WO2017192059A1 - Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения - Google Patents

Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения Download PDF

Info

Publication number
WO2017192059A1
WO2017192059A1 PCT/RU2016/000272 RU2016000272W WO2017192059A1 WO 2017192059 A1 WO2017192059 A1 WO 2017192059A1 RU 2016000272 W RU2016000272 W RU 2016000272W WO 2017192059 A1 WO2017192059 A1 WO 2017192059A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output
voltage
voltage source
input
inductive load
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000272
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Юрий Игоревич РОМАНОВ
Станислав Владимирович МАЛЕЦКИЙ
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Драйв" filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Драйв"
Priority to US16/092,517 priority Critical patent/US10361638B2/en
Priority to EP16901112.9A priority patent/EP3454472B1/en
Priority to CN201680085307.3A priority patent/CN109417383B/zh
Priority to PCT/RU2016/000272 priority patent/WO2017192059A1/ru
Priority to RU2018126219A priority patent/RU2703966C1/ru
Priority to JP2018555267A priority patent/JP6684921B1/ja
Publication of WO2017192059A1 publication Critical patent/WO2017192059A1/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
    • H02M3/33523—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters

Definitions

  • 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.
  • a rectangular pulse generator connected by its positive power input to the corresponding output of the low voltage constant voltage source and its negative power input to the corresponding output of the low voltage constant voltage source; - a control circuit connected to its first and second inputs through the first and second delay elements to the output of a rectangular pulse generator;
  • the first capacitor connected by one of its (first) plates to the cathode of the diode and to the positive power input of the control circuit and its other (second) plate to the negative power input of the control circuit and to another terminal of the inductive load;
  • the first controlled key connected by its first (main) terminal to another (second) terminal of the inductive load, by its second terminal to the negative output of the high-voltage constant voltage source and its control input to the first output of the control circuit;
  • inductive load connected by one of its (first) terminals to the positive output of a high-voltage constant voltage source;
  • a low voltage source of constant voltage connected by its negative output to the negative output of a high voltage source of constant voltage;
  • the first controlled key connected by its first (main) terminal to another (second) terminal of the inductive load and its second terminal to the negative output of the high-voltage constant voltage source;
  • the first capacitor connected by one of its (first) plates to the cathode of the diode and its other (second) plate to the second terminal of the inductive load;
  • -inductive load made in the form of a primary winding of a transformer, the secondary winding of which is connected to a rectifier
  • 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
  • the first controlled key connected by its first (main) terminal to another (second) terminal of the inductive load, by its second terminal to the negative output of the high-voltage constant voltage source and its control input to the first output of the control circuit;
  • - inductive load made in the form of a winding on the magnetic circuit and representing, for example, the primary winding of the transformer, the secondary winding of which is connected to the rectifier, and one of the terminals (first) of the inductive load is connected to the positive output of the high-voltage constant voltage source;
  • control circuit connected by its power inputs to the corresponding outputs of the low-voltage constant voltage source
  • the first controlled key connected by its first (main) terminal to another (second) terminal of the inductive load, by its second terminal to the negative output of the high-voltage constant voltage source and its control input to the first output of the control circuit;
  • the first capacitor connected by one of its lining to the first input of the controlled switch, and the other by its lining to the second input of the controlled switch;
  • a second controlled key connected by its control input to the output of the controlled switch, and by its second output to the second output of the inductive load;
  • 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 in particular the diode connected to the first capacitor.
  • 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.
  • a device for producing a high voltage pulse voltage comprising a high voltage constant voltage source, an inductive load (made in the form of a winding on a magnetic circuit and representing, for example, a primary winding of a transformer, the secondary winding of which is connected to the rectifier), and one of the terminals (first) of the inductive load is connected to the positive output of the high-voltage constant voltage source, the low-voltage constant voltage source connected to the negative output of the high-voltage constant voltage source, the control circuit connected to its power inputs to the corresponding outputs of the low-voltage DC voltage source, the first controlled key connected to the first (main) output to the other (second) output of the inductive load, its second output to the negative output of the high-voltage DC voltage source and its control input to the first output of the control circuit, a diode, a controlled switch connected by its first input to the diode cathode, its second the input to the second output of the inductive load and its control input to the second
  • a second controlled switch and a rectangular pulse width converter with their connections allows, during the supply of a rectangular pulse from the first output of the control circuit to the control input of the first controlled key, and simultaneously through a rectangular pulse width converter to the control input of the second controlled switch (which is by the action of the specified rectangular pulse, connects its first input to the positive output of the low source of DC voltage), to implement the process of charging the first capacitor through the circuit: positive low voltage output DC voltage source - the second controlled switch - diode - the first capacitor - an open first controllable switch - the negative terminal of the low-voltage DC voltage source.
  • a voltage is formed on the plates of the first capacitor, which is close to the output voltage of a low-voltage constant voltage source.
  • the voltage between the terminals of the inductive load becomes equal to the potential difference between the positive output of the high-voltage DC voltage source and the first (main) output of the open first controlled key (having practically zero resistance in the open state) and, therefore, close to the output voltage high-voltage source of constant voltage (which means the beginning of the formation of high-voltage pulse voltage in the inductive load).
  • the first controlled key is closed, and the voltage at its first (main) output increases sharply and becomes equal to the sum of the output voltage of the high-voltage constant voltage source and the voltage between the inductive load terminals.
  • the potential difference between the terminals of the inductive load at this moment changes its sign (which means the end of the formation of high-voltage pulse voltage in the inductive load).
  • the pulse duration at the output of the rectangular pulse width converter is selected in such a way that its trailing edge is ahead of the trailing edge of the rectangular pulse arriving at the control input of the first controlled key for some time.
  • 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, thereby ensuring the closed state of the diode, since voltage is applied to the cathode between the plates of the previously charged first capacitor, close to the output voltage of a low voltage constant voltage source.
  • pulsed electromagnetic interference occurs due to the flow of pulsed current through the circuit: the connection point of the first (main) terminal of the first controlled key and the second terminal of the inductive load - the first capacitor is a diode that is closed but not yet closed - the positive output of the low voltage constant voltage source - the negative output of the high voltage constant voltage source - the positive output of the high voltage constant voltage source voltage - inductive load.
  • the above-described pulse current flow circuit breaks in advance due to the pre-emptive closure of the second input of the second controlled switch (and, therefore, the diode anode) to the negative output of the low-voltage constant voltage source.
  • FIG. 1 is a functional diagram of a device for producing a high voltage pulse voltage
  • FIG. 2 presents voltage diagrams explaining the operation of the proposed device to obtain a high voltage pulse voltage.
  • the proposed device for producing a high voltage pulse voltage contains:
  • - inductive load-2 (made in the form of a winding on the magnetic circuit and representing, for example, the primary winding of a transformer -3 on a ferromagnetic core, to the secondary winding of which, for example, a rectifier is connected), and the inductive load-2 is connected by one of its (first) terminals -4 to the positive output-5 of the high-voltage source - 1 constant voltage;
  • the first managed key-6 (made, for example, in the form of a "MOSFET” transistor), connected by its first (main) terminal-7 (drain “MOSFET” of the transistor) to another (second) terminal-8 of inductive load-2 and its second pin-9 to the negative output-10 of a high-voltage source-1 constant voltage, (and between the source of the MOS transistor and the second output of the first managed key-6, a low-resistance resistor-11 can be switched on, limiting the amount of current flowing in the source circuit of the MOS transistor first managed key-6));
  • the first (main) controlled switch-25 connected by its first input-26 to the first lining-21 of the first capacitor-20, and by its second input-27 to the second lining-24 of the first capacitor-20;
  • the second (optional) controlled switch-28 connected by one of its (first) input-29 to the positive output 16 of the low-voltage source-12 constant voltage, its output-30 to anode-31 of diode-22, and its second input-32 to the negative output-13 of a low-voltage source-12 constant voltage;
  • the second controlled key-41 (made, for example, in the form of a "MOSFET” transistor), connected with its first (main) terminal-42 (drain “MOSFET” of the transistor) to another (second) cover-43 of the second capacitor-39, with its second output-44 (the source of the "MOSFET” of the transistor) to the second output-8 of inductive load-2 and its control input-45 to output-46 of the first controllable switch-25;
  • control circuit-14 contains, for example, a rectangular pulse generator-47, a delay element-48 rectangular-shaped pulses and a rectangular pulse converter 49, which is part of the control circuit-14, and the output-50 of the generator -47 rectangular pulses connected to the input-51 of the delay element-48 is simultaneously the first output-18 of the control circuit-14, and the output 52 of the converter-49 of the duration of the rectangular pulses included control circuit-14, is the second output-53 of control circuit> 1-14 and is connected to control input-54 of the first controllable switch-25.
  • FIG. 2 time diagrams of the voltages acting in the device display:
  • diode-22 the value of the protective time interval, which provides a proactive circuit of the anode of the diode-22 to the negative output of the low-voltage source of constant voltage-12; d) the sequence of states of diode-22: “The diode is open” - “The diode is closed during the diode” - “The diode is closed”;
  • the proposed device for producing a high voltage pulse voltage operates as follows.
  • control circuits - 14 rectangular pulses of duration ty1 (see the time diagram of fig.2b) are received control input-19 of the first managed key-6 (to the gate of the MOS transistor) and put the first managed key-6 into the open state.
  • the potential of the second output-8 of inductive load-2 becomes close to zero relative to the potential of the interconnected negative output-10 of the high-voltage source-1 constant voltage and negative output-13 of the low-voltage source-12 constant voltage.
  • the potential difference between the terminals-8, -4 of the inductive load-2 becomes close to the output voltage of the high-voltage source-1 of a constant voltage, and a high-voltage pulse of negative polarity begins to form on the inductive load-2 (relative to the positive output-5 of the high-voltage source - 1 DC voltage), which is transmitted to the secondary winding of the transformer-3.
  • the second (additional) controlled switch-28 connects to its output-30 (connected to the anode-31 of the diode-22) its first input-29 (connected to the positive output-16 of the low-voltage source-12 constant voltage).
  • the second (optional) controlled switch-28 the open diode-22, the first capacitor-20, and the open first controlled key-6 from the positive output 16 of the low-voltage source-12 constant voltage, the current charging the first capacitor-20 begins to flow, thanks what on the plates-21 and -24 16 000272 of the first capacitor-20, a voltage is formed that is close in magnitude to the output voltage of the low-voltage source-12 constant voltage.
  • the diode-22 closes, since a voltage between the plates of the previously charged first capacitor-20 is applied to its cathode-23, close to the output voltage of the low-voltage constant voltage source -12, and due to the inertia of the processes in the diode-22, it closes during diode time interval, see the time diagram of FIG. 2d).
  • the pulsed voltage of a sawtooth shape on a low-resistance resistor-1 1 of the first controlled switch-6, reflecting the change in current in the inductive load-2 during the operation of a square-wave control pulse with a predetermined duration t1 for the claimed technical solution is shown in the time diagram of FIG. It can be seen that at the moment of formation of the high-voltage pulse voltage of negative polarity in the inductive load-2, the powerful pulse noise generated in similar devices by the surge of the pulse current through the incompletely closed diode-22 does not occur in the proposed device, which leads to an improvement in electromagnetic compatibility.
  • the potential difference between the first-26 and second-27 inputs of the first (main) controlled switch-25 remains approximately equal to the output voltage of the low-voltage source-12 constant voltage, but with an offset (relative to the potential of the negative output interconnected, 10 high-voltage source — 1 constant voltage and negative output — 13 low-voltage source — 12 constant voltage) by an amount equal to the sum of the output voltage of the high-voltage constant source voltage-1 and voltage between terminals-8, -4 inductive load-2.
  • the first (main) controlled switch-25 connects to its output 46 (connected to the control input-45 of the second controlled key-41) its first input-27 (connected to the second lining-24 of the first capacitor-20) .
  • the second managed key-41 goes into the open state, since the potential at the output-46 of the first (main) managed switch-25 is higher than the potential of the second output-44 (the source of the "MOSFET" of the transistor) of the second managed key-41 by the voltage value between plates -24 and -21 of the first capacitor-20 (by a value close to the output voltage of a low-voltage source - 12 constant voltage).
  • the second capacitor-39 is recharged along the circuit: the first terminal-4 of the inductive load-2 the second capacitor-39 is the open second controlled key-41 - the second terminal-8 of the inductive load-2.
  • the controlled keys-6 and -41 turn out to be closed (see timing diagrams of FIG. 2b, FIG. 2f), and damped oscillations occur in resonant circuit formed by the scattering inductance of the primary winding and the stray capacitance of the transformer-3 (not shown in the device diagram), see the time diagram of fig.2d.
  • the control input-19 again receives a square-wave control pulse of duration t1 from output-18 of the control circuit-14, and that's all processes are repeated.
  • 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.
  • Converters of pulse duration of a rectangular shape - 33.49 can be made, for example, in the form of a standby multivibrator described in the book by R. Treister “Amateur Radio Circuits on IC Type 555” ,. M.Mir, 1988, pp. 96-101, or according to the scheme given in the article “Waiting multivibrator - one-shot. Calculation of the waiting multivibrator ”, CM.http: //www.meanders.ru/odnovibrator.shtml.
  • the power element of the controlled keys-7, -41 can be a MOS transistor, an IGBT transistor, a bipolar transistor, and a thyristor, etc.

Abstract

Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (2), два управляемых ключа (6) и (41), управляемый переключатель (25), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (20), диод (22) и дополнительный управляемый переключатель (28), управляемый преобразователем (33) длительности импульсов, поступающих со схемы управления (14). Обеспечивается снижение уровня помех, излучаемых в окружающее пространство.

Description

Устройство для получения
высоковольтного импульсного напряжения
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.
Аналогичные технические решения известны, см. статью Д. Макашова "Техника активного демпфирования в DC - DC конверторах", опубликованную на сайте http://www.twirpx.coni/file/482591 , а также на сайте http://www.bIudger.narod.ru/ActCl.pdf, которое выбрано в качестве аналога, и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- высоковольтный источник постоянного напряжения;
- индуктивную нагрузку (выполненную в виде первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю), подсоединённую одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- генератор импульсов прямоугольной формы, подсоединённый своим положительным входом питания к соответствующему выходу низковольтного источника постоянного напряжения и своим отрицательным входом питания к соответствующему выходу низковольтного источника постоянного напряжения; - схему управления, подсоединённую своим первым и вторым входами через первый и второй элементы задержки к выходу генератора импульсов прямоугольной формы;
- диод, подсоединённый своим анодом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения;
- первый конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к катоду диода и к положительному входу питания схемы управления и другой своей (второй) обкладкой к отрицательному входу питания схемы управления и к другому выводу индуктивной нагрузки;
- первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения и своим управляющим входом к первому выходу схемы управления;
- второй управляемый ключ, подсоединённый своим управляющим входом к второму выходу схемы управления и своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки;
- второй конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому (основному) выводу второго управляемого ключа, а другой своей (второй) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения.
Общими признаками предлагаемого технического решения и указанного аналога являются:
- высоковольтный источник постоянного напряжения;
- индуктивная нагрузка, подсоединённая одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения; - низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки и своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- схема управления, подсоединённая своим первым выходом к управляющему входу первого управляемого ключа;
- диод;
- первый конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к катоду диода и другой своей (второй) обкладкой к второму выводу индуктивной нагрузки;
- второй управляемый ключ, подсоединённый своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки;
- второй конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому (основному) выводу второго управляемого ключа, а другой своей (второй) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения.
Известно также техническое решение, см. заявку на патент США US
20110305048 А1 (опубликована 15 декабря 201 1 г.), которое выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа), и которое содержит нижеследующую совокупность существенных признаков:
- высоковольтный источник постоянного напряжения;
-индуктивную нагрузку (выполненную в виде первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю), подсоединённую одним своим (первым) выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения; - низковольтный источник постоянного напряжения (состоящий из третьей обмотки трансформатора, выпрямительного диода и фильтрующего конденсатора), подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- схему управления, подсоединённую своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;
- первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения и своим управляющим входом к первому выходу схемы управления;
- диод, подсоединённый своим анодом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения;
- управляемый переключатель, подсоединённый своим первым входом к катоду диода, своим вторым входом к второму выводу индуктивной нагрузки, и своим управляющим входом к второму выходу схемы управления;
- первый конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому входу управляемого переключателя, и другой своей (второй) обкладкой к второму входу управляемого переключателя;
- второй управляемый ключ, подсоединённый своим управляющим входом к выходу управляемого переключателя, и своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки;
- второй конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому (основному) выводу второго управляемого ключа, а другой своей (второй) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения. Общими признаками предлагаемого технического решения и прототипа являются:
- высоковольтный источник постоянного напряжения;
- индуктивная нагрузка (выполненная в виде обмотки на магнитопроводе и представляющая собой, например, первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю), причём один из выводов (первый) индуктивной нагрузки подсоединён к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения;
- схема управления, подсоединённая своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения;
- первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения и своим управляющим входом к первому выходу схемы управления;
- диод;
- управляемый переключатель, подсоединённый своим первым входом к катоду диода, своим вторым входом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим управляющим входом к второму выходу схемы управления;
- первый конденсатор, подсоединённый одной своей обкладкой к первому входу управляемого переключателя, и другой своей обкладкой к второму входу управляемого переключателя; - второй управляемый ключ, подсоединённый своим управляющим входом к выходу управляемого переключателя, и своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки;
- второй конденсатор, подсоединённый одной своей обкладкой к первому (основному) выводу второго управляемого ключа, а другой своей обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения.
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 в первую очередь диода, соединённого с первым конденсатором.
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.
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.
Технический результат, указанный выше, достигается тем, что устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (выполненную в виде обмотки на магнитопроводе и представляющую собой, например, первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого подсоединена к выпрямителю), причём один из выводов (первый) индуктивной нагрузки подсоединён к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, схему управления, подсоединённую своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения, первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым (основным) выводом к другому (второму) выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения и своим управляющим входом к первому выходу схемы управления, диод, управляемый переключатель, подсоединённый своим первым входом к катоду диода, своим вторым входом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим управляющим входом к второму выходу схемы управления, первый конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому входу управляемого переключателя, и другой своей обкладкой к второму входу управляемого переключателя, второй управляемый ключ, подсоединённый своим управляющим входом к выходу управляемого переключателя, и своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, второй конденсатор, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой к первому (основному) выводу второго управляемого ключа, а другой своей (второй) обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, снабжено дополнительным (вторым) управляемым переключателем и преобразователем длительности импульсов прямоугольной формы, который подсоединён своим входом к первому выходу схемы управления и своим выходом к управляющему входу дополнительного (второго) управляемого переключателя, подсоединённого своим первым входом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, своим вторым входом к отрицательному выходу низковольтного источника постоянного напряжения и своим выходом к аноду диода.
Введение второго управляемого переключателя и преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы с их подсоединениями позволяет, в ходе подачи импульса прямоугольной формы с первого выхода схемы управления на управляющий вход первого управляемого ключа, и одновременно через преобразователь длительности импульсов прямоугольной формы на управляющий вход второго управляемого переключателя (который под воздействием указанного импульса прямоугольной формы подключает свой первый вход к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения), осуществить процесс заряда первого конденсатора по цепи: положительный выход низковольтного источника постоянного напряжения - второй управляемый переключатель - диод - первый конденсатор - открытый первый управляемый ключ - отрицательный вывод низковольтного источника постоянного напряжения. В результате чего формируется напряжение на обкладках первого конденсатора, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения.
При этом напряжение между выводами индуктивной нагрузки (первичной обмотки трансформатора) становится равным разности потенциалов между положительным выходом высоковольтного источника постоянного напряжения и первым (основным) выходом открытого первого управляемого ключа (имеющего практически нулевое сопротивление в открытом состоянии) и, следовательно, близким к выходному напряжению высоковольтного источника постоянного напряжения (что означает начало формирования высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке). После окончания импульса прямоугольной формы на первом выходе схемы управления первый управляемый ключ закрывается, а напряжение на его первом (основном) выводе резко возрастает и становится равным сумме выходного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения и напряжения между выводами индуктивной нагрузки. Разность потенциалов между выводами индуктивной нагрузки в этот момент меняет свой знак (что означает окончание формирования высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке).
В аналогичных технических решениях в момент запирания первого управляемого ключа и появления на его первом (основном) выводе высокого потенциала, приложенного к катоду диода, из-за инерционности нелинейного элемента (диода) возникает бросок тока через указанный нелинейный элемент (диод), в результате чего появляется импульсная электромагнитная помеха. А в предлагаемом техническом решении длительность импульса на выходе преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы выбирается таким образом, чтобы его задний фронт опережал задний фронт импульса прямоугольной формы, поступающего на управляющий вход первого управляемого ключа, 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 будет обеспечено закрытое состояние диода, поскольку к его катоду приложено напряжение между обкладками ранее заряженного первого конденсатора, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения.
В результате к моменту запирания первого управляемого ключа и, соответственно, к моменту появления на его первом (основном) выводе высокого потенциала, приложенного к катоду диода, ток через диод уже отсутствует, а импульсная электромагнитная помеха, возникающая, как уже указывалось, в аналогичных технических решениях в момент запирания первого управляемого ключа, 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 первого (основного) вывода первого управляемого ключа и второго вывода индуктивной нагрузки - первый конденсатор - закрывающийся, но пока не закрытый диод - положительный выход низковольтного источника постоянного напряжения - отрицательный выход высоковольтного источника постоянного напряжения - положительный выход высоковольтного источника постоянного напряжения - индуктивная нагрузка. В предлагаемом техническом решении вышеописанная цепь протекания импульсного тока заблаговременно разрывается благодаря упреждающему замыканию второго входа второго управляемого переключателя (и, следовательно, анода диода) на отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения.
Указанный эффект возникновения импульсной электромагнитной помехи в аналогичных технических решениях имеет достаточно общий характер, так как время переключения высоковольтных диодов (тдиода) принципиально больше времени запирания современных силовых полупроводниковых элементов. Поэтому упреждающее замыкание анода диода (с помощью вновь введённых преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы, второго управляемого переключателя и их связей) на отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения, применённое в предлагаемом техническом решении, как раз и обеспечивает сопряжение времени переключения диода и момента запирания первого управляемого ключа таким образом, что импульсная электромагнитная помеха, присутствующая в аналогичных технических решениях, в заявленном техническом решении отсутствует. 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 чём и проявляется достижение вышеуказанного технического результата.
Проведённый 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".
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.
Предлагаемое устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит:
- высоковольтный источник- 1 постоянного напряжения;
- индуктивную нагрузку-2 (выполненную в виде обмотки на магнитопроводе и представляющую собой, например, первичную обмотку трансформатора -3 на ферромагнитном сердечнике, к вторичной обмотке которого, например, подсоединён выпрямитель), причём индуктивная нагрузка-2 подсоединена одним своим (первым) выводом-4 к положительному выходу-5 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения; - первый управляемый ключ-6 (выполненный, например, в виде "МОП" транзистора), подсоединённый своим первым (основным) выводом-7 (стоком "МОП" транзистора) к другому (второму) выводу-8 индуктивной нагрузки-2 и своим вторым выводом-9 к отрицательному выходу- 10 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения, (причём между истоком "МОП" транзистора и вторым выводом первого управляемого ключа-6 может быть включён низкоомный резистор-11, ограничивающий величину тока, протекающего в цепи истока МОП-транзистора первого управляемого ключа-6));
- низковольтный источник- 12 постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом- 13 к отрицательному выходу- 10 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения;
- схему управления- 14, подсоединённую своим положительным входом питания- 15 к соответствующему (положительному) выходу- 16 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения, своим отрицательным входом питания- 17 к соответствующему (отрицательному) выходу- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения и своим первым выходом- 18 к управляющему входу- 19 первого управляемого ключа-6 (к затвору "МОП" транзистора);
- первый конденсатор-20, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой-21 к второму выводу-8 индуктивной нагрузки-2;
- диод-22, подсоединённый своим катодом-23 к другой (второй) обкладке- 24 первого конденсатора-20;
- первый (основной) управляемый переключатель-25, подсоединённый своим первым входом-26 к первой обкладке-21 первого конденсатора-20, а своим вторым входом-27 к второй обкладке-24 первого конденсатора-20;
- второй (дополнительный) управляемый переключатель-28, подсоединённый одним своим (первым) входом-29 к положительному выходу- 16 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения, своим выходом-30 к аноду-31 диода-22, а своим вторым входом-32 к отрицательному выходу- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения;
- преобразователь-33 длительности импульсов прямоугольной формы, подсоединённый своим входом-34 к первому выходу- 18 схемы управления-
14, своим вьгходом-35 к управляющему входу-36 второго (дополнительного) управляемого переключателя-28, а своими входами питания-37,-38 к соответствующим выходам- 16,- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения;
- второй конденсатор-39, подсоединённый одной своей (первой) обкладкой-40 к положительному выходу-5 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения;
- второй управляемый ключ-41 (выполненный, например, в виде "МОП" транзистора), подсоединённый своим первым (основным) выводом-42 (стоком "МОП" транзистора) к другой (второй) обкладке-43 второго конденсатора-39, своим вторым выводом-44 (истоком "МОП" транзистора) к второму выводу-8 индуктивной нагрузки-2 и своим управляющим входом-45 к выходу-46 первого управляемого переключателя-25;
При этом схема управления- 14 содержит, например, последовательно соединённые между собой генератор-47 импульсов прямоугольной формы, элемент задержки-48 импульсов прямоугольной формы и преобразователь- 49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящий в состав схемы управления- 14, причём выход-50 генератора-47 импульсов прямоугольной формы, подсоединённый к входу-51 элемента задержки-48, является одновременно первым выходом- 18 схемы управления- 14, а выход- 52 преобразователя-49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящего в состав схемы управления- 14, является вторым выходом-53 схемы управлени>1-14 и подсоединён к управляющему входу-54 первого управляемого переключателя-25. Представленные на фиг. 2 временные диаграммы напряжений, действующих в устройстве, отображают:
а) постоянное напряжение U0 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения;
б) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью ти1 на первом выходе- 18 схемы управления- 14;
в) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τπρ на выходе-35 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-33, причём τπρ = τπ1 -Δτ, где
Δτ > тдиода - величина защитного временного интервала, обеспечивающего упреждающее замыкание анода диода-22 на отрицательный выход низковольтного источника постоянного напряжения- 12; г) последовательность состояний диода-22: «Диод открыт» - «Диод закрывается в течение тдиода» - «Диод закрыт»;
д) высоковольтное импульсное напряжение между выводами-8,-4 в индуктивной нагрузке-2;
е) управляющие импульсы длительностью ти2 на втором выходе-53 схемы управления- 14, задержанные относительно заднего фронта управляющих импульсов прямоугольной формы длительностью хи1 на первом выходе- 18 схемы управления- 14 на величину тдоп ;
ж) импульсное напряжение пилообразной формы на низкоомном резисторе- 1 1 первого управляемого ключа-6 (отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью ти 1 ).
Предлагаемое устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения работает следующим образом.
С выхода- 18 схемы управления- 14 прямоугольные импульсы длительностью ти1 (см. временную диаграмму фиг.2б) поступают на управляющий вход- 19 первого управляемого ключа-6 (на затвор МОП- транзистора) и переводят первый управляемый ключ-6 в открытое состояние. При этом потенциал второго вывода-8 индуктивной нагрузки-2 становится близким к нулю относительно потенциала соединённых между собой отрицательного выхода- 10 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения и отрицательного выхода- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения. Таким образом, разность потенциалов между выводами-8, -4 индуктивной нагрузки-2 становится близкой к величине выходного напряжения высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения, и на индуктивной нагрузке-2 начинает формироваться высоковольтный импульс отрицательной полярности (относительно положительного выхода-5 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения), который передаётся во вторичную обмотку трансформатора-3. Одновременно прямоугольные импульсы с первого выхода- 18 схемы управления- 14 поступают на управляющий вход-34 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-33, который формирует на своём выходе-35 управляющий импульс прямоугольной формы длительностью τπρ = τπΙ-Δτ (см. временную диаграмму фиг.2в), поступающий на управляющий вход-36 второго (дополнительного) управляемого переключателя-28.
Под воздействием указанного управляющего импульса второй (дополнительный) управляемый переключатель-28 подключает к своему выходу-30 (соединённому с анодом-31 диода-22) свой первый вход-29 (соединённый с положительным выходом- 16 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения). В результате через второй (дополнительный) управляемый переключатель-28, открытый диод-22, первый конденсатор- 20 и открытый первый управляемый ключ-6 от положительного выхода- 16 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения начинает течь ток, заряжающий первый конденсатор-20, благодаря чему на обкладках-21 и -24 16 000272 первого конденсатора-20 формируется напряжение, близкое по величине к выходному напряжению низковольтного источника- 12 постоянного напряжения. После окончания управляющего импульса длительностью τπρ = τπΙ-Δτ на управляющем входе-36 второго (дополнительного) управляемого переключателя-28, указанный переключатель-28 подключает к своему выходу-30 (соединённому с анодом-31 диода-22) свой второй вход-32 (соединённый с отрицательным выходом- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения).
В результате диод-22 закрывается, поскольку к его катоду-23 приложено напряжение между обкладками ранее заряженного первого конденсатора-20, близкое к выходному напряжению низковольтного источника постоянного напряжения- 12, причём из-за инерционности процессов в диоде-22 его закрывание происходит в течение интервала времени тдиода , см. временную диаграмму фиг. 2г).
При выборе длительности управляющего импульса τπρ на выходе-35 преобразователя-33 длительности импульсов прямоугольной формы такой, что выполняется соотношение ти1-тпр = Δτ > тдиода , к моменту окончания управляющего импульса длительностью ти1 на выходе- 18 схемы управления- 14 диод-22 окажется надёжно закрытым (см. временные диаграммы фиг.2в,г).
После окончания прямоугольного импульса длительностью ти1, поступающего на управляющий вход- 19 первого управляемого ключа-6 (на затвор МОП-транзистора), первый управляемый ключ-6 переходит в закрытое состояние, и на его первом (основном) выводе-7 (стоке "МОП" транзистора), подсоединённом к другому выводу-8 индуктивной нагрузки-2, возникает высокое напряжение, равное сумме выходного напряжения высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения и напряжения между выводами-8 и -4 индуктивной нагрузки-2. 2016/000272
В этот момент разность потенциалов между выводами-8 и -4 индуктивной нагрузки-2 меняет свой знак (см. временную диаграмму фиг.2д), что означает окончание формирования высоковольтного импульсного напряжения отрицательной полярности в индуктивной нагрузке.
Благодаря тому, что к этому моменту диод-22 уже надёжно закрыт (см. временную диаграмму фиг.2г), в предлагаемом к патентованию устройстве для получения высоковольтного импульсного напряжения не возникает бросок импульсного тока через неполностью закрытый диод-22, что имеет место в известных устройствах аналогичного назначения.
Импульсное напряжение пилообразной формы на низкоомном резисторе- 1 1 первого управляемого ключа-6, отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке-2 во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью ти1 для заявляемого технического решения приведено на временной диаграмме фиг.2ж. Видно, что в момент окончания формирования высоковольтного импульсного напряжения отрицательной полярности в индуктивной нагрузке-2 мощная импульсная помеха, порождаемая в аналогичных устройствах броском импульсного тока через неполностью закрытый диод-22, в предложенном устройстве не возникает, что приводит к улучшению показателей электромагнитной совместимости.
При переходе первого управляемого ключа-6 в закрытое состояние (после окончания управляющего прямоугольного импульса длительностью ти1), на его первом (основном) выводе-7 (стоке "МОП" транзистора) с положительного выхода-5 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения через индуктивную нагрузку-2 практически мгновенно формируется напряжение, равное сумме выходного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения- 1 и напряжения между выводами-8,-4 индуктивной нагрузки-2, которое U2016/000272 поступает на первую обкладку-21 первого конденсатора-20, заряженного ранее до напряжения, равного выходному напряжению низковольтного источника- 12 постоянного напряжения. В результате разность потенциалов между первым-26 и вторым-27 входами первого (основного) управляемого переключателя-25 остаётся по-прежнему примерно равной величине выходного напряжения низковольтного источника- 12 постоянного напряжения, но со смещением (относительно потенциала соединённых между собой отрицательного выхода- 10 высоковольтного источника- 1 постоянного напряжения и отрицательного выхода- 13 низковольтного источника- 12 постоянного напряжения) на величину, равную сумме выходного напряжения высоковольтного источника постоянного напряжения- 1 и напряжения между выводами-8,-4 индуктивной нагрузки-2.
С выхода-50 генератора-47 импульсов прямоугольной формы схемы управления- 14 прямоугольные импульсы через элемент задержки-48 и преобразователь-49 длительности импульсов прямоугольной формы, входящий в состав схемы управления- 14 (после преобразования согласно диаграмме фиг. 2е) поступают на управляющий вход-54 первого (основного) управляемого переключателя-25.
Под воздействием указанных импульсов длительностью ти2 первый (основной) управляемый переключатель-25 подключает к своему выходу- 46 (соединённому с управляющим входом-45 второго управляемого ключа- 41) свой первый вход-27 (соединённый с второй обкладкой-24 первого конденсатора-20).
Вследствие этого второй управляемый ключ-41 переходит в открытое состояние, поскольку потенциал на выходе-46 первого (основного) управляемого переключателя-25 оказывается выше, чем потенциал второго вывода-44 (истока "МОП" транзистора) второго управляемого ключа-41 на величину напряжения между обкладками -24 и -21 первого конденсатора-20 (на величину, близкую к выходному напряжению низковольтного источника- 12 постоянного напряжения). Пока второй управляемый ключ-41 открыт, происходит перезаряд второго конденсатора-39 по цепи: первый вывод-4 индуктивной нагрузки-2 второй конденсатор-39 - открытый второй управляемый ключ-41 - второй вывод-8 индуктивной нагрузки-2.
После окончания управляющего импульса прямоугольной формы длительностью ти2 на управляющем входе-54 первого (основного) управляемого переключателя-25, управляемые ключи-6 и -41 оказываются закрытыми (см. временные диаграммы фиг.2б, фиг. 2е), и возникают затухающие колебания в резонансном контуре, образованном индуктивностью рассеяния первичной обмотки и паразитной ёмкостью трансформатора-3 (на схеме устройства не показаны), см. временную диаграмму фиг.2д. В момент минимального значения напряжения на первом (основном) выводе-7 (стоке "МОП" транзистора) первого управляемого ключа-6 на его управляющий вход- 19 снова подаётся управляющий импульс прямоугольной формы длительностью ти1 с выхода- 18 схемы управления- 14, и все процессы повторяются.
Таким образом, предлагаемое к патентованию устройство выполняет те же функции, что и устройство-прототип, отличаясь от него пониженным уровнем помех, излучаемых в окружающее пространство.
Функциональные блоки, входящие в состав устройства, могут быть реализованы различным образом.
Преобразователи длительности импульсов прямоугольной формы - 33,49 могут быть выполнены, например, в виде ждущего мультивибратора, описанного в книге Р. Трейстер «Радиолюбительские схемы на ИС типа 555»,. М.Мир, 1988, стр. 96-101, или по схеме, приведённой в статье «Ждущий мультивибратор - одновибратор. Расчёт ждущего мультивибратора», CM.http://www.meanders.ru/odnovibrator.shtml. Силовой элемент управляемых ключей-7,-41 может быть и МОП- транзистором, и БТИЗ-транзистором, и биполярным транзистором, и тиристором и др.
Все остальные элементы, входящие в состав устройства для получения высоковольтного импульсного напряжения, широко известны и опубликованы в источниках информации по импульсной технике и радиоэлектронике.

Claims

Формула изобретения
Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения, содержащее высоковольтный источник постоянного напряжения, индуктивную нагрузку, выполненную в виде обмотки на магнитопроводе и подсоединённую первым выводом к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, низковольтный источник постоянного напряжения, подсоединённый своим отрицательным выходом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, схему управления, подсоединённую своими входами питания к соответствующим выходам низковольтного источника постоянного напряжения, первый управляемый ключ, подсоединённый своим первым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, своим вторым выводом к отрицательному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения и своим управляющим входом к первому выходу схемы управления, диод, управляемый переключатель, подсоединённый своим первым входом к катоду диода, своим вторым входом к второму выводу индуктивной нагрузки и своим управляющим входом к второму выходу схемы управления, первый конденсатор, подсоединённый своей первой обкладкой к первому входу управляемого переключателя и второй обкладкой к второму входу управляемого переключателя, второй управляемый ключ, подсоединённый своим управляющим входом к выходу управляемого переключателя и своим вторым выводом к второму выводу индуктивной нагрузки, второй конденсатор, подсоединённый своей первой обкладкой к первому выводу второго управляемого ключа, а второй обкладкой к положительному выходу высоковольтного источника постоянного напряжения, отличающееся тем, что устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения снабжено дополнительным управляемым переключателем и преобразователем длительности импульсов прямоугольной формы, подсоединённым своим входом к первому выходу схемы управления и своим выходом к управляющему входу дополнительного управляемого переключателя, подсоединённого первым входом к положительному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, вторым входом к отрицательному выходу низковольтного источника постоянного напряжения, и своим выходом к аноду диода.
PCT/RU2016/000272 2016-05-04 2016-05-04 Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения WO2017192059A1 (ru)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/092,517 US10361638B2 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Apparatus for generating high pulse voltage
EP16901112.9A EP3454472B1 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Device for generating a high pulse voltage
CN201680085307.3A CN109417383B (zh) 2016-05-04 2016-05-04 生成高脉冲电压的装置
PCT/RU2016/000272 WO2017192059A1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
RU2018126219A RU2703966C1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
JP2018555267A JP6684921B1 (ja) 2016-05-04 2016-05-04 高電圧パルスを生成する装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2016/000272 WO2017192059A1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017192059A1 true WO2017192059A1 (ru) 2017-11-09

Family

ID=60203050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000272 WO2017192059A1 (ru) 2016-05-04 2016-05-04 Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10361638B2 (ru)
EP (1) EP3454472B1 (ru)
JP (1) JP6684921B1 (ru)
CN (1) CN109417383B (ru)
RU (1) RU2703966C1 (ru)
WO (1) WO2017192059A1 (ru)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10447167B1 (en) * 2017-01-10 2019-10-15 Drive Cjsc Method of DC voltage—pulse voltage conversion
EP3618276B1 (en) * 2017-04-24 2023-06-21 Closed-up Joint-Stock Company Drive Device for generating a high pulse voltage

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU8547U1 (ru) * 1998-02-03 1998-11-16 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" Генератор импульсов высокого напряжения
RU2214038C2 (ru) * 2001-07-11 2003-10-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Формирователь высоковольтных импульсов наносекундной длительности
US20110305048A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corp. Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3325697B2 (ja) * 1994-01-20 2002-09-17 三菱電機株式会社 パワーデバイスの制御装置およびモータの駆動制御装置
RU2111607C1 (ru) * 1996-07-04 1998-05-20 Государственное предприятие Специальное конструкторское бюро научного приборостроения Генератор импульсов высокого напряжения (варианты)
US6069803A (en) * 1999-02-12 2000-05-30 Astec International Limited Offset resonance zero volt switching flyback converter
JP2002027752A (ja) * 2000-07-07 2002-01-25 Sony Corp スイッチング電源回路
US6466462B2 (en) * 2000-10-31 2002-10-15 Yokogawa Electric Corporation DC/DC converter having a control circuit to reduce losses at light loads
JP3707409B2 (ja) * 2001-09-10 2005-10-19 株式会社村田製作所 スイッチング電源装置
AU2003257861A1 (en) * 2002-08-19 2004-03-03 The Circle For The Promotion Of Science And Engineering Pulse power supply for regenerating magnetic energy
CN1549419A (zh) * 2003-05-08 2004-11-24 友昕科技股份有限公司 用以产生各种类型脉冲的电源模块
WO2005008871A1 (ja) * 2003-07-16 2005-01-27 Sanken Electric Co., Ltd. 直流変換装置
DE602004024854D1 (de) * 2003-09-18 2010-02-11 Toshiba Lighting & Technology Zündungseinheit für eine Starkstromentladungslampenanordnung
JP3664173B2 (ja) * 2003-11-17 2005-06-22 サンケン電気株式会社 直流変換装置
US7006364B2 (en) * 2004-03-15 2006-02-28 Delta Electronics, Inc. Driving circuit for DC/DC converter
US7301250B2 (en) * 2004-05-04 2007-11-27 Stangenes Industries, Inc. High voltage pulsed power supply using solid state switches
US7286376B2 (en) * 2005-11-23 2007-10-23 System General Corp. Soft-switching power converter having power saving circuit for light load operations
US8488348B2 (en) * 2007-06-20 2013-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Switch mode power supply apparatus having active clamping circuit
CN100546185C (zh) * 2007-09-14 2009-09-30 东南大学 高压脉冲电路
US7869235B2 (en) * 2008-04-28 2011-01-11 Fsp Technology Inc. Flyback converter having an active snubber
CN101877580A (zh) * 2009-04-30 2010-11-03 博西华电器（江苏）有限公司 高压脉冲发生装置
JP6073077B2 (ja) * 2012-05-30 2017-02-01 株式会社テーケィアール スイッチング電源及びスイッチング電源を備えた電子機器
RU2510764C2 (ru) * 2012-08-07 2014-04-10 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки
RU133669U1 (ru) * 2013-05-17 2013-10-20 Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод имени А.С. Попова" (РЕЛЕРО) Генератор импульсов высокого напряжения и электрошоковое устройство с таким генератором
US9276483B2 (en) * 2013-06-27 2016-03-01 System General Corporation Control circuit for active-clamp flyback power converter with programmable switching period
RU2674010C2 (ru) * 2014-05-12 2018-12-04 Закрытое Акционерное Общество "Драйв" Устройство для получения постоянного тока, протекающего в цепи питания нагрузки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU8547U1 (ru) * 1998-02-03 1998-11-16 Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие "Буревестник" Генератор импульсов высокого напряжения
RU2214038C2 (ru) * 2001-07-11 2003-10-10 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П.Королева" Формирователь высоковольтных импульсов наносекундной длительности
US20110305048A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 System General Corp. Active-clamp circuit for quasi-resonant flyback power converter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3454472A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020513712A (ja) 2020-05-14
US20190165690A1 (en) 2019-05-30
CN109417383A (zh) 2019-03-01
RU2703966C1 (ru) 2019-10-22
CN109417383B (zh) 2022-04-01
US10361638B2 (en) 2019-07-23
JP6684921B1 (ja) 2020-04-22
EP3454472A1 (en) 2019-03-13
EP3454472B1 (en) 2021-02-24
EP3454472A4 (en) 2020-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8130517B2 (en) Forward converter transformer saturation prevention
JPH05505091A (ja) 電流制限回路付き直流電力変換器
US10361698B2 (en) Transformer based gate drive circuit
US20210021259A1 (en) Pulse modulator
RU2703966C1 (ru) Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
US7977920B2 (en) Voltage-converter circuit and method for clocked supply of energy to an energy storage
RU2701553C1 (ru) Способ получения высоковольтного импульсного напряжения в индуктивной нагрузке
US10615791B2 (en) Device for controlling a transistor
JP2014150654A (ja) ゲート駆動回路
Rafiq et al. A resonant gate driver circuit with turn-on and turn-off dv/dt control
RU2658681C1 (ru) Устройство для преобразования постоянного напряжения в импульсное напряжение
RU2660674C1 (ru) Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
JP6731109B2 (ja) 高パルス電圧を生成するためのデバイス
US8947893B2 (en) Switch controller and converter including the same for prevention of damage
Sarkar et al. Ultrafast Self-Powered Circuit for Gate Driving of Normally-On Wide Bandgap Transistors
KR980006743A (ko) 극성 반전 컨버터
JP2012120017A (ja) パルス放電発生装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018555267

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16901112

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016901112

Country of ref document: EP

Effective date: 20181204