through a key element (thyratron, thyristor), switching current into the load.

Генератор может найти широкое применение в промышленных и в исследовательских установках (ускорител х зар женных частиц, квантовых генераторах, установках дл термо дерных исследований и т. П;) дл получени мощных импульсов напр жени и тока с регулируемой длительностью импульсов в широких пределах .The generator can be widely used in industrial and research facilities (charged particle accelerators, quantum generators, thermo nuclear research facilities, and so on;) to produce powerful voltage and current pulses with adjustable pulse widths over a wide range.

Известны генераторы пр моугольных импульсов с частичным разр дом емкостного накопител энергии через, первый ключ и дроссель, в которых выключение первого ключа осуществл етс с помощью цепи, содержащей последовательно соединенные второй ключ и конденсатор, вклк ченный между анодом первого ключа н общей шиной .Known rectangular pulse generators with partial discharges of a capacitive energy storage device are known through the first switch and the choke, in which the first switch is switched off using a circuit containing a series-connected second switch and a capacitor connected between the anode of the first switch and the common bus.

Недостатками данных генераторов вл ютс большие перенапр жени , возникающие на конденсаторе и, как следствие этого; значительные затраты энергии на выключение первого ключа.The disadvantages of these generators are the large overvoltages arising on the capacitor and, as a consequence of this; significant energy costs to turn off the first key.

Известен генератор пр моугольных импульсов, содержа.щий емкостный накопитель энергии, соединенный одним выво10 дом с общей щиной, другим выводом через дроссель - с анодом первого ключа, -катод которого через нагрузку соединен с общей шиной, а управл ющий элект род - с входом блока регулируемой за15 держки, второй ключ, катод которого . соединен с общей шиной, анод через первый конденсатор с анодом пе.рвого ключа, а управл ющий электрод - с выходом блока регулируемой задержки, ис-. A known generator of rectangular pulses, containing a capacitive energy storage device, is connected by one pin with a common thickness, the other output through a choke - to the anode of the first key, - whose cathode is connected to a common bus through a load, and the control electrode is connected to the block input Adjustable holder, second key, the cathode of which. connected to the common busbar, the anode through the first capacitor with the anode of the primary key, and the control electrode to the output of the adjustable delay unit, is-.

20 точник посто нного напр жени , подклк ченный через первый резистор параллельно первтэму конденсатору, положительным лолюсом к аноду второго ключа, третий ключ, соединенный катодом с общей шиной , анодом через второй конденсатор, шунтированный вторым резистором, с анодом первого ключа, а управл ющим электродом - с выходом источника пусковых импульсов, линию задержки, вклю ченную между управл ющими электродами первого и третьего ключа 2 , В указанном генераторе третий ключ и второй конденсатор служат дл умень щени длительности фронта импульса, а в рой ключ и первый конденсатор - дл вьпсл чени первого ключа. При этом, .второй ко денсатор зар жаетс до напр жени на копител , а первый кодненсатор - до напр жени , более чем вдвое превышающего напр жение на накопителе и воздействующего на первый ключ в пр мом направлении. Однако в паузах между импульсами, формируемыми в нагрузке, энергии втог рого и первого конденсаторов, пропорциональные квадратам напр жений на них рассеиваютс , соответственно, во второ и первом резисторах, существенно снижа тем самым КПД генератора. Целью изобретени вл етс увеличение КПД генератора и снижение перенапр жений , воздействующих на первый ключ. Дл этой пели в генератор пр моуголь ных импульсов, содержащий емкостный накопитель энергии, соединенный одним , выводом с общей шиной, другим выводом - с началом обмотки дроссел , конец которой соединен с анодом первого ключа, катодом соединенного через нагрузку с общей щиной, а управл ющим электродом - с входом блока регулируе мой задержки, второй ключ, соединенны катодом с общей шиной, а управл ющим электродом - с выходом блока регулиру мой задержки, конденсатор, резистор, третий ключ, соединенный управл ющим электродом с источником пусковых импульсов , линию задержки, включенную между управл ющими электродами первого и третьего ключей, дополнительно введены диод и втора обмотка дроссел , с числом витков меньшим, чем у первой обмотки, причем анод диода через резистор соединен с общей шиной, а катод соединен с катодом третьего ключа и через конденсатор - с общей ш ной, анод третьего ключа соединенс анодом первого ключа, а к точке соединени катода третьего ключа с катодом диода подсоединено начало второй обмот ки дроссел , конец которой соединен-с анодом второго ключа. На чертеже представлена принципиальна электрическа схема генератора. Генератор содержит емкостный накопитель 1 энергии, дроссель 2 с обмотками первой 3 и второй 4 (начала обмоток отмечены точками), первый ключ 5, подключенный управл ющим электродом ко входу блока 6 регулируемой задержки импульсов, нагрузку 7, второй ключ 8, подключенный управл ющим электродом к выходу блока 6, регулируемой задержки, конденсатор 9, шунтированный резистором 1.0 и диодом 11, третий ключ 12, источник 13 пусковых импульсов, линию 14 задержки. Генератор работает следующим образом . Первым от источника 13 включаетс ключ 12 и начинаетс зар дка конденсатора 9 через первую обмотку 3 дроссел 2 от накопител 1, зар женного до напр жени Е. Через врем , равное tj, ,5ii ifuC где L - индуктивность обмотки 3 дроссел 2 ; С - емкость конденсатора 9, когда напр жение на конденсаторе 9 достигнет величины Е , на управл ющий электрод ключа 5 поступает пусковой импульс источника 13, задержанный линией 14 задержки на врем to и включает ключ 5, При выполнении услови R j , где R величина сопротивлени нагрузки 7, ток обмотки 3 дроссел 2 полностью перехватываетс цепью нагрузки 7, и в нагрузке начинает формироватьс импульс с крутым фронтом и пр моугольным переходом к вершине импульса. При этом зар дка конденсатора 9 прекращаетс и ключ 12 вьпслючаетс . Через врем , равное требуемой длительности импульса, в нагрузке 7 и устанавливаемое с помощью блока 6, включаетс ключ 8 и через него и вторую обмотку 4 дроссел 2 начинаетс разр д 1сонденсатора 9, зар женного до напр жени Е . Так как число витков обмотки 4 меньше числа витков обмотки 3, на последней возникает напр жение больше Е и, ввиду того, что оно направлено навстречу напр жению на накопителе 1, на ключе 5 образуетс обратное напр жение, вызывающее его выключение. В процессе разр да конденсатора 9 его энерги переходит в энергшо магнитного пол дроссел 2. После полного разр да конденсатора 9 начинаетс его перезар дка с обратной пол рностью напр жени , которое снимаетс 20 constant voltage source connected through the first resistor parallel to the first capacitor, positive lolyus to the anode of the second key, third switch connected to the common busbar by the cathode, anode through the second capacitor to the first switch anode, and control electrode - with the output of the source of starting pulses, the delay line included between the control electrodes of the first and third key 2, In the specified generator, the third key and the second capacitor serve to reduce the duration of the front pulse and a swarm key and the first capacitor - for vpsl Cheney first key. In this case, the second capacitor is charged to the voltage of the accumulator, and the first sensor is charged to a voltage more than twice the voltage on the storage device and acting on the first switch in the forward direction. However, in the pauses between the pulses generated in the load, the energy of the downstream and first capacitors proportional to the squares of the voltages on them is dissipated, respectively, in the second and first resistors, thereby significantly reducing the efficiency of the generator. The aim of the invention is to increase the generator efficiency and reduce the overvoltages acting on the first switch. For this, a square pulse generator containing a capacitive energy storage device connected to one output terminal with a common bus and another output to the beginning of a winding of a choke, the end of which is connected to the anode of the first key, the cathode connected through a load with a common thickness, and the control the electrode is connected to the input of the adjustable delay unit, the second switch is connected to the common busbar by the cathode, and the control electrode to the output of the adjustable delay switch block, a capacitor, a resistor, a third switch connected to the control electrode The delay line connected between the control electrodes of the first and third switches was additionally introduced by a diode and a second winding of a droselsel with fewer turns than the first winding, the anode of the diode being connected to a common bus through a resistor, and the cathode of the third the key and through the capacitor - with the common bus; the anode of the third key is connected with the anode of the first key; The drawing shows the principal electrical circuit of the generator. The generator contains a capacitive energy store 1, a choke 2 with the windings of the first 3 and second 4 (the beginnings of the windings are marked with dots), the first switch 5 connected by a control electrode to the input of the adjustable delay unit 6, the load 7, the second switch 8 connected by a control electrode to the output of block 6, adjustable delay, capacitor 9, shunted by resistor 1.0 and diode 11, third switch 12, source 13 trigger pulses, delay line 14. The generator works as follows. Key 12 is turned on first from source 13 and capacitor 9 starts charging through the first winding 3 droplets 2 from accumulator 1 charged to voltage E. After a time equal to tj,, 5ii ifuC where L is the winding inductance 3 drossels 2; C is the capacitance of the capacitor 9 when the voltage on the capacitor 9 reaches the value E, the control electrode of the switch 5 receives the starting impulse of the source 13 delayed by the delay line 14 for the time to and turns on the switch 5 When the condition R j is satisfied, where R is the resistance load 7, the winding current 3 of the throttles 2 is completely intercepted by the load circuit 7, and a pulse begins to form in the load with a steep front and a rectangular transition to the top of the pulse. In this case, the charging of the capacitor 9 is stopped and the switch 12 is switched off. After a time equal to the required pulse duration in the load 7 and set with the help of block 6, the key 8 is turned on and through it and the second winding 4 of the throttle 2 the discharge of the first capacitor 9 charged to the voltage E. begins. Since the number of turns of the winding 4 is less than the number of turns of the winding 3, a voltage greater than E occurs at the latter and, since it is directed towards the voltage on drive 1, the reverse voltage is generated on key 5 causing it to turn off. In the course of the discharge of the capacitor 9, its energy is transferred to the energy of the magnetic field of throttles 2. After the full discharge of the capacitor 9, it begins to recharge with reverse polarity, which is removed

цепью: резистор 10, диод 11, и, таким образом, энерги дроссел рассеиваетс в резисторе 10. Чем меньше величина сопротивлени этого резистора, тем меньше напр жение обратной пол рности возникает на конденсаторе 9, которое трансформируетс Б обмотку 3 дроссел 2 и, складыва сь с напр жением накопител , воздействует на ключ 5 в пр мом направлении . К началу следующего цикла работы генератора конденсатор 9 полностью разр жен.circuit: resistor 10, diode 11, and thus the energy of the drossel is dissipated in the resistor 10. The smaller the resistance value of this resistor, the less the reverse polarity voltage occurs on the capacitor 9, which is transformed B winding 3 throttle 2 and, folding with drive voltage, acts on key 5 in the forward direction. By the beginning of the next cycle of the generator, the capacitor 9 is completely discharged.

В известном генераторе перенапр жени могут достигать 3 -3,5 Е, в предложенном же генераторе, как показьшают расчеты, они могут не превышать 1,1 Е, т. е. практически отсутствовать. В мощных генераторах, выполненных по схеме известного, КПД получаетс не более 8О%; в аналогичном генераторе, вьшолненном по данной схеме, КПД достигает 92 - 94%,In a well-known generator, overvoltage may reach 3-3.5 E, in the proposed generator, as shown by calculations, they may not exceed 1.1 E, i.e., practically absent. In high-power generators made according to the well-known scheme, the efficiency is no more than 8%; in a similar generator, executed according to this scheme, the efficiency reaches 92 - 94%,

Claims

1.Butakov L. D. Research and development of powerful generators milli. second duration. Dis. on the competition uch. degree, Tomsk, 1967, p. 19-24.

2. USSR author's certificate NO 541269, cl. N OZ K 3/53, 1975 (lrotype).