Устройство регулирования мощности магнетрона сверхвысокочастотной печи

Устройство регулирования мощности магнетрона сверхвысокочастотной печи

Реферат

 

Изобретение относится к СВЧ-технике. Область использования: СВЧ-установки для нагрева, термообработки, СВЧ-печи. Сущность изобретения: устройство регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи имеет повышенную надежность, повышенный КПД за счет преобразования напряжения мостовыми схемами, управляемыми с помощью тока подмагничивания, а также за счет конструктивного выполнения магнитных усилителей на торроидальных магнитных сердечниках с соответствующими магнитными проницаемостями. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к СВЧ-технике, в частности к СВЧ-установкам, обеспечивающим нагрев диэлектрических материалов, испарение жидких смесей, заданную влажность среды, диэлектрическую термообработку.

Известны устройства регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи, содержащие источник питания анода магнетрона и источник питания анода магнетрона и источник питания накала магнетрона, причем источник питания анода выполнен в виде тиристорного регулятора и трансформатора и имеет ограничитель пусковых токов в виде дросселя.

Недостатками этих устройств являются значительные габариты и масса из-за принятого алгоритма управления на промышленной частоте, сложность и громоздкость трансформатора за счет несимметричных токов во вторичных обмотках, низкий КПД за счет значительного реактивного тока трансформатора в момент паузы генерирования СВЧ-энергии. Магнетрон в этих устройствах используется не в оптимальном режиме (импульсный режим с изменением анодного напряжения по закону (SinX/), что снижает надежность устройств и коэффициент использования магнетрона по мощности, который определяет массогабаритные характеристики СВЧ-печи, а надежность - время эксплуатации без ремонта.

Наиболее близким к предложенному является устройство регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи, содержащее выпрямитель сетевого напряжения с емкостным фильтром, источник вспомогательного напряжения с задающим генератором, преобразователь напряжения и блок управления. Известное устройство имеет следующие недостатки. В нем не обеспечивает стабилизация тока через магнетрон, что снижает надежность его работы. Изменения тока магнетрона увеличивают нагрузки на устройство регулирования и расчетную мощность его элементов. Это приводит к снижению надежности работы устройства регулирования и к сравнительно большим массе и габаритам, ограничивает КПД устройства. Выполнение преобразователя напряжения на транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, при сравнительно высоких питающих напряжениях не исключает вторичного пробоя, не обеспечивает требуемую траекторию переключения транзисторов и приводит к динамическим потерям мощности в них. Поэтому надежность этого устройства сравнительно невысока. Кроме того, часть энергии не поступает в нагрузку (анодную цепь магнетрона), а поступает в дополнительный контур, образованный дополнительным полумостовым преобразователем, что ограничивает эффективность устройства. Большая индуктивность сравнительно мощного трансфор- матора преобразователя увеличивает выбросы напряжения на элементах схемы и снижает надежность их работы. Таким образом, известное устройство имеет сравнительно низкие надежность и КПД.

Целью изобретения является повышение надежности и КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство регулирования мощности магнетрона сверхвысокочастотной (СВЧ) печи, содержащее выпрямитель сетевого напряжения с емкостным фильтром, источник вспомогательного напряжения с задающим генератором, преобразователь напряжения, блок управления током подмагничивания, введены N выпрямителей, преобразователь напряжения выполнен в виде N, где N=1, 2, 3, ..., преобразовательных ячеек, каждая из которых выполнена на управляемом транзисторном усилителе мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка выходного трансформатора, при этом вход питания каждого из транзисторных усилителей мощности подключен к выходу емкостного фильтра выпрямителя сетевого напряжения с емкостным фильтром, управляющие входы первого управляемого транзисторного усилителя мощности подключены к соответствующим выходам задающего генератора источника вспомогательного напряжения с задающим генератором, в каждой из n, где n=1, 2, 3, ..., N, преобразовательных ячеек первичная обмотка выходного трансформатора подключена к выходу управляемого транзисторного усилителя мощности через последовательно соединенные половины рабочей обмотки введенного магнитного усилителя, обмотка управления которого через введенный дроссель подключена к соответствующему выходу блока управления током подмагничивания, который выполнен в виде блока управления током подмагничивания с K=1, 2, 3,..., n выходными стабилизаторами тока, выходы которых являются выходами этого блока, вторичная обмотка выходного трансформатора каждой из N преобразовательных ячеек подключена к входу соответствующего выпрямителя, все N выпрямителей соединены последовательно между собой, один из выводов первого выпрямителя подключен к аноду магнетрона, один из выводов N-го выпрямителя подключен к анодному из выводов накала и катоду магнетрона, в N-й преобразовательной ячейке выходной трансформатор снабжен дополнительной вторичной обмоткой, которая подключена к выводам накала магнетрона.

Каждый из управляемых транзисторных усилителей мощности выполнен по полумостовой схеме, содержащей первый транзистор, между базой и эмиттером которого включена первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки трансформатора тока и первого транзисторного ключа, параллельно которому включен первый шунтирующий диод, второй транзистор, между базой и эмиттером которого включена вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки трансформатора тока и второго транзисторного ключа, параллельному которому включен второй шунтирующий диод, последовательно соединенные первый и второй конденсаторы, третью и четвертую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов, которые включены параллельно соответственно первой и второй вторичным обмоткам трансформатора тока, первый диод, катод которого подключен к коллектору первого транзистора, второй диод, анод которого подключен к базе второго транзистора, конец третьей выходной обмотки трансформатора тока соединен с анодом первого диода и с катодом второго диода, начало третьей выходной обмотки трансформатора тока соединено с базой первого транзистора и с коллектором второго транзистора, другие выводы первого и второго конденсаторов соединены соответственно с коллектором первого транзистора и базой второго транзистора, которые являются входом питания управляемого транзисторного усилителя мощности, управляющими входами которого являются входы первого и второго транзисторных ключей и входная обмотка трансформатора тока, а точки соединения соответственно первого и второго диодов и первого и второго конденсаторов являются выходом управляемого транзисторного усилителя мощности.

Каждый из N управляемых транзисторных усилителей мощности выполнен по мостовой схеме, содержащей первый транзистор, между базой и эмиттером которого включена первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки первого трансформатора тока и первого транзисторного ключа, параллельно которому включен первый шунтирующий диод, второй транзистор, между базой и эмиттером которого включена вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки первого трансформатора тока и второго транзисторного ключа, параллельно которому включен второй шунтирующий диод, третью и четвертую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов, которые включены параллельно соответственно первой и второй вторичным обмоткам первого трансформатора тока, первый диод, катод которого подключен к коллектору первого транзистора, второй диод, анод которого подключен к базе второго транзистора, третий транзистор, между базой и эмиттером которого включена пятая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки второго трансформатора тока и третьего транзисторного ключа, параллельно которому включен третий шунтирующий диод, четвертый транзистор, между базой и эмиттером которого включена шестая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки второго трансформатора тока и четвертого транзисторного ключа, параллельно которому включен четвертый шунтирующий диод, седьмую и восьмую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов, которые включены параллельно соответственно первой и второй вторичным обмоткам второго трансформатора тока, третий диод, катод которого подключен к коллекторам первого и третьего транзисторов, четвертый диод, анод которого подключен к базам второго и четвертого транзисторов, при этом конец третьей выходной обмотки первого трансформатора тока соединен с точкой соединения анода первого диода с катодом второго диода, начало третьей выходной обмотки первого трансформатора тока соединено с точкой соединения базы первого транзистора с коллектором второго транзистора, конец третьей выходной обмотки второго трансформатора тока соединен с анодом третьего диода и катодом четвертого диода, начало третьей выходной обмотки второго трансформатора тока соединено с базой третьего транзистора и коллектором четвертого транзистора, коллектор первого транзистора и база второго транзистора являются входом питания управляемого транзисторного усилителя мощности, управляющими входами которого являются управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого транзисторных ключей и первичные обмотки первого и второго трансформаторов тока, а концы третьих обмоток первого и второго трансформаторов тока являются выходом управляемого транзисторного усилителя мощности.

В каждую из N преобразовательных ячеек, кроме N-й, введен управляющий трансформатор, содержащий одну первичную обмотку и несколько вторичных обмоток, при этом выводы первичной обмотки первого, ..., (N-1)-го управляющих трансформаторов соединены с выходами управляемого транзисторного усилителя мощности соответственно первой, ..., (N-1)-й преобразовательных ячеек, а выводы вторичных обмоток первого, ..., (N-1)-го управляющих трансформаторов соединены с соответствующими управляющими входами управляемого транзисторного усилителя мощности, соответственно второй, ..., N-й преобразовательной ячейки.

В каждой из преобразовательных ячеек, кроме N-й, выходной трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, при этом дополнительная обмотка выходного трансформатора первой, . .., (N-1)-й преобразовательных ячеек соединена с входной обмоткой трансформатора тока соответственно второй, ..., N-й преобразовательных ячеек.

Обмотка каждого из дросселей намотана на двух сложенных вместе тороидальных магнитных сердечниках с разной магнитной проницаемостью.

Половины рабочей обмотки магнитного усилителя каждой из n преобразовательных ячеек соединены встречно и размещены на двух магнитных сердечниках с одинаковой магнитной проницаемостью, которые сложены с третьим магнитным сердечником, а обмотка управления магнитного усилителя и дроссель намотаны на всех трех магнитных сердечниках.

Магнитные усилители и дроссели n преобразовательных ячеек конструктивно объединены и выполнены на (2n+1) тороидальных магнитных сердечниках, один из которых выполнен с магнитной проницаемостью, отличной от магнитной проницаемости других тороидальных магнитных сердечников, при этом половины рабочей обмотки магнитного усилителя каждой из n преобразовательных ячеек размещены на двух из (2n+1) тороидальных магнитных сердечниках, которые выполнены с одинаковой магнитной проницаемостью, все (2n+1) тороидальных сердечника сложены вместе и на них намотаны обмотки управления магнитных усилителей и дроссели всех n преобразовательных ячеек.

Магнитный усилитель и выходной трансформатор каждой из n преобразовательных ячеек конструктивно объединены и выполнены на трех сложенных вместе тороидальных магнитных сердечниках, которые выполнены или с одинаковой магнитной проницаемостью или с магнитной проницаемостью у одного из них, отличной от магнитной проницаемости двух других, при этом обмотка управления магнитного усилителя размещена на двух тороидальных магнитных сердечниках с одинаковой магнитной проницаемостью, вторичная обмотка выходного трансформатора расположена на третьем тороидальном магнитном сердечнике, а половины рабочей обмотки магнитного усилителя и первичная обмотка выходного трансформатора расположены на всех трех тороидальных сердечниках.

На фиг. 1 приведены структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - примеры конкретной реализации управляемых транзисторных усилителей мощности, выполненных по полумостовой и мостовой схемам соответственно, фиг. 4 и 5 - примеры соединения управляющих входов управляемых транзисторных усилителей мощности; на фиг. 6 - пример конкретной реализации дросселя; на фиг. 7 - пример выполнения магнитного усилителя и дросселя; на фиг. 8 - пример выполнения магнитных усилителей и дросселя; на фиг. 9 - пример выполнения магнитного усилителя и трансформатора.

Устройство регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи содержит выпрямитель 1 сетевого напряжения с емкостным фильтром 2, источник 3 вспомогательного напряжения с задающим генератором 4, преобразователь 5 напряжения, блок 6 управления током подмагничивания, N выпрямителей 7-10, преобразователь 5 напряжения выполнен в виде N, где N=1, 2, 3, ..., преобразовательных ячеек 11-14, каждая из которых выполнена на управляемом транзисторном усилителе 15-18 мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка выходного трансформатора 19-22, при этом вход питания каждого из транзисторных усилителей 15-18 мощности подключен к выходу емкостного фильтра 2 выпрямителя 1. Управляющие входы первого управляемого транзисторного усилителя 15 мощности подключены к соответствующим выходам задающего генератора 4 источника 3. В каждой из n, где n=1, 2, 3, ..., N преобразовательных ячеек 11 и 12 первичная обмотка выходного трансформатора 19 и 20 подключена к выходу управляемого транзисторного усилителя 15 и 16 мощности через последовательно соединенные половины рабочей обмотки 23 и 24 введенного магнитного усилителя 25 и 26, обмотки 27 и 28 управления которого через введенные дроссели 29 и 30 подключены к соответствующим выходам блока 6 управления, который выполнен в виде блока управления током подмагничивания с K= 1, 2, 3, ... , n выходными стабилизаторами 31 и 32 тока, выходы которых являются выходами этого блока. Вторичная обмотка выходного трансформатора 19-22 каждой из преобразовательных ячеек 11-14 подключена к входу соответствующего выпрямителя 7-10, все N выпрямителей 7-10 соединены последовательно между собой, один из выводов первого выпрямителя 7 подключен к аноду магнетрона 33, один из выводов N-го выпрямителя 10 подключен к одному из выводов накала и катоду магнетрона 33, в N-й преобразовательной ячейке 14 выходной трансформатор 22 снабжен дополнительной вторичной обмоткой, которая подключена к выводам накала магнетрона 33.

Каждый из управляемых транзисторных усилителей 15-18 мощности может выполняться по полумостовой схеме (см. фиг. 1), содержащей первый транзистор 34, между базой и эмиттером которого включена первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки 35 трансформатора 36 тока и первого транзисторного ключа 37, параллельно которому включен первый шунтирующий диод 38, второй транзистор 39, между базой и эмиттером которого включена вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки 40 трансформатора 36 тока и второго транзисторного ключа 41, параллельно которому включен второй шунтирующий диод 42, последовательно соединенные первый 43 и второй 44 конденсаторы, третью и четвертую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов 45-47 и 48-50, которые включены параллельно соответственно первой 35 и второй 40 вторичной обмоткам трансформатора 36 тока, первый диод 51, катод которого подключен к коллектору первого транзистора 34, второй диод 52, анод которого подключен к базе второго транзистора 39. Конец третьей выходной обмотки 53 трансформатора 36 тока соединен с анодом первого диода 51 и с катодом второго диода 52, начало третьей выходной обмотки 53 трансформатора 36 тока соединено с базой первого транзистора 34 и с коллектором второго транзистора 39. Другие выводы первого 43 и второго 44 конденсаторов соединены соответственно с коллектором первого транзистора 34 и базой второго транзистора 39, которые являются входом питания управляемого транзисторного усилителя мощности, управляющими входами которого являются входы первого 37 и второго 41 транзисторных ключей и входная обмотка 54 трансформатора 36 тока, а точки соединения соответственно первого 51 и второго 52 диодов и первого 43 и второго 44 конденсаторов являются выходом управляемого транзисторного усилителя мощности.

Каждый из управляемых транзисторных усилителей 15-18 мощности может выполняться по мостовой схеме (см. фиг. 3), содержащей первый транзистор 55, между базой и эмиттером которого включена первая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки 56 первого трансформатора 57 тока и первого транзисторного ключа 58, параллельно которому включен первый шунтирующий диод 59, второй транзистор 60, между базой и эмиттером которого включена вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки 61 первого трансформатора 57 тока и второго транзисторного ключа 62, параллельно которому включен второй шунтирующий диод 63, третью и четвертую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов 64-66 и 67-69, которые включены параллельно соответственно первой 56 и второй 61 вторичным обмоткам первого трансформатора 57 тока, первый диод 70, катод которого подключен к коллектору первого транзистора 55, второй диод 71, анод которого подключен к базе второго транзистора 60, третий транзистор 72, между базой и эмиттером которого включена пятая цепь, состоящая из последовательно соединенных первой вторичной обмотки 73 второго трансформатора 74 тока и третьего транзисторного ключа 75, параллельно которому включен третий шунтирующий диод 76, четвертый транзистор 77, между базой и эмиттером которого включена шестая цепь, состоящая из последовательно соединенных второй вторичной обмотки 78 второго трансформатора 74 тока и четвертого транзисторного ключа 79, параллельно которому включен четвертый шунтирующий диод 80, седьмую и восьмую цепи, которые выполнены из последовательно согласно соединенных нескольких диодов 81-83 и 84-86, которые включены параллельно соответственно первой 73 и второй 78 вторичным обмоткам второго трансформатора 74 тока, третий диод 87, катод которого подключен к коллекторам первого 55 и третьего 72 транзисторов, четвертый диод 88, анод которого подключен к базам второго 60 и четвертого 77 транзисторов, при этом конец третьей выходной обмотки 89 первого трансформатора 57 тока соединен с точкой соединения анода первого диода 70 с катодом второго диода 71, начало третьей выходной обмотки 89 первого трансформатора 57 тока соединено с точкой соединения базы первого транзистора 55 с коллектором второго транзистора 60, конец третьей выходной обмотки 90 второго трансформатора 74 тока соединен с анодом третьего диода 87 и катодом четвертого диода 88, начало третьей выходной обмотки 90 второго трансформатора 74 тока соединено с базой третьего транзистора 72 и коллекторам четвертого транзистора 77. Коллектор первого транзистора 55 и база второго транзистора 60 являются входом питания управляемого транзисторного усилителя мощности, управляющими входами которого являются управляющие входы первого 58, второго 62, третьего 75 и четвертого 79 транзисторных ключей и первичные обмотки 91 и 92 первого 57 и второго 74 трансформаторов тока, а концы третьих обмоток 89 и 90 первого 57 и второго 74 трансформаторов тока являются выходом управляемого транзисторного усилителя мощности.

В каждую из преобразовательных ячеек 11-13, кроме N-й 14, может быть введен управляющий трансформатор 93 (см. фиг. 4), содержащий первичную обмотку и несколько вторичных обмоток. При этом выводы первичной обмотки первого, . . ., (N-1)-го управляющих трансформаторов соединены с выходами управляемого транзисторного усилителя мощности 15-17 соответственно, первой 11,..., (N-1)-й 13 преобразовательных ячеек, а выводы вторичных обмоток первого, ..., (N-1)-ого управляющих трансформаторов соединены с соответствующими управляющими входами управляемого транзисторного усилителя мощности, соответственно второй 12,..., N-й 14 преобразовательной ячейки. Кроме того, в схеме на фиг. 4 обмотки 27 и 28 управления магнитных усилителей 25 и 26 n преобразовательных ячеек 11 и 12 соединены последовательно и через дроссель 94 подключены к выходу блока 6 управления.

В каждой из преобразовательных ячеек 11-13, кроме N-й 14, выходной трансформатор 19-21 (см. фиг. 5) может быть снабжен дополнительной обмоткой 95. При этом дополнительная обмотка 95 выходного трансформатора 19-21 первой 11, . . ., (N-1)-й 13 преобразовательных ячеек соединена с входной обмоткой 54 или 91(92) трансформатора 36 тока или 57(74) для полумостовой схемы (см. фиг. 2) или мостовой схемы (см. фиг. 3) соответственно второй 12, ..., N-й 14 преобразовательных ячеек. Кроме того, в схеме на фиг. 5 обмотки 27 и 28 управления магнитных усилителей 25 и 26 преобразовательных ячеек 11 и 12 соединены последовательно и через дроссель 94 подключен к выходу блока 6 управления.

На фиг. 6 показан пример конкретной реализации дросселей 29, 30 и 94. Обмотка дросселя намотана на двух сложенных вместе тороидальных магнитных сердечниках 96 и 97 с разной магнитной проницаемостью.

На фиг. 7 приведен пример выполнения магнитного усилителя 25(26) и дросселя 29(30). Половины рабочей обмотки 23(24) магнитного усилителя 25(26) каждой из n преобразовательных ячеек 11 и 12 соединены встречно и размещены на двух магнитных сердечниках 98 и 99 с одинаковой магнитной проницаемостью, которые сложены вместе с третьим магнитным сердечником 100, а обмотка управления 27 (28) магнитного усилителя 25(26) и дроссель 29(30) намотаны на всех трех магнитных сердечниках 98-100. На фиг. 7 общая обмотка 27+29 (28+30) является одновременно обмоткой 27(28) управления магнитного усилителя 25(26) и обмоткой дросселя 29(30). Эта общая обмотка 27+29(28+30) подключается к выходу блока 6 управления.

На фиг. 8 приведен пример выполнения магнитных усилителей 25 и 26 и дросселя 94. Магнитные усилители 25 и 26 и дроссель 94 n преобразовательных ячеек 11 и 12 конструктивно объединены и выполнены на (2n+1) тороидальных магнитных сердечниках 101-105, один (101) из которых выполнен с магнитной проницаемостью, отличной от магнитной проницаемости других тороидальных магнитных сердечников 102-105. При этом половины рабочих обмоток 23 и 24 магнитных усилителей 25 и 26 каждой из n преобразовательных ячеек 11 и 12 размещены на двух 102 и 103 и 104 и 105 из (2n+1) тороидальных магнитных сердечниках, которые выполнены с одинаковой магнитной проницаемостью, все (2n+1) тороидальных сердечника 101-105 сложены вместе и на них намотаны обмотки 27 и 28 управления магнитных усилителей 25 и 26 и дроссель 94 всех n преобразовательных ячеек 11 и 12. На фиг. 8 общая обмотка 27+28+94 является одновременно обмоткой управления 27(28) магнитных усилителей 25 и 26 и обмоткой дросселя 94. Эта общая обмотка 27+28+94 подключается к выходу блока управления.

На фиг. 9 приведен пример выполнения магнитного усилителя 25(26) и трансформатора 19(20). Магнитный усилитель 25(26) и выходной трансформатор 19(20) каждой из n преобразовательных ячеек 11 и 12 конструктивно объединены и выполнены на трех сложенных вместе тороидальных магнитных сердечниках 106-108, которые выполнены или с одинаковой магнитной проницаемостью или с магнитной проницаемостью у одного (106) из них, отличной от магнитной проницаемости двух других 107 и 108. При этом обмотка управления 27(28) магнитного усилителя 25(26) размещена на двух тороидальных магнитных сердечниках 107 и 108 с одинаковой магнитной проницаемостью, вторичная обмотка выходного трансформатора 19(20) расположена на третьем тороидальном магнитном сердечнике 106, а половины рабочей обмотки 23(24) магнитного усилителя 25(26) и первичная обмотка выходного трансформатора 19(20) расположены на всех трех тороидальных сердечниках 106-108. На фиг. 9 общая обмотка 109 является одновременно рабочей обмоткой 23(24) магнитного усилителя 25(26) и первичной обмоткой трансформатора 19(20).

Выпрямитель сетевого напряжения 1 и выпрямители 7-10 (см. фиг. 1) могут быть выполнены по любой из известных схем, например по мостовой схеме. Источник 3 вспомогательного напряжения может быть реализован с помощью трансформатора и выпрямителя. Задающий генератор 4 может быть выполнен по любой из известных схем, например, по схеме автогенератора с магнитными связями, обеспечивающего на своем выходе прямоугольное напряжение типа "меандр". В этом случае вторичные обмотки его трансформатора являются выходом задающего генератора 4. Задающий генератор 4 может иметь управляющий вход, используемый для включения магнетрона 33. Блок 6 управления обеспечивает протекание необходимого тока через обмотки 27 и 28 управления магнитных усилителей 25 и 26. Стабилизаторы 31 и 32 тока могут быть реализованы, например, на микросхеме типа 142ЕН3.

Устройство регулирования мощности магнетрона СВЧ-печи работает следующим образом.

При поступлении сетевого напряжения (220 В, 50 Гц) на вход устройства (см. фиг. 1) оно выпрямляется и фильтруется выпрямителем сетевого напряжения 1 с емкостным фильтром 2 и поступает на преобразователь 5 напряжения. Одновременно с этим сетевое напряжение преобразуется в источнике 3 вспомогательного напряжения с задающим генератором 4 в постоянное напряжение, используемое для питания блока 6 управления, и в переменное напряжение прямоугольной формы (типа "меандр"), которое с выхода задающего генератора 4 поступает на управляющие входы преобразователя 5 напряжения. В преобразовательных ячейках 11-14 преобразователя 5 напряжение U_пит с выхода фильтра 2 преобразуется управляемыми транзисторными усилителями 15-18 мощности в переменное напряжение прямоугольной формы (типа "меандр"), частота которого равна частоте управляющего напряжения, поступающего с выхода задающего генератора 4, и повышается с помощью трансформаторов 19-22 до необходимого уровня. Напряжение с вторичных обмоток трансформаторов 19-22 выпрямляется выпрямителями 7-10 и поступает на выходные выводы устройства, к которым подключается анод (А) и катод (К) магнетрона 33. Один (22) из трансформаторов ячеек 11-14 имеет дополнительную обмотку, с которой напряжение поступает непосредственно (см. фиг. 1) или через дополнительный выпрямитель на выходные выводы устройства, к которым подключается накал (Н) магнетрона 33. Для питания накала магнетрона 33 может использоваться дополнительный трансформатор, первичная обмотка которого подключается к выходу управляемого транзисторного усилителя 18 мощности. В ячейках 11 и 12 преобразователя 5 в цепь первичной обмотки трансформаторов 19 и 20 включены рабочие обмотки 23 и 24 магнитных усилителей 25 и 26. Блок 6 управления с помощью стабилизаторов 31 и 32 тока обеспечивает через дроссели 29 и 30 необходимый ток в обмотках 27 и 28 управления магнитных усилителей 25 и 26, которые работают в режиме вынужденного намагничивания.

При воздействии на устройство регулирования дестабилизирующих факторов (например увеличении сетевого напряжения) изменяется (увеличивается) напряжение на рабочих обмотках 23 и 24 магнитных усилителей 25 и 26, поскольку ток в обмотках 27 и 28 управления поддерживается стабилизаторами 31 и 32 тока неизменным. При этом напряжение во вторичных цепях трансформаторов 19 и 20 не изменяется, ограничивая изменения тока через магнетрон 33. Тем самым обеспечивается стабилизация тока через магнетрон 33.

Блок 6 управления может работать в режиме фиксированного выходного тока, который устанавливается в зависимости от рабочего тока магнетрона 33 либо в режиме автоматического поддержания заданного через магнетрон 33 тока. В последнем случае в выходную цепь устройства регулирования устанавливается датчик тока (на фиг. 1 показан пунктиром), сигнал с которого поступает в блок 6 управления, где он сравнивается с эталонным. Разность этих сигналов усиливается и управляет стабилизаторами 31 и 32 тока таким образом, что при воздействии на устройство регулирования различных дестабилизирующих факторов (например при изменении сетевого напряжения) обеспечивается необходимый ток в обмотках 27 и 28 управления и соответствующее падение напряжения на рабочих обмотках 23 и 24 магнитных усилителей 25 и 26. При этом трансформируемое трансформаторами 19 и 20 и выпрямленное выпрямителями 7 и 8 напряжение изменяется, поддерживая стабильный ток через магнетрон 33.

Необходимый динамический диапазон стабилизации тока через магнетрон 33 определяет число n преобразовательных ячеек, содержащих магнитный усилитель. При n=N динамический диапазон стабилизации тока максимален.

Однако, использование магнитных усилителей только в части (n<N) преобразовательных ячеек приводит к повышению КПД и надежности устройства регулирования, а также к уменьшению массы и габаритов устройства.

Обеспечение стабилизации тока через магнетрон позволяет повысить надежность его работы, а также уменьшить влияние характеристик магнетрона на устройство регулирования, проявляющееся в увеличении нагрузок на последний, а следовательно, повысить надежность работы устройства регулирования. Кроме того, уменьшается расчетная мощность элементов в устройстве регулирования, их масса и габариты.

Управляемый транзисторный усилитель мощности, изображенный на фиг. 2(3) работает следующим образом. При подаче постоянного напряжения U_пит и переменного напряжения прямоугольной формы от задающего генератора 4 на управляющие входы транзисторных ключей 37 и 41 (58, 62, 75 и 79) они начинают попеременно открываться и закрываться. Например, при открывающем напряжении на транзисторном ключе 37 (58 и 79) и при подаче переменного напряжения от задающего генератора 4 на обмотку 54 (91 и 92) трансформатора 36 (57 и 74) тока через транзистор 34 (55), обмотку 35 (56) трансформатора (57) 36 тока, транзисторный ключ 37 (58), обмотку 53 (89) трансформатора 36(57) тока, нагрузку, подключаемую к выходу управляемого усилителя мощности, начинает протекать ток. Далее этот ток протекает в полумостовой схеме (см. фиг. 2) через конденсатор 44, а в мостовой схеме (см. фиг. 3) через обмотку 90 трансформатора 74 тока, транзистор 77, обмотку 78, транзисторный ключ 79. Необходимо отметить, что в мостовой схеме транзисторы 55 и 77, 60 и 72, а также транзисторные ключи 58 и 79, 62 и 75 работают в фазе. Поэтому процессы, протекающие в элементах плечей мостовой схемы, работающих в фазе, одинаковые. В полумостовой схеме процессы, происходящие в конденсаторах 43 и 44 противофазны.

Ток в обмотке 35 (56 и 78) трансформатора 36 (57 и 74) тока больше тока в обмотке 53 (89 и 90) на величину тока базы. При использовании биполярных транзисторов 34, 39 (55, 60, 72 и 77) с коэффициентом насыщения 1,5-2, соотношение токов в обмотках 35 (56 и 78) и 53 (89 и 90) будет 1,2-1, при этом соотношении витков в обмотках 35 (56 и 78) 53 (89 и 90) должно быть равно 1-1,2. Т. е. трансформатор 36 (57 и 74) тока имеет по коллекторным и базовым обмоткам коэффициент трансформации близкий к 1, что позволяет обеспечить наилучшую связь для реализации блокинг-процесса (процесса переключения). Протекание тока нагрузки по обмотке 53 (89 и 90) трансформатора 36 (57 и 74) тока обеспечивает надежный режим насыщения транзистора 34 (55 и 77) через обмотку 35 (56 и 78) и транзисторный ключ 37 (58 и 79).

При смене полярности управляющего напряжения на управляющих входах управляемого транзисторного усилителя мощности транзисторные ключи 37 и 41 (58, 62, 75 и 79) переключаются: ключ 37 (58 и 79) закрывается, а ключ 41 (62 и 75) открывается. При этом эмиттерный ток транзистора 34 (55 и 77) устремляется через коллекторно-базовый переход транзистора 34 (55 и 77), обмотку 53 (89 и 90) трансформатора 36 (57 и 74 тока) и нагрузку. При этом ток, наводимый в обмотке 35 (56, 78) трансформатора 36 (57 и 74) тока закорачивается через цепочку диодов 45-47 (64-66, 84-86). На обмотке 40 (61 и 73) трансформатора 36 (57 и 74) тока фиксируется запирающее напряжение, равное U_д, где U_д - прямое падение напряжения на последовательно соединенных диодах 45-47 (64-66, 84-86), для транзистора 39 (60 и 72), которое передается на базо-эмиттерный переход транзистора 39 (60 и 72) через шунтирующий диод 42 (63 и 76) или транзисторный ключ 41 (62 и 75). В течение времени рассасывания коллекторного перехода транзистора 34 (55 и 77) транзистор 39 (60 и 75) блокируется отрицательным напряжением на обмотке 40 (61 и 73) трансформатора 36 (57 и 74) тока. После запирания транзистора 34 (55 и 77) ток через обмотку 53 (89 и 90) трансформатора 36 (57 и 74) тока прекращается. Начинается циркуляция (рекуперация) реактивного тока нагрузки через диод 52 (71 и 87). Транзистор 39 (60 и 72) открывается по базо-эмиттерному переходу положительным потенциалом напряжения, передаваемым обмоткой 54 (91 и 92) трансформатора 36 (57 и 74) тока в обмотку 40 (61 и 73). После запирания рекуперационного диода 52 (71) и 87) начинается увеличение тока нагрузки и развитие блокинг-процесса, при котором транзистор 39 (60 и 72) насыщается и поддерживается в этом состоянии током, протекающим через обмотку 53 (89 и 90) трансформатора 36 (57 и 74) тока. Далее в элементах 38 (59 и 80), 39 (60 и 72), 40 (61 и 73), 41 (62 и 75) 48-50 (67-69, 81-83), 51(70 и 88) происходят процессы, аналогичные тем, которые происходили в предыдущий полупериод в элементах 34 (55 и 77), 35 (56 и 78), 37(58 и 79), 42(63 и 76), 45-47 (64-66, 84-86), 52 (71 и 87).

Напряжение U_w на обмотке 35 и 40 (56, 78, 61 и 73) трансформатора 36 (57 и 74) тока выбирается из условия U_w= U_бэ+I_эR_си, где U_бэ - напряжение насыщения базо-эмиттерного перехода транзистора 34 и 39 (55, 77, 60 и 72); I_э - минимальный ток эмиттера транзистора 34 и 39 (55, 77, 60 и 72); R_ис - сопротивление сток-исток транзисторного ключа 37 и 41 (58, 79, 62 и 75) в проводящем состоянии (при использовании полевых транзисторов).

Причем падение напряжения на последовательно соединенных диодах 45-47, 48-50 (64-66, 84-86, 67-69, 81-83) должно быть U_д>U_w.

Диоды последовательных цепочек 45-47, 48-50(64-66, 84-86, 67-69, 81-83) должны быть импульсные маломощные, рассчитанные на импульсный ток, равный I_э, в течение времени рассасывания коллекторного перехода транзистора 34 и 39 (55, 77, 60 и 72).

При смене полярности напряжения на управляющих входах управляемого транзисторного усилителя 15-18 мощности (см. фиг. 2, 3) от периода к периоду управляющего напряжения все процессы повторяются и происходят аналогично.

Таким образом, в квазистатическом и динамическом режимах транзисторы 34 и 39 (55, 60, 72 и 77) включены по схеме с общей базой, что повышает их быстродействие и надежность в динамическом режиме (в режиме переключения). При этом реализуется режим эмиттерной коммутации и пропорционально-токового управления, что позволяет обеспечить необходимую траекторию переключения транзисторов, снизить потери мощности, повысить КПД и надежность преобразователя напряжения. Причем обеспечивается надежная работа транзисторов, имеющих допустимые параметры (например, граничное напряжение между коллектором и эмиттером) меньше, чем в известных схемах.

На фиг. 4 представлен вариант соединения управляющих входов управляемых транзисторных усилителей 15-18 мощности, входящих в состав преобразователя 5 напряжения. Переменное напряжение прямоугольной формы (типа "меандр") с выхода задающего генератора 4 поступает на управляющие входы усилителя 15 мощности первой преобразовательной ячейки 11. С выхода усилителя 15 мощности прямоугольное напряжение поступает через трансформатор 93 на управляющие входы усилителя 16 мощности второй преобразовательной ячейки 12. С выхода усилителя 16 мощности прямоугольное напряжение поступает через трансформатор 93 на управляющие входы усилителя 17 мощности третьей преобразовательной ячейки 13, а с выхода усилителя 17 мощности прямоугольное напряжение поступает через трансформатор 93 на управляющие входы усилителя 18 мощности четвертой преобразовательной ячейки 14. Сами усилители 15-18 мощности работают, н