Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения
Изобретение относится к средствам получения высоковольтного импульсного напряжения. Технический результат - снижение 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. Для этого предложено устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения, которое содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (2), два управляемых ключа (6) и (41), управляемый переключатель (25), а также последовательно соединённые между собой конденсатор (20), диод (22) и дополнительный управляемый переключатель (28), управляемый преобразователем (33) длительности импульсов, поступающих со схемы управления (14). 8 ил.
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.com/file/482591 , а также на сайте http://www.bludger.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 A1 (опубликована 15 декабря 2011 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 (τдиода) 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 выходом-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 управления-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 τи1 на первом выходе-18 схемы управления-14;
в) управляющие импульсы прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τпр на выходе-35 преобразователя длительности импульсов прямоугольной формы-33, причём τпр = τи1 -∆τ, где
∆τ > τдиода – 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 τдиода» – «Диод закрыт»;
д) высоковольтное импульсное напряжение между выводами-8,-4 в индуктивной нагрузке-2;
е) управляющие импульсы длительностью τи2 на втором выходе-53 схемы управления-14, задержанные относительно заднего фронта управляющих импульсов прямоугольной формы длительностью τи1 на первом выходе-18 схемы управления-14 на величину τдоп ;
ж) импульсное напряжение пилообразной формы на низкоомном резисторе-11 первого управляемого ключа-6 (отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи1).
Предлагаемое устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения работает следующим образом.
С выхода-18 схемы управления-14 прямоугольные импульсы длительностью τи1 (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 τпр = τи1-∆τ (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 первого конденсатора-20 формируется напряжение, близкое по величине к выходному напряжению низковольтного источника-12 постоянного напряжения. После окончания управляющего импульса длительностью τпр = τи1-∆τ 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 τдиода, см. временную диаграмму фиг. 2г).
При выборе длительности управляющего импульса τпр на выходе-35 преобразователя-33 длительности импульсов прямоугольной формы такой, что выполняется соотношение τи1–τпр = ∆τ > τдиода , к моменту окончания управляющего импульса длительностью τи1 на выходе-18 схемы управления-14 диод-22 окажется надёжно закрытым (см. временные диаграммы фиг.2в,г).
После окончания прямоугольного импульса длительностью τи1, 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.
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-11 первого управляемого ключа-6, отражающее изменение тока в индуктивной нагрузке-2 во время действия управляющего импульса прямоугольной формы с заранее заданной длительностью τи1 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 τи1), 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 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 τи2 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 τи2 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 τи1 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», см.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.
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.
