RU2097910C1

RU2097910C1 - Pulse generator

Info

Publication number: RU2097910C1
Application number: RU94025946A
Authority: RU
Inventors: И.В. Грехов; С.В. Коротков
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1997-11-27
Also published as: RU94025946A

Abstract

FIELD: heavy-current semiconductor equipment. SUBSTANCE: pulse generator includes constant voltage source 1, saturation transformer 2, diodes 3, 4 8, capacitor 5, saturation choke 6, dinistor 7 switched on reversibly, load circuit 9, starter 10, charger 11, key element 12, former 13 of control current. Invention can be used in power supply sources of high-power lasers and in equipment for electric charge cleaning of industrial waste. EFFECT: expanded application field of pulse generator. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сильноточной полупроводниковой техники и может быть использовано в источниках питания мощных лазеров и в устройствах электрозарядной очистки промышленных отходов. The invention relates to the field of high-current semiconductor technology and can be used in power sources of high-power lasers and in devices for electric charging treatment of industrial waste.

Известен импульсный генератор [1] содержащий цепь коммутации из последовательно соединенных реверсивно включаемого динистора (РВД), дросселя насыщения, конденсатора и первого диода, а так же источник постоянного напряжения, зарядную цепь из последовательно соединенных дросселя и тиристора, подключенную между положительным выводом источника и первым выводом конденсатора, демпфирующую цепь из последовательно соединенных резистора и второго диода, подключенную между анодом РВД и катодом первого диода, цепь нагрузки, подключенную между катодом РВД и анодом первого диода и блок запуска, подключенный параллельно РВД и соединенный положительным выводом с его катодом. Отрицательный вывод источника соединен со вторым выводом конденсатора, с анодом второго диода и с катодом первого диода. Катод тиристора соединен с первым выводом конденсатора, дроссель насыщения включен между анодом РВД и катодом тиристора. Known pulse generator [1] containing a switching circuit of a series-connected reversibly switched dinistor (RVD), a saturation inductor, a capacitor and a first diode, as well as a constant voltage source, a charging circuit of a series-connected inductor and thyristor, connected between the positive terminal of the source and the first a capacitor output, a damping circuit from a series-connected resistor and a second diode connected between the WFD anode and the cathode of the first diode, a load circuit connected between the RVD cathode and the anode of the first diode and a start block connected in parallel to the RVD and connected by a positive terminal to its cathode. The negative terminal of the source is connected to the second terminal of the capacitor, with the anode of the second diode and with the cathode of the first diode. The thyristor cathode is connected to the first capacitor terminal, a saturation choke is connected between the WFD anode and the thyristor cathode.

При включении тиристора в схеме происходит заряд конденсатора от источника постоянного напряжения через зарядную цепь. Спустя некоторое время после окончания тока заряда, необходимое для выключения тиристора, включается блок запуска. При этом через РВД проходит короткий импульс тока управления, являющийся обратным по отношению к основному коммутируемому току. В процессе прохождения тока управления дроссель насыщения, обладающий большой индуктивностью в исходном состоянии, блокирует напряжение заряда конденсатора. При прохождении тока управления в структуре РВД накапливается включающий заряд, обеспечивающий его последующее однородное переключение с малыми коммутационными потерями энергии. Момент переключения РВД обусловливается моментом насыщения сердечника дросселя насыщения. При этом индуктивность дросселя резко уменьшается и к РВД прикладывается положительное напряжение. В результате он без задержки переключается и коммутирует в цепь нагрузки мощный импульс тока разряда конденсатора. Первый диод исключает возможность повторного перезаряда конденсатора через РВД при рассогласовании электрического сопротивления цепи нагрузки и волнового сопротивления цепи конденсатора. При этом избыточная энергия, отраженная от цепи нагрузки, рассеивается на резисторе демпфирующей цепи. Спустя некоторое время после прекращения тока в цепи конденсатора, достаточное для выключения РВД, происходит повторное включение тиристора и следующий акт коммутации. When the thyristor is turned on in the circuit, the capacitor charges from a constant voltage source through the charging circuit. Some time after the end of the charge current, necessary to turn off the thyristor, the start block is turned on. At the same time, a short pulse of control current passes through the HPH, which is inverse to the main switched current. In the process of passing the control current, a saturation inductor, which has a large inductance in the initial state, blocks the charge voltage of the capacitor. With the passage of the control current, a switching charge accumulates in the structure of the high pressure hitch, which ensures its subsequent uniform switching with low switching energy losses. The moment of switching the WFD is determined by the moment of saturation of the core of the saturation inductor. In this case, the inductance of the inductor decreases sharply and a positive voltage is applied to the WFD. As a result, it switches without delay and commutes a powerful pulse of the capacitor discharge current into the load circuit. The first diode eliminates the possibility of recharging the capacitor through the WFD when the electrical resistance of the load circuit and the wave resistance of the capacitor circuit are mismatched. In this case, excess energy reflected from the load circuit is dissipated on the damping circuit resistor. Some time after the current in the capacitor circuit ceases to be sufficient to turn off the WFD, the thyristor switches on again and the next switching act occurs.

Недостатком рассмотренного генератора являются большие потери энергии в демпфирующей цепи при рассеянии избыточной энергии, отраженной от цепи нагрузки. The disadvantage of this generator is the large energy loss in the damping circuit during the dissipation of excess energy reflected from the load circuit.

За прототип принят импульсный генератор [2] в котором осуществляется возврат отраженной от цепи нагрузки энергии в источник постоянного напряжения. Он содержит источник постоянного напряжения, зарядную цепь из последовательно соединенных первой обмотки трансформатора насыщения и первого диода, цепь рекуперации из последовательно соединенных второй обмотки трансформатора насыщения и второго диода, цепь коммутации из последовательно соединенных конденсатора, дросселя насыщения, РВД и третьего диода, цепь нагрузки, подключенную между катодом третьего диода и первым выводом конденсатора, а также зарядное устройство, подключенное параллельно конденсатору и блок запуска, подключенный параллельно РВД и соединенный положительным выводом с его катодом. Отрицательный вывод источника соединен с отрицательным выводом зарядного устройства, с анодом второго диода и с первым выводом конденсатора, второй вывод конденсатора подключен к катоду первого диода, дроссель насыщения включен между вторым выводом конденсатора и анодом РВД, катод РВД соединен с анодом третьего диода. Анод первого диода подключен к концу первой обмотки трансформатора, катод второго диода к началу его второй обмотки. Начало первой и конец второй обмотки трансформатора соединены с положительным выводом источника. The prototype is a pulse generator [2] in which the energy reflected from the load circuit is returned to a constant voltage source. It contains a constant voltage source, a charging circuit from the first winding of the saturation transformer and the first diode connected in series, a recovery circuit from the second winding of the saturation transformer and the second diode connected in series, a switching circuit from the series-connected capacitor, saturation inductor, RVD and the third diode, a load circuit, connected between the cathode of the third diode and the first output of the capacitor, as well as a charger connected in parallel with the capacitor and a trigger unit connected parallel to the WFD and connected by a positive terminal to its cathode. The negative terminal of the source is connected to the negative terminal of the charger, with the anode of the second diode and with the first terminal of the capacitor, the second terminal of the capacitor is connected to the cathode of the first diode, the saturation inductor is connected between the second terminal of the capacitor and the RVD anode, the cathode of the RVD is connected to the anode of the third diode. The anode of the first diode is connected to the end of the first winding of the transformer, the cathode of the second diode to the beginning of its second winding. The beginning of the first and the end of the second winding of the transformer are connected to the positive terminal of the source.

Генератор работает следующим образом. The generator operates as follows.

В исходном состоянии конденсатор заряжен от маломощного зарядного устройства до рабочего напряжения. При включении блока запуска к РВД прикладывается небольшое обратное напряжение и через него проходит короткий импульс тока управления. При этом в структуре РВД накапливается включающий заряд, необходимый для его однородного переключения. В течение времени накопления включающего заряда сердечник дросселя насыщения находится в ненасыщенном состоянии, и индуктивность дросселя достаточно велика. При этом он блокирует напряжение заряда конденсатора. После насыщения сердечника индуктивность дросселя резко уменьшается, в результате к РВД прикладывается положительное напряжение, он однородно переключается, и в схеме происходит быстрый разряд конденсатора и коммутация импульса тока в цепь нагрузки. Параметры элементов контура разряда конденсатора подобраны таким образом, что в процессе коммутации конденсатор перезаряжается до небольшого обратного напряжения. Третий диод блокирует это напряжение и создает в цепи РВД паузу тока, необходимую для его выключения. Процесс выключения РВД продолжается вплоть до момента приложения к нему положительного напряжения вследствие резонансного перезаряда конденсатора от источника постоянного напряжения через зарядную цепь. In the initial state, the capacitor is charged from a low-power charger to the operating voltage. When the start-up unit is turned on, a small reverse voltage is applied to the WFD and a short pulse of control current passes through it. At the same time, the inclusion charge necessary for its uniform switching accumulates in the structure of the WFD. During the accumulation time of the inclusion charge, the core of the saturation inductor is in an unsaturated state, and the inductor inductance is quite large. At the same time, it blocks the charge voltage of the capacitor. After saturation of the core, the inductance of the inductor decreases sharply, as a result, a positive voltage is applied to the WFD, it switches uniformly, and a fast discharge of the capacitor and switching of the current pulse into the load circuit occur in the circuit. The parameters of the elements of the capacitor discharge circuit are selected in such a way that, during the switching process, the capacitor recharges to a small reverse voltage. The third diode blocks this voltage and creates in the RVD circuit a pause of the current necessary to turn it off. The RVD shutdown process continues until a positive voltage is applied to it due to the resonant recharging of the capacitor from a constant voltage source through the charging circuit.

При достижении на второй обмотке трансформатора напряжения, превышающего величину выходного напряжения источника, через цепь рекуперации проходит импульс тока, обусловливающий возврат избыточной энергии, накопленной в конденсаторе при его перезаряде, в источник постоянного напряжения. Тем самым обеспечивается стабилизация напряжения на конденсаторе, а следовательно и выходного напряжения генератора. When a voltage exceeds the value of the output voltage of the source on the second winding of the transformer, a current pulse passes through the recovery circuit, causing the excess energy accumulated in the capacitor to be returned when it is recharged to a constant voltage source. This ensures stabilization of the voltage across the capacitor, and hence the output voltage of the generator.

Недостатком импульсного генератора-прототипа является то, что при выбранном коэффициенте трансформации трансформатора насыщения и постоянной величине выходного напряжения источника отсутствует возможность регулирования выходного напряжения генератора. The disadvantage of the pulse generator of the prototype is that with the selected transformation ratio of the saturation transformer and a constant value of the output voltage of the source, it is not possible to control the output voltage of the generator.

Задача заявляемого решения создание импульсного генератора с регулируемым выходным напряжением. Указанная задача решается в импульсном генераторе, содержащем источник постоянного напряжения, зарядную цепь из последовательно соединенных первого диода и первой обмотки трансформатора насыщения, цепь рекуперации из последовательно соединенных второго диода и второй обмотки трансформатора насыщения, цепь коммутации из последовательно соединенных конденсатора, дросселя насыщения, реверсивно включаемого динистора и третьего диода, цепь нагрузки, а также зарядное устройство, подключенное параллельно конденсатору; блок запуска, подключенный параллельно реверсивно включаемому динистору; катод первого диода подключен к первому выводу конденсатора, катод второго диода к началу второй обмотки трансформатора, анод первого диода к концу первой обмотки трансформатора, положительный вывод источника соединен с началом первой и с концом второй обмотки трансформатора, отрицательный вывод источника с отрицательным выводом зарядного устройства и со вторым выводом конденсатора, положительный вывод блока запуска соединен с катодом реверсивно включаемого динистора и с анодом третьего диода, цепь нагрузки включена между катодом третьего диода и вторым выводом конденсатора, дроссель насыщения подключен между анодом реверсивно включаемого динистора и первым выводом конденсатора. Новым в котором является то, что генератор дополнительно содержит ключевой элемент и формирователь тока управления ключевого элемента, причем ключевой элемент подключен между анодом второго диода и отрицательным выводом источника. The task of the proposed solution is the creation of a pulsed generator with an adjustable output voltage. This problem is solved in a pulse generator containing a constant voltage source, a charging circuit from a series-connected first diode and a first winding of a saturation transformer, a recovery circuit from a series-connected second diode and a second winding of a saturation transformer, a switching circuit from a series-connected capacitor, a saturation inductor, reversibly switched a dynistor and a third diode, a load circuit, as well as a charger connected in parallel with a capacitor; a launch unit connected in parallel with the reversibly switched dinistor; the cathode of the first diode is connected to the first output of the capacitor, the cathode of the second diode to the beginning of the second transformer winding, the anode of the first diode to the end of the first transformer winding, the positive terminal of the source is connected to the beginning of the first and the end of the second transformer winding, the negative terminal of the source with the negative terminal of the charger and with the second terminal of the capacitor, the positive terminal of the starting block is connected to the cathode of the reversibly switched dynistor and to the anode of the third diode, the load circuit is connected between the cathode tr of the diode and the second output of the capacitor, a saturation reactor is connected between the anode of the reversibly switched-on dinistor and the first output of the capacitor. Which is new in that the generator further comprises a key element and a driver of the control current of the key element, the key element being connected between the anode of the second diode and the negative terminal of the source.

Указанная задача решается при выполнении ключевого элемента в виде тиристора, соединенного катодом с анодом второго диода, а формирователь тока управления подключен к электроду управления этого тиристора, а также при выполнении ключевого элемента в виде дросселя насыщения с обмоткой размагничивания причем формирователь тока управления подключен к обмотке размагничивания этого дросселя. This problem is solved by performing a key element in the form of a thyristor connected by a cathode to the anode of the second diode, and the control current driver is connected to the control electrode of this thyristor, and also when performing a key element in the form of a saturation inductor with a demagnetizing coil, and the control current driver is connected to the demagnetizing winding this throttle.

На фиг. 1 и 2 представлены электрические схемы заявляемого импульсного генератора, здесь 1 источник постоянного напряжения; 2 трансформатор насыщения; 3 первый диод; 4 второй диод; 5 конденсатор; 6 дроссель насыщения; 7 реверсивно включаемый динистор (РВД); 8 третий диод; 9 цепь нагрузки; 10 блок запуска; 11 зарядное устройство; 12 ключевой элемент в виде тиристора или дросселя насыщения; 13 формирователь тока управления; 14 диод формирователя тока управления; 15 конденсатор формирователя тока управления; 16 переменный резистор формирователя тока управления; 17 - динистор формирователя тока управления; 18 резистор формирователя тока управления; 19 тиристор блока запуска; 20 индуктивный элемент блока запуска; 21 проходный конденсатор блока запуска; 22 резистор блока запуска; 23 конденсатор блока запуска; 24 трансформатор цепи нагрузки; 25 конденсатор I звена сжатия цепи нагрузки; 26 дроссель насыщения I звена сжатия цепи нагрузки; 27 конденсатор II звена сжатия цепи нагрузки; 28 - дроссель насыщения II звена сжатия цепи нагрузки; 29 нагрузка; 30 источник постоянного напряжения формирователя тока управления; 31 обмотка размагничивания. In FIG. 1 and 2 are electrical circuits of the inventive pulsed generator, here 1 is a constant voltage source; 2 saturation transformer; 3 first diode; 4 second diode; 5 capacitor; 6 throttle saturation; 7 reversibly switched dinistor (RVD); 8 third diode; 9 load circuit; 10 start block; 11 charger; 12 key element in the form of a thyristor or saturation inductor; 13 current driver control; 14 diode current driver control; 15 capacitor control current driver; 16 variable resistor control current driver; 17 - the dynistor of the current driver control; 18 resistor current driver control; 19 thyristor of the start block; 20 inductive element of the start block; 21 pass-through capacitor of the start block; 22 resistor start block; 23 capacitor launch unit; 24 load transformer; 25 capacitor I link compression circuit load; 26 throttle saturation I link compression circuit load; 27 capacitor II link compression circuit load; 28 - saturation throttle II link compression circuit load; 29 load; 30 DC voltage source control current driver; 31 winding demagnetization.

Устройство (фиг. 1) содержит источник постоянного напряжения I, подключенный положительной клеммой к началу первой и к концу второй обмотки трансформатора 2. Второй вывод конденсатора 5 соединен с отрицательной выходной клеммой зарядного устройства II, а так же с отрицательной выходной клеммой источника I и с анодом тиристора 12. Первый вывод конденсатора 5 соединен с катодом диода 3, с первым выводом дросселя насыщения 6 и с положительной выходной клеммой зарядного устройства II. Анод диода 3 подключен к концу первой обмотки трансформатора 2. Диод 4 подключен катодом к началу второй обмотки трансформатора 2, а анодом к катоду тиристора 12. РВД 7 подключен анодом к второму выводу дросселя 6, а катодом к аноду диода 8. Цепь нагрузки 9 включена между катодом диода 8 и вторым выводом конденсатора 5 и содержит трансформатор 24, конденсатор 25, подключенный ко второй обмотке трансформатора 24 и соединенный первым выводом с первым выводом конденсатора 27 и с первым выводом нагрузки 29, а также дроссель насыщения 26, подключенный между вторым выводом конденсатора 25 и вторым выводом конденсатора 27, и вторым выводом нагрузки 29. Первая обмотка трансформатора 24 подключена между катодом диода 8 и первым вторым выводом конденсатора 5. Блок запуска 10 подключен параллельно РВД 7 и содержит тиристор 19, соединенный анодом с анодом РВД 7 и с первым выводом конденсатора 23, а катодом с первым выводом индуктивного элемента 20, а также конденсатор 21, подключенный первым выводом ко второму выводу индуктивного элемента 20, а вторым выводом ко второму выводу конденсатора 23 и к катоду РВД 7, и резистор 22, включенный параллельно конденсатору 21. Формирователь тока управления 13 содержит диод 14, подключенный анодом к катоду тиристора 12 и к первому выводу конденсатора 15, а катодом к аноду тиристора 12 и к первому выводу переменного резистора 16, а также динистор 17, подключенный анодом ко вторым выводам конденсатора 15 и резистора 16, и резистор 18, подключенный первым выводом к электроду управления тиристора 12, а вторым выводом к катоду динистора 17. The device (Fig. 1) contains a constant voltage source I connected by a positive terminal to the beginning of the first and to the end of the second winding of the transformer 2. The second output of the capacitor 5 is connected to the negative output terminal of the charger II, as well as to the negative output terminal of the source I and the thyristor’s anode 12. The first output of the capacitor 5 is connected to the cathode of the diode 3, with the first output of the saturation inductor 6 and with the positive output terminal of the charger II. The anode of the diode 3 is connected to the end of the first winding of the transformer 2. The diode 4 is connected by the cathode to the beginning of the second winding of the transformer 2, and the anode to the cathode of the thyristor 12. RVD 7 is connected by the anode to the second output of the inductor 6, and the cathode to the anode of the diode 8. The load circuit 9 is turned on between the cathode of the diode 8 and the second terminal of the capacitor 5 and contains a transformer 24, a capacitor 25 connected to the second winding of the transformer 24 and connected by the first terminal to the first terminal of the capacitor 27 and the first terminal of the load 29, as well as a saturation inductor 26 connected between the other terminal of the capacitor 25 and the second terminal of the capacitor 27, and the second terminal of the load 29. The first winding of the transformer 24 is connected between the cathode of the diode 8 and the first second terminal of the capacitor 5. The trigger unit 10 is connected in parallel to the RVD 7 and contains a thyristor 19 connected by the anode to the anode of the RVD 7 and with the first output of the capacitor 23, and the cathode with the first output of the inductive element 20, as well as the capacitor 21, connected by the first output to the second output of the inductive element 20, and the second output to the second output of the capacitor 23 and to the cathode of the WFD 7, and side 22, connected in parallel to the capacitor 21. The control current generator 13 contains a diode 14 connected by the anode to the cathode of the thyristor 12 and to the first output of the capacitor 15, and by the cathode to the anode of the thyristor 12 and to the first output of the variable resistor 16, as well as a dynistor 17 connected by the anode to the second terminals of the capacitor 15 and the resistor 16, and the resistor 18 connected to the first terminal to the control electrode of the thyristor 12, and the second terminal to the cathode of the dinistor 17.

Предлагаемый генератор работает следующим образом (фиг.1). The proposed generator operates as follows (figure 1).

В исходном состоянии конденсаторы 5 и 23 заряжены от маломощного зарядного устройства 11 до рабочего напряжения. При включении тиристора 19 происходит перезаряд конденсатора 23 через индуктивный элемент 20 и проходной конденсатор 21, обладающий достаточно большой емкостью и фактически не влияющий на процесс формирования тока перезаряда конденсатора 23. В процессе перезаряда конденсатора 23 сердечник дросселя 6 находится в ненасыщенном состоянии, при этом индуктивность дросселя 6 велика и он предотвращает разряд конденсатора 5 через элементы блока запуска 10. При смене полярности напряжения заряда конденсатора 23 к РВД 7 прикладывается обратное напряжение. При этом РВД 7, имеющий пренебрежимо малое электрическое сопротивление в обратном направлении, шунтирует конденсатор 23, и через него замыкается ток индуктивного элемента 20, являющийся током управления. Ток управления проходит через РВД 7 вплоть до момента насыщения сердечника дросселя 6, обуславливая накопление в структуре РВД 7 включающего заряда, необходимого для последующего однородного переключения с малыми коммутационными потерями энергии. В момент насыщения сердечника дросселя 6 его индуктивность резко уменьшается. При этом ток через дроссель 6 резко нарастает, к РВД 7 прикладывается положительное напряжение, он однородно и без задержки переключается и коммутирует в цепь нагрузки 9 мощный импульс тока разряда конденсатора 5, проходящий через первую обмотку повышающего трансформатора 24. В результате осуществляется заряд конденсатора 25, подключенного ко второй обмотке трансформатора 24, до напряжения, существенно превышающего напряжения заряда конденсатора 5. Величины емкостей конденсаторов 5 и 25 и коэффициент трансформации трансформатора 24 выбираются таким образом, что в момент окончания тока заряда конденсатора 25 конденсатор 5 перезаряжается до некоторого обратного напряжения, которое блокирует диод 8. При этом в цепи РВД 7 создается пауза тока, необходимая для его выключения. In the initial state, the capacitors 5 and 23 are charged from a low-power charger 11 to the operating voltage. When the thyristor 19 is turned on, the capacitor 23 is recharged through the inductive element 20 and the feed-through capacitor 21, which has a sufficiently large capacity and does not actually affect the formation of the capacitor recharge current 23. In the process of recharging the capacitor 23, the core of the inductor 6 is in an unsaturated state, while the inductance of the inductor 6 is large and it prevents the discharge of the capacitor 5 through the elements of the start-up unit 10. When the polarity of the charge voltage of the capacitor 23 changes, the reverse voltage is applied to the WFD 7 e. In this case, the WFD 7, which has a negligible electrical resistance in the opposite direction, shunts the capacitor 23, and the current of the inductive element 20, which is the control current, is closed through it. The control current passes through the RVD 7 until the saturation of the core of the inductor 6, causing the accumulation of the inclusion charge in the structure of the RVD 7, which is necessary for subsequent uniform switching with low switching energy losses. At the time of saturation of the core of the inductor 6, its inductance decreases sharply. At the same time, the current through the inductor 6 increases sharply, a positive voltage is applied to the HPF 7, it switches uniformly and without delay and switches to the load circuit 9 a powerful pulse of the discharge current of the capacitor 5 passing through the first winding of the step-up transformer 24. As a result, the capacitor 25 is charged, connected to the second winding of the transformer 24, to a voltage significantly exceeding the charge voltage of the capacitor 5. The capacitance values of the capacitors 5 and 25 and the transformation ratio of the transformer 24 are selected I thus, that at the moment of the end of the charge current of the capacitor 25, the capacitor 5 is recharged to a certain reverse voltage, which blocks the diode 8. At the same time, a pause in the current is created in the RVD circuit 7 to turn it off.

После окончания процесса заряда конденсатора 25 происходит насыщение сердечника дросселя 26, при этом индуктивность дросселя 26 резко уменьшается и конденсатор 25 быстро разряжается на равновеликий конденсатор 27. Вследствие очень малой индуктивности дросселя 26 в насыщенном состоянии длительность тока разряда конденсатора 25, обуславливающего заряд конденсатора 27, оказывается существенно меньше длительности тока разряда конденсатора 5. Дальнейшее временное сжатие выходного импульса происходит после насыщения сердечника дросселя 28 при коммутации тока в нагрузку 29. After the charging process of the capacitor 25, the core of the inductor 26 saturates, while the inductance of the inductor 26 decreases sharply and the capacitor 25 quickly discharges to an equal-sized capacitor 27. Due to the very small inductance of the inductor 26 in the saturated state, the duration of the discharge current of the capacitor 25, which causes the charge of the capacitor 27, turns out to be significantly less than the duration of the discharge current of the capacitor 5. Further temporary compression of the output pulse occurs after saturation of the core of the inductor 28 at mmutatsii current to the load 29.

После окончания импульса тока в нагрузке 29 в схеме происходит разряд конденсатора 21, заряженного до небольшого напряжения в процессе перезаряда конденсатора 23, и перезаряд конденсатора 5, заряженного до некоторого обратного напряжения в процессе коммутации тока в цепь нагрузки 9. Разряд конденсатора 21 осуществляется через резистор 22, перезаряд конденсатора 5 - через первую обмотку трансформатора 2 и диод 3. При перезаряде конденсатора 5 осуществляется процесс выключения РВД 7, который продолжается вплоть до момента изменения знака напряжения на конденсаторе 5. Обмотки трансформатора 2 подключены таким образом, что на этапе выключения РВД 7 вторая обмотка фактически не влияет на процесс перезаряда конденсатора 5, так как возникающее на ней напряжение блокирует диод 4. В результате скорость перезаряда конденсатора 5, а следовательно и схемное время выключения РВД 7, определяется в основном величиной индуктивности первой обмотки трансформатора 2, которая при ненасыщенном сердечнике трансформатора 2 достаточно велика. При этом большое время выключения РВД 7 достигается даже при незначительном обратном напряжении на конденсаторе 5. После насыщения сердечника трансформатора 2 индуктивность его первой обмотки резко уменьшается, при этом конденсатор 5 быстро заряжается до рабочего напряжения, что позволяет иметь достаточно высокую частоту срабатывания генератора. After the end of the current pulse in the load 29 in the circuit, the capacitor 21 is discharged, charged to a small voltage during the process of recharging the capacitor 23, and the capacitor 5 is recharged, charged to a certain reverse voltage during the current switching to the load circuit 9. The capacitor 21 is discharged through the resistor 22 , recharging of the capacitor 5 through the first winding of the transformer 2 and diode 3. When recharging the capacitor 5, the RVD 7 is turned off, which continues until the sign changes to voltage on the capacitor 5. The windings of the transformer 2 are connected in such a way that at the stage of shutting down the HFM 7, the second winding does not actually affect the process of recharging the capacitor 5, since the voltage arising on it blocks the diode 4. As a result, the speed of the recharging of the capacitor 5, and therefore the circuit the shutdown time of the high pressure switch 7 is determined mainly by the inductance of the first winding of the transformer 2, which is sufficiently large with the unsaturated core of the transformer 2. At the same time, a large turn-off time of the HPH 7 is achieved even with a slight reverse voltage across the capacitor 5. After saturation of the core of the transformer 2, the inductance of its first winding sharply decreases, while the capacitor 5 quickly charges to the operating voltage, which allows a sufficiently high frequency of operation of the generator.

Наличие обратного напряжения на конденсаторе 5 приводит к увеличению тока заряда, проходящего через первую обмотку трансформатора 2, и к накоплению избыточной энергии в индуктивности этой обмотки. В результате создается возможность заряда конденсатора 5 до напряжения, превышающего удвоенное напряжение источника 1. Возможность неконтролируемого увеличения напряжения на конденсаторе 5 устраняет цепь второй обмотки трансформатора 2, обеспечивающую возврат избыточной энергии в источник 1, при достижении на этой обмотке напряжения, превышающего величину выходного напряжения источника 1. Величина избыточной энергии, возвращаемой в источник 1, а следовательно и максимальная величина напряжения заряда конденсатора 5, определяется магнитной связью между обмотками трансформатора 2, коэффициентом трансформации этого трансформатора, а также величиной задержки Т момента включения тиристора 12 относительно момента, когда величина напряжения на второй обмотке трансформатора 2 превысит величину выходного напряжения источника 1. The presence of reverse voltage on the capacitor 5 leads to an increase in the charge current passing through the first winding of the transformer 2, and to the accumulation of excess energy in the inductance of this winding. As a result, it becomes possible to charge the capacitor 5 to a voltage exceeding twice the voltage of the source 1. The possibility of an uncontrolled increase in the voltage on the capacitor 5 eliminates the circuit of the second winding of the transformer 2, which ensures the return of excess energy to the source 1, when the voltage on this winding exceeds the value of the output voltage of the source 1. The amount of excess energy returned to source 1, and therefore the maximum value of the charge voltage of the capacitor 5, is determined by the magni close connection between the windings of transformer 2, the transformation coefficient of this transformer, as well as the delay T of the moment the thyristor 12 is turned on relative to the moment when the voltage value on the second winding of the transformer 2 exceeds the output voltage of the source 1.

При Т 0 тиристор 12 не оказывает влияния на процесс возврата избыточной энергии в источник 1. При этом величина напряжения заряда конденсатора 5 минимальна. При увеличении Т тиристор 12 создает задержку нарастания тока в цепи второй обмотки трансформатора 2. При этом величина возвращенной избыточной энергии уменьшается, а величина напряжения заряда конденсатора 5 возрастает. Если тиристор 12 не включается, то возврата избыточной энергии в источник 1 не происходит и конденсатор 5 заряжается до максимального напряжения, определяемого величиной выходного напряжения источника 1 и величиной обратного напряжения перезаряда конденсатора 5. At T 0, thyristor 12 does not affect the process of returning excess energy to source 1. Moreover, the magnitude of the charge voltage of the capacitor 5 is minimal. With an increase in T, the thyristor 12 creates a delay in the increase in current in the circuit of the second winding of the transformer 2. In this case, the amount of returned excess energy decreases, and the magnitude of the charge voltage of the capacitor 5 increases. If the thyristor 12 does not turn on, then the excess energy is not returned to the source 1 and the capacitor 5 is charged to the maximum voltage determined by the value of the output voltage of the source 1 and the value of the reverse voltage of the overcharge of the capacitor 5.

Включение тиристора 12 осуществляется с помощью формирователя тока управления 13 при приложении к тиристору 12 прямого напряжения вследствие возникновения на второй обмотке трансформатора 2 напряжения, превышающего величину выходного напряжения источника 1. При этом происходит заряд конденсатора 15 через переменный резистор 16. В момент, когда конденсатор 15 заряжается до напряжения срабатывания динистора 17, происходит включение этого динистора и разряд конденсатора 15 через электрод управления тиристора 12, обуславливающий включение тиристора 12. Резистор 18 ограничивает ток разряда конденсатора 15, диод 14 предотвращает заряд конденсатора 15 к моменту следующего акта коммутации. При изменении величины сопротивления резистора 16 изменяется момент срабатывания формирователя 13 и момент включения тиристора. The thyristor 12 is turned on using the control current driver 13 when a direct voltage is applied to the thyristor 12 due to the voltage on the second winding of the transformer 2 exceeding the output voltage of the source 1. In this case, the capacitor 15 is charged through the variable resistor 16. At the time when the capacitor 15 it is charged to the operating voltage of the dynistor 17, this dynistor is turned on and the capacitor 15 is discharged through the control electrode of the thyristor 12, which causes the inclusion of tiris ora 12. Resistor 18 limits the discharge current of the capacitor 15, the diode 14 prevents the capacitor 15 is charged by the time the next commutation act. When the resistance value of the resistor 16 changes, the response time of the shaper 13 and the turn-on time of the thyristor change.

Так как в процессе перезаряда конденсатора 5 к тиристору 12 напряжение прикладывается только в течение короткого времени Т, то в качестве ключевого элемента может быть использован (см. фиг.2) дроссель насыщения 12 с обмоткой размагничивания 31. В исходном состоянии дроссель насыщения 12 обладает достаточно большой индуктивностью и создает требуемую задержку нарастания тока в цепи второй обмотки трансформатора 2. После насыщения сердечника индуктивность дросселя 12 становится пренебрежимо малой и он не оказывает существенного влияния на процесс возврата энергии в источник 1. Время перемагничивания сердечника дросселя 12 регулируется с помощью формирователя тока управления 13, содержащего источник постоянного напряжения 30 и переменный резистор 16. При изменении сопротивления резистора 16 происходит изменение тока через обмотку размагничивания 31. В результате изменяется время нахождения дросселя в ненасыщенном состоянии, а следовательно и величина задержки Т момента возникновения тока в цепи второй обмотки трансформатора 2 относительно момента, когда напряжение на этой обмотке превысит величину выходного напряжения источника 1. При этом изменяется величина энергии, возвращаемой в источник 1 и величина напряжения заряда конденсатора 5, а следовательно и величина выходного напряжения импульсного генератора. Since in the process of recharging the capacitor 5, the voltage is applied to the thyristor 12 only for a short time T, then a saturation inductor 12 with a demagnetization coil 31 can be used as a key element (see figure 2). In the initial state, the saturation inductor 12 has enough large inductance and creates the required delay of the current rise in the circuit of the second winding of the transformer 2. After saturation of the core, the inductance of the inductor 12 becomes negligible and it does not significantly affect the percent ss of energy return to source 1. The magnetization reversal time of the core of the inductor 12 is controlled using a control current driver 13 containing a constant voltage source 30 and a variable resistor 16. When the resistance of the resistor 16 changes, the current changes through the demagnetization winding 31. As a result, the inductor’s residence time changes unsaturated state, and therefore the delay value T of the moment of occurrence of current in the circuit of the second winding of the transformer 2 relative to the moment when the voltage on this winding e will exceed the value of the output voltage of the source 1. In this case, the amount of energy returned to the source 1 and the value of the charge voltage of the capacitor 5, and therefore the value of the output voltage of the pulse generator, are changed.

С целью обеспечения минимальной индуктивности дросселя 12 после насыщения его сердечника количество витков в его обмотке не должно быть чрезмерно большим, поэтому при достаточно большой величине задержки Т, площадь сечения дросселя 12 и его весогабариты могут оказаться больше, чем весогабариты тиристора 12 в схеме на фиг.1. Однако надежность работы дросселя насыщения 12 в схеме на фиг.2 превышает надежность работы тиристора 12 в схеме на фиг.1. Таким образом использование в качестве ключевого элемента тиристора не дает существенного преимущества по сравнению с дросселем насыщения и в целом схемы на фиг.1 и 2 являются равноценными. In order to ensure a minimum inductance of the inductor 12 after saturation of its core, the number of turns in its winding should not be excessively large, therefore, with a sufficiently large delay value T, the cross-sectional area of the inductor 12 and its weight dimensions may be larger than the weight dimensions of the thyristor 12 in the circuit of FIG. 1. However, the operational reliability of the saturation inductor 12 in the circuit of figure 2 exceeds the reliability of the thyristor 12 in the circuit of figure 1. Thus, the use of a thyristor as a key element does not give a significant advantage compared to the saturation inductor and, in general, the circuits in Figs. 1 and 2 are equivalent.

Таким образом, благодаря введению в схему импульсного генератора ключевого элемента, выполненного в виде тиристора или дросселя насыщения и формирователя тока управления, становится возможным регулирование выходного напряжения генератора за счет изменения величины энергии, возвращаемой в источник постоянного напряжения после окончания процесса коммутации. Thus, due to the introduction of a key element in the form of a thyristor or a saturation inductor and a control current driver into the pulse generator circuit, it becomes possible to control the generator output voltage by changing the amount of energy returned to the constant voltage source after the end of the switching process.

По предлагаемым схемам был собран импульсный генератор субмикросекундного диапазона. According to the proposed schemes, a pulsed generator of the submicrosecond range was assembled.

В качестве РВД 7 использовались опытные образцы, разработанные в ФТИ им. А. Ф. Иоффе, имеющие рабочую площадь 4 см², рабочее напряжение 1 кВ и время включения 15 мкс. Остальные полупроводниковые приборы были выполнены на стандартной элементной базе. Тиристор 19 ТБ 151 50, диоды 3, 4 ДЛ 132 50, диод 8 ДЧ 151 80. Магнитные элементы генератора выполнялись на основе ферритовых колец типа НМС 2500. Трансформатор 2 собран из 10 колец размером 80•50•11 мм и имел 30 витков в первой обмотке и 45 во второй. Дроссели 6, 26 и трансформатор 24 собраны на кольцах размером 65•40•6 мм. Дроссель 6 состоял из 6 колец и имел 3 витка, дроссель 26 из 8 колец и имел 24 витка. Трансформатор 24 собран из 12 колец и имел 1 виток в первой обмотке и 40 витков во второй. Дроссель 28 собран из 50 колец размером 20•12•6 мм и имел 1 виток. Индуктивность элемента 20 2 мкГн, емкость конденсатора 5 0,9 мкФ, конденсатора 23 0,047 мкФ, конденсатора 21 2 мкФ, конденсаторов 25, 27 1,1 нФ, сопротивление резистора 22 10 Ом. Источник 1 и зарядное устройство 11 питались от сети 220 В, 50 Гц. Источник 1 состоял из мостового диодного выпрямителя, индуктивности фильтра 3000 мкГн и выходной емкости 3000 мкФ. Зарядное устройство 11 имело выходное напряжение 900 В и состояло из повышающего трансформатора, выпрямительного диода и выходного токоограничивающего резистора. Размагничивание сердечников магнитных материалов элементов осуществлялось постоянным током, проходящим через дополнительные обмотки размагничивания, не указанные на фиг.1, 2. Нагрузка 29 состояла из газоразрядного промежутка, зашунтированного конденсатором, емкость которого равна емкости конденсаторов 25, 27 звеньев магнитного сжатия.As RVD 7 used prototypes developed at the Physicotechnical Institute named after A. F. Ioffe, having a working area of 4 cm ² , an operating voltage of 1 kV and an on-time of 15 μs. The remaining semiconductor devices were made on a standard elemental base. Thyristor 19 TB 151 50, diodes 3, 4 DL 132 50, diode 8 DC 151 80. The magnetic elements of the generator were made on the basis of ferrite rings of the NMS 2500 type. Transformer 2 was assembled from 10 rings of 80 • 50 • 11 mm in size and had 30 turns in the first winding and 45 in the second. Inductors 6, 26 and transformer 24 are assembled on rings measuring 65 • 40 • 6 mm. Throttle 6 consisted of 6 rings and had 3 turns, throttle 26 of 8 rings and had 24 turns. The transformer 24 is assembled from 12 rings and had 1 turn in the first winding and 40 turns in the second. Throttle 28 is assembled from 50 rings of size 20 • 12 • 6 mm and had 1 turn. The inductance of the element is 20 2 μH, the capacitance is 5 0.9 μF, the capacitor 23 is 0.047 μF, the capacitor is 21 2 μF, the capacitors are 25, 27 1.1 nF, and the resistance of the resistor is 22 10 Ω. Source 1 and charger 11 were powered by 220 V, 50 Hz. Source 1 consisted of a bridge diode rectifier, a filter inductance of 3000 μH and an output capacitance of 3000 μF. The charger 11 had an output voltage of 900 V and consisted of a step-up transformer, a rectifier diode and an output current-limiting resistor. The demagnetization of the cores of the magnetic materials of the elements was carried out by direct current passing through additional demagnetization windings, not shown in Figs. 1, 2. The load 29 consisted of a gas discharge gap shunted by a capacitor, the capacity of which is equal to the capacity of the capacitors 25, 27 of the magnetic compression links.

В генераторе, собранном по схеме фиг.1, в качестве тиристора 12 использовался ТЧ 50, в качестве диода 14 КД 203 Г, в качестве динистора 17 - КН 102 А, в качестве резистора 16 СП5 100 Ом, сопротивление резистора 18 составляло 2 Ом, емкость конденсатора 15 4 мкФ. В генераторе, собранном по схеме фиг.2, дроссель насыщения 12 имел сердечник из ленточного пермаллоя 50 НП с толщиной 10 мкм размером 30•50•60 мм. Основная обмотка дросселя имела 30 витков, обмотка размагничивания 31 10 витков. Источник 30 питался от сети 220 В, 50 Гц и состоял из понижающего трансформатора ТС 12, диодного выпрямителя КЦ 410 Д, стабилизирующего элемента типа КРЕН 5Г, емкостей фильтра 6000 мкФ, выходного разделительного дросселя 6000 мкГн и токоограничивающего резистора 6 Ом. В качестве переменного резистора 18 использовался ППБ-35-6,8 Ом. In the generator, assembled according to the scheme of Fig. 1, PM 50 was used as thyristor 12, KD 203 G as diode 14, KN 102 A as dynistor 17, 100 Ohm as resistor 16, SP5 resistor 18, 2 resistor 18, capacitor capacity 15 4 uF. In the generator, assembled according to the scheme of figure 2, the saturation reactor 12 had a core of tape permalloy 50 NP with a thickness of 10 μm, size 30 • 50 • 60 mm. The main winding of the inductor had 30 turns, the demagnetization winding 31 10 turns. Source 30 was powered from a 220 V, 50 Hz network and consisted of a TC 12 step-down transformer, a KC 410 D diode rectifier, a stabilizing element of the Kren 5G type, filter capacities of 6000 μF, an output isolation choke of 6000 μH and a current limiting resistor of 6 Ohms. PPB-35-6.8 Ohm was used as a variable resistor 18.

Импульсный генератор использовался в качестве устройства для предионизации CO₂ лазера и успешно работал на частоте до 5 кГц при длительности фронта нарастания выходных импульсов напряжения менее 100 нс. При этом амплитуда выходных импульсов напряжения регулировалась в пределах 30% от номинального значения 15 кВ, как в схеме с ключевым элементом в виде тиристора, так и в схеме с ключевым элементом в виде дросселя насыщения.The pulse generator was used as a device for the preionization of a CO ₂ laser and successfully operated at a frequency of up to 5 kHz with a duration of the rise front of voltage output pulses of less than 100 ns. In this case, the amplitude of the output voltage pulses was regulated within 30% of the nominal value of 15 kV, both in the circuit with the key element in the form of a thyristor, and in the circuit with the key element in the form of a saturation inductor.

Claims

1. A pulse generator containing a constant voltage source, first and second diodes, a saturation transformer, a switching circuit of a series-connected capacitor, a saturation inductor, a reversibly switched dynistor and a third diode, a load circuit, a charger connected in parallel with the capacitor, the anode of the first diode connected with the end of the first winding of the saturation transformer, and its cathode with the first output of the capacitor, the cathode of the second diode is connected to the beginning of the second winding of the saturation transformer, put the integral terminal of the DC voltage source is connected to the beginning of the first and the end of the second windings of the saturation transformer, the negative terminal of the DC voltage source is connected to the second terminal of the capacitor, the positive terminal of the trigger block is connected to the cathode of the reversible switch dinistra, the negative terminal of the trigger block is connected to the anode of the reverse switch dinistor, a load target is connected between the cathode of the third diode and the second output of the capacitor, characterized in that a key element and ovatel key element of the control current, and a key element connected between the anode of the second diode and the negative terminal of the DC voltage, output current key generator control electrode coupled to the control input of the key element.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the key element is made in the form of a thyristor.

3. The generator according to claim 1, characterized in that the key element is made in the form of a saturation inductor with a demagnetization winding.