Устройство для формирования импульсов тока чередующейся направленности

Устройство для формирования импульсов тока чередующейся направленности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ЙСА

ИЗОЬРЕТ и asTQpCNQMY СВид (6l) Дополнительное к авт. сви (22) Заявлеио01.09.76 (21) 24 с присоедииеииеле заявки № (23) ПриоритетОпубликоваио 05. 04. 7 9.Б.

Дата опубликования опис

В 41/34

Государственный комитет

СССР оо делам изооретеней и открытий

621. 3.

4(088.8) (72) Автор изобретения

A. А. Мозго

Ордена Трудового Красного Знамен|| институт физики

АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) YCTPOHCTBO ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ИМПУЛЬСОВ

ТОКА ЧЕРЕДУЮЩЕЙСЯ НАПРАВЛЕННОСТИ .

Изобретение относится к области квачговой электроники и может быть использовано для формирования импульсов тока через газоразрядную лампу накачки активного тела оптического квантового генератора (ОКГ) .с чередованием направленности тока через лампу накачки.

Известны устройства для формирования импульсов тока чередующейся направленности для питания импульсной газоразрядной лампы, основанные на заряде емкостного накопителя с последуюшим разрядом

его на импульсную газоразрядную лампу накачки активного тела оптического квантового генератора jl ).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство формирования импульсов тока чередуюшейся направленности для питания импульсной газоразрядной лампы, работающей в режиме часто повторя|оп|ихся вспышек, 2О содержашее емкостный накопитель, со диненный с питаюшей сетью через однополупериодный выпрямитель, а с клеммами для подключения силовых электродов газоразрядной Лампы - через четыре разрядных тиристора, блок задания частоты следования вспышек, синхронизированный с напряжением питаюц|ей сети и связанный через блок поджига с клеммой для подключения поджнгающего электрода газоразрядной лампи, две схемы совпадения, соединенные импульсными входами с выходом блока задания частоты следования вспышек, а потенциальными входами — c соогветствуюшими выходами триггера, блок поджига, соединенный входом с выходом блока задания частоты слечования вспышек, а выходом — с клеммой для подключения поджигаюшего электрода лампи, линию задержки, подключенну|о своим входом к выходу блока задания частоты следования вспышек, а выходом — ко гходу триггера j2).

Недостатком указанного устройства является напряженный режим емкостного накопителя, и связанная с этим необходимость использования конденсаторов Во656242

3 вышенной реактивной мошности, а также невозможность формирования круглого заднего фронта импульса тока через лампу и связанное с этим безвозвратное рассеяние энергии. Ю

Белью изобретения является облегчение режима работы емкостных накопителей и повышение КПД устройства.

Указанная цель достигается тем, что выпрямитель выполнен управляемым, а щ устроиство снабжено емкостным накопителем отрицательного заряда, соединенным с катодом второго разрядного тиристора и через дополнительно введенный управляемый выпрямитель - с силовой сетью, д двумя блоками искусственной коммутации, - подключенными параллельно к разрядным тиристорам, двумя встречно-параллельно подключенными к разрядным тиристорам диодами, фотоэлектрическим приемником, 20 выход которого подключен к управляюшим входам блоков искусственной коммутации и к управляюшему электроду доцолнительно введенного симистора, который своими силовыми электродами соединен с клем- 2S мами для подключения гаэоразрядной лампы, двумя блоками формирования синхросигналов, соединенными соответственно своими выходами с управляюшими входа ми управляемых выпрямителей, а синхро- 30 низируюшими входами — с силовой сетью, двумя дополнительными схемами совпадения, соединенными своими выходами с управляюшими входами блоков формирования синхросигналов, а коммутнруюшими 35 входными цепями — с выходными цепями триггера, компаратором положительного уровня и компаратором отрицательного уровня, соединенными своими входами с соответствуюшими емкостными накопите- 46 лями, а выходами - с управляюшими входами дополнительных схем совпадения.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы ф5 устройства, атражаюшая характер изменения напряжении и токов в различных узлах устройства.

Устройство состоит из управляемых выпрямителей 1 и 2, емкостных накопиЮ телей 3 и 4-, разрядных тиристоров 5 и

6, блоков искусственной коммутации . 7 и 8 для запирания соответствуюших тиристоров, диодов 9 и 10, дросселя 11, импульсной газоразрядной лампы 12, симистора 13, фотоэлектрического приемника 14, блоков 15 и 16 формирования сигсинхронных с напряжением питаюшей. сети, схем совпадения 17, 18,компаратора отрицательного уровня 19, компаратора положительного уровня 20, схем совпадения 21, 22,триггера 23, линии задержки 24, блока 25 задания частоты следования вспышек и блока 26 поджига импульсной газораэрядной лампы

12. Устройство содержит также вспомога тельную систему блокировки, исключающую возможность подачи открываюшего сигнала на входы управляемых выпрями- . телей 1 и 2, если процесс горения лампы 12 еше не закончился. Вспомогатеж ная система блокировки, не играюшая принципиальной роли, в целях упрошения чертежа на фиг. 1 не приведена.

На временной диаграмме приведены графики изменения напряжения на клеммах А-А (см. временную ось О ), на емкостных накопителях 3 (ось О ) и 4 (ось lJ< ), .на выходе блока 25 (ось Щ, на выходе блоков 15 и 16 (соответственно оси О и О„а ), а также формы токов через лампу накачки 12 {ось Л } и симистор 13 {ось J<> ).

Управляемый выпрямитель 1 служит для зарядки емкостного накопителя 4 напряжением положительной полярности, а управляемый выпрямитель 2 - для зарядки емкостного накопителя 3 напряжением отрицательной полярности. Накопители 3 и 4 служат для накопления энергии и последуюшего разряда ее на импульсную газоразрядную лампу 12, которая является источником света накачки активного тела

ОКГ. Накопители разряжаются на лампу поочередно. Тиристоры 5 и 6 обеспечивают разряд соответствуюших накопителей 4 и 3 на лампу накачки 12 в нужные моменты времени и отключение накс пителей от лампы после генерации излучения оптическим квантовым генератором.

Блоки искусственной коммутации 7 и 8 осушествляют запирание соответствуюших тиристоров 5 и 6 после генерации излучения ОКГ. Через диоды 9 и 10 происхо дит перекачка в соответствуюшне емкостные накопители 4 и 3 энергии, не .израсходованной в процессе предыдушей вспышки и оставшейся в дросселе 11. Дроссель

11 служит для формирования сравнительно пологого переднего фронта импульса тока через газораэрядную лампу 12 и обеспечивает перекачку энергии, не израсходованной в процессе вспышки и оставшейся в виде энергии магнитного поля дросселя, в соответстнуюшнй накопитель.

Симистор 13 служат для шунтирования имцульснойлампы 12 в нужный момент

656242 времени и формирования крутого заднего фронта импульса тока через лампу, Фотоэлектрический приемник 14, на который отводится часть излучения ОКГ, служит дпя преобразования поступившей нв него световой анергии в апектрические сигналы и управления благодаря этому блоками 7 и 8 искусственной коммутации тиристоров, а также дпя отпирания симиотора 13. Компаратор отрицвтепьнаго уров-tO ня 19 осушествпяет контроль эа напряжением на емкостном накопителе 3 и чеpes схему совпадения 17 снимает разрешаюший сигнал с управпяюшего входа бпока 15 формирования синхросигнвпов при . зарядке накопителя 3 до заданного уровня напряжения отрицательной полярности.

Компаратор положительного уровня 20 через схему совпадения 18 управляет блоком 16 формирования синхросигнапов.

Бпок 15 служит дпя отпирания в требуемый момент управляемого выпрямителя 2 путем подачи синхросигнапов на управпяюший вход последнего и работает спедуюшим образом. На синхронизирующий вход блока 15 подается переменное сетевое напряжение. На управпяюший вход блока 15 через схему совпадения 17 поступвют сигналы от компарвтора отрицав тельного уровня 19. При поступлении разрешаюшего сигнала на выходе блока 15 возникают пачки импульсов, соответствуюшие во времени отрицательным попупериодвм питаюшей сети. Блок 16 формирования синхросигнапов управляется через схему совпадения 18 компаратором положительного уровня 20 и и генерирует пачки импульсов дпя управления выпрямитепем 1, соответствуюшие во времени попожитепьным попупериодам сети. Возникновение пачки имнупьсов на выходе бпоков 15 ипи 16 возможно пишь синхронно с моментом перехода сетевого напряжения через нулевое значение. Схемы сов падения 17 и 18, управляемые триггером 23, обеспечивают передачу сигнапов от компарвторов уровня 19 и 20 нв один иэ блоков (15 или 16) формирования синхросигнвлов. Через схемы совпадения 21 и 22 блок 25 осушествпяет отпирание тнристоров 5 и 6, через линию задержки 24 - управление триггером 23, а через блок 26 - поджиг гаэоразрядной лампы 12. Триггер 23 через свои выходные цепи управляет схемами совпаде, ния 17, 18, 21 н 22. Схемы совпадения

: 21 и 22 обеспечивают передачу отпираюшего сигнвпа от звпвюшего частоту вспыщек бпока 25 нв управпяюший алектрод одного иэ тиристоров 5 или 6. Линия задержки 24 осуществляет задержку перехода триггера 23 из одного стабильного состояния в другое по отношению к моменту отпирания тиристоров 5 ипи 6. Благодаря атому предотврашается отпирание обоих тиристоров одновременно нпн отпирание одного тиристора вместо другого.

Блок 26 служат дпя усипения сигнала, снятого с блока 25 и обеспечения надежного поджига гаэоразрядной пампы 12.

Устройство работает спедуюпщм образом.

Р момент 4> вкпючения устройства емкостные накопители 3 и 4 не заряжены, и компараторы 19 и 20 подают разрешаюшие сигналы нв входы схем совпадения 17 и 18. Триггер 23 подает разрешающий сигнал нв схемы совпадения 17 и 21 и запрешаюший сигнап — на схемы совпадения 18 и 22. На выходах бпоков

15 и 16 формирования синхросигнапов сигналы отсутствуют.

В момент .6 синхронно с переходом переменного питаюшего напряжения через нуль нв выходе блока 15, открытого по своему управпяющему входу, начинается генерация пачки импульсов, поступаюших на упрввпяюший вход управляемого выпрямителя 2. Управляемый выпрямитель 2 отпирается и таким образом синхронно с моментом начала отрицательной попувоп-. ны питаюшего напряжении начинается зарядка емкостного накопителя 3 напряжением отрицательной полярности. При повышении напряжения по абсолютному значению до требуемой величины-О,(момент

Q), комивратор отрицвтепьного уровня

19 через схему совпадения 17 снимает разрешаюший сигнал с управпяюшего входа блоке 15, в результате чего последний прекрвшвет генерацию пачки импульсов.

Сигнал с упрввпяюшего входа управляемого выпрямителя 2 снимается. При снижении мгновенного значения питающего напряжения по абсолютной величине ниже уровня напряжения нв накопителе 3 уира пяемый выпрямитель 2 запирается, процесс зарядки накопителя прекрвшается.

B зависимости от мошности зарядных цепей и заданного уровня напряжения нв накопителе процесс зарядки может дпить ся и несколько полупернодов напряжения питвюшей сети. В целях упрошения чертежа в качестве илгпострвции работы yew ройствв нв фиг. 2 приведен случай эвряд656242 ки накопителч в течение одного полупериода питаюшего напряжения.

В момен- 4 блок 25 выдает импульс, запускаюший пинию задержки 24 в поступаюший также через блок 26 на поджи- 5 гаюший элсктрод гаэоразрядной лампы 12„ а через схему совпадения 21, открытую по своему ПОте1?циалье1ому входу тригге ром 23, - ча управ??яющий электрод тиристора 6. Начинается разрядка емкост- 10 ного накопителя J через тиристор 6 и дроссель 11 на газоразряд1?ую лампу 12 импульсом тока первоначальной (в данном примере отрицательной) направленности.

Энергия светового излучения лампы 12 15 осуществляет оптическую накачку активного тела оптического квантового генератора, не приведенного на схеме в целях упрошения чертежа.

В момент Ь4, когда процесс разрядки накопителя 3 на лампу 12 еше не закончился, оптический квантовый генератор под действием энергии накачки выдает импульс светового излучения. "?асть энерГии этОГО излучее1ия Отводится на фотО электрический приемник 14, который преобразует ее в электрический сигнал, поступаюший на управляюшие цепи блоков 7 и 8 искусственной коммутации тиристоров и на управляюший электрод симистора 13.

Симистор отпирается, его прямое сопро тивление становится значительно меньшим внутреннего сопротивления импульсной лампы 12 и ток в лампе практически прекрашается, т.е. формируется крутой"задний

Ы фронт импульса тока через гаэораэрядную лампу. Тиристор 6 в момент 1 запирается блоком 8 искусственной коммутации.

Энергия, не израсходованная в процессе вспышки и оставшаяся в накопителе 3, 4О по-прежнему остается в накопителе. Энергия же, оставшаяся к моменту Ь„в дросселе 11 в результате колебательного процесса за интервал времени t -, перекачивается из дросселя 11 через отпер45 тые симистор 13 и диод 9 в емкостной накопитель 4, подзаряжая последний до некоторого значения напряжения положительной полярности. Епагодаря этому энергия; не использованная для оптической

56

1?акачки активного тела ОКГ, не расходуется на уже безполезный разряд через лампу и не рассеивается безвозвратно на активных элементах, а сохраняется в емкостных накопителях и используется в последуюц?их вспышках. Тем самым обеспечивается высокий КПД устройства. С незначительной задержкой дд Относительпо момента импульсом, поступившим с выхода линии задержки 24, триггер 23 переводится в другое устойчивое полож ние. Он снимает раэрешаюшие сигналы со входов схем совпадения 17 и 2 1 и подает разрешающие сигналы на входь1 схем совпадения 18 и 44. Наличие в схе» ме линии задержки 24 необходимо для обеспечения четкой работы устройства, а именно подключения возможности отпирания одного тиристора (5 и 6) взамен другого или отпирания обоих тиристоров (5 и 6) одним и тем же выходным импульсом блока 25, поступившим на управляюшие электроды тиристоров через схемы совпадения 21 и 22, поочередно открытые триггером 23. Длительность интервала Г, д, на которую рассчитывается линия задержки, должна быть не меньше длительности импульса, поступаюшего с выхода блока 25 на входы схем совпадения 21 и 22.

В момент с синхронно с началом положительной полуволны переменного напряжения питающей сети блок 16 формирования синхросигналов, открытый по своему управляюшему входу компаратором положительного уровня 20 через схему совпадения 18, начинает генерацию па ?ки импульсов, поступаюших на управляюший вход управляемого выпрямителя 1. Последний отпирается, и начинается зарядка емкостного накопителя 4 напряжением положительной полярности. При зарядке накопителя 4 в момент 7 до заданного уровня напряжения + U (+ U = /-Оо/ ) компаратор положительного уровня 20 через открытую схему совпадения 18 снимает разрешаюший сигнал с управляюшего входа блока 16 формирования синхросигналов. Последний: прекрашает генерацию пачки импульсов, подаваемых на управляюший вход управляемого выпрямителя

1. При снижении мгновенного значения питающего напряжения ниже уровня за» рядки накопителя 4 управляемый выпрямитель 1 запирается.

В момент t блок 25 выдает импульс, запускаюший линию задержки 24 и поступаюший также через блок 26 на поджигаюший электрод газоразрядной лампы 1 а через схему совпадения 22, открытую по потенциальному входу триггером 23,на управляюший электрод тиристора 5.

Начинается разрядка емкостного на..опителя 4 через тиристор 5 и дроссель 11 на газоразрядную лампу 12 импульсом тока положительной направленности (т.е.

9 656242 10 противоположной по сравнению с предыдущей вспышкой). Энергия светового излучения лампы 12 осуществляет оптическую, накачку активного тела ОКГ, В момент с, когда пропесс разряд- S ки накопителя 4 на лампу 12 еше не закончился, ОКГ под действием энергии накачки выдает импульс светового излучения. Часть энергии этого излучения, преобразованная фотоэлектрическим приемни- 10 ком 14 в электрический сигнал, поступает на управляющие цепи блоков 7 и 8 искусственной коммутапии тиристоров и на управляющий электрод симистора 13.

Отпертый симистор 13 своим низким соп- М ротивлением шунтирует гаэораэрядную лампу 12, ток в ней практически прекращается. Тиристор 5 в момент t запирается блоком 7 искусственной коммутации. Энергия, не израсходованная в пропессе вспыш-20, ки и оставшаяся в емкостном накопителе 4, по-прежнему остается в накопителе. Энергия же, оставшаяся к моменту в дросееле 1 1, в результате колебательного процесса за интервал времени 25 -ф перекачивается из дросселя 11 через отпертые симистор 13 и диод 10 в емкостной накопитель 3, подзаряжая последний до некоторого значения напряжения отрицательной полярности. Как и в ЭО процессе первой вспышки, энергия не использованная для оптической накачки активного тела OKI; сохраняется в емкос ных накопителях, что обеспечивает высокий KHll устройства.

ЭЗ

Применение в предложенном устройстве емкостного накопителя отрипательного заряда, управляемого выпрямителя, двух блоков искусственной коммутапии, двух диодов, фотоэлектрического приемника, симистора, двух блоков формирования синхросигналов, двух дополнительных схем совпадения, компаратора отрипательного уровня и компаратора положительного уровня позволяет обеспечить работу емкостных накопителей в облегченном режиме, снизить необходимую реактивную мошност6 конденсаторов накопителей, а также повысить KHLL

Помыло питания ламп накачки активного тела оптических квантовых генераторов предлагаемое изобретение может быть ис йольэ вано в устройствах по возбуждению

S5

% юследованию люминеспенции, в стробоФ(оадЧеской и кинопроекционной аппаратуре„a мощных импульсных осветительных устройст вах.

Формула изобретения

Устройство для формирования импульсов тока чередующейся направленности для питания импульсной газораэрядной лампы, работакядей в режиме часто повторяющихся вспышек, содержащее емкостный накопитель положятельного заряда, подключенный к силовой сети через выпрямитель, первый разрядный тирнстор, подключенный анодом к емкостному накопителю, управляющим электродом - к первой схеме совпадения, а катодом через дроссель - к клемме для подключения одного из силовых электродов, импульсной газораэрядной лампы, второй силовой электрод которой подключается ко второй клемме, соединенной с отрицательным выводом емкостного накопителя положительного заряда, второй разрядный тиристор, соединенный анодом с упомянутым дросселем, а управляющим электродом- со вто- рой схемой, совпадения, блок задания частоты следования вспышек, соединенный со входом линии задержки и импульсными входами схем совпадения, а также через блок поджига - с клеммой для подключения поджигакяцего электрода газоразрядной лампы, триггер, соединенный своим входом с выходом линии задержки, а выходными цепями - с потенциальными входами схем совпадения, о т л и ч а ю— ш е е с я тем, что, с пелью облегчения режима работы емкостных накопителей и повышения KHQ, выпрямитель выполнен управляемым, а устройство снабжено емкостным накопителем отрицательного заряда, соединенным с катодом второго разрядного тиристора и через дополнительно введенный управляемый выпрямитель — с силовой сетью, двумя блокамн искусственной коммутации, подключенными к разрядным тнристорам, двумя встречно-параллельно подключенными к разрядным тиристорам диодами, фотоэлектрическим приемником, выход которого подключен к управляющим входам блоков искусствен ной коммутации и к управпякяцему электроду дополнительно введенного симистора, который своими силовыми электродами соединен с клеммами для подключения газоразрядной лампы, двумя блоками формирования синхросигналов, соединенными соответственно своими выходами с управляющими входами управляемых выпрямителей, а синхронизируюшими входами - с силовой сетью, двумя дополнительными схемами совпадения, соединенными свои65(З 242

Се

-и, и„

7ff ми «ыходами с унравлякяпими входами блоков формирования синхросигналов, а коммутируюпими входными цепями - с выходными цепями триггера, компаратором положительного уровня и компаратором Отрицательного уровня, соединенными своими входами с соответствуюн1ими . емкостными накопителями, а выходамис управляющими входами дополнительных схем совладения.

Источники информации, принятые во внимание при акслертизе

1. авторское свидетельство (СС(5 Иг 421151, кл. Н 05 В 11/;< -, 1 371.

2. Заявка % 2400397/24-07 от

20. 08.76 г, по которой принято решение f0 о выдаче авторского свидетельства.

Lfl-1ИИ ПИ Заказ 1554/49

Тираж 043 Подпнсное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Г!роектная, 4