высоковольтный КОММУТАТОР для УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ПИТАНИЯ СВЧ-ГЕНЕРАТОРОВ АППАРАТОВ МИКРОВОЛНОВОЙ ТЕРМОТЕРАПИИ И ГИПЕРТЕРМИИ
Недбайло Ю. А., «Радмир» ДП АО НИИ радиотехнических измерений ул. Академика Павлова, 271, г. Харьков, 61054, Украина Тел.: +38 (057) 739-01-41, e-mail: [email protected]<harl<ov.com
Аннотация – Предложена эффективная схема высоковольтного MOSFET коммутатора для управления питанием магнетронных генераторов аппаратов микроволновой терапии. Может быть использована для управления напряжением питания других СВЧ приборов с заземленным анодом
I. Введение
Применение в специализированных источниках питания мощных силовых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET) позволяет заметно упростить схемы коммутации и управления, повысить надежность и эффективность источников питания. В [1] приведена схема высоковольтного импульсного модулятора, используемого для исследования проводимости водных растворов в ячейке Керра, построенная на мощных силовых п-канальных MOSFET транзисторах по т. н. лестничной схеме, стоимость комплектующих в которой не превышает МОО.
Непосредственное использование такой схемы для управления питанием СВЧ приборов с заземленным анодом (магнетронов, ЛБВ и др.) не представляется возможным из-за отсутствия высоковольтных р-канальных транзисторов для управления отрицательным высоком напряжением. В работе предложена эффективная схема высоковольтного коммутатора, выполненного на недорогой элементной базе, которая позволила разрешить ряд принципиальных проблем.
II. Высоковольтный коммутатор
Необходимость заземлять анод и получать отрицательный высокий потенциал создают определенные трудности при разработке устройств управления напряжением питания, предназначенных для вакуумных СВЧ приборов. Проблемы, возникающие при конструировании высоковольтных коммутаторов, состоят в следующем.
Напряжение питания рассматриваемых СВЧ устройств среднего уровня мощности находится в пределах 3..5 кВ при токе 0,25… 1,0 А, при этом, под высоким отрицательным потенциалом находятся как сами коммутирующие элементы, так и схемы управления. Это требует применения схем гальванической развязки по цепям контроля и управления. Наличие широкого спектра недорогих микросхем оптронной развязки на напряжение до 5 – 7 кВ, позволяет решить эту задачу. В то же время, хотя в настоящее время отсутствуют подходящие силовые р – канальные транзисторы MOSFET на напряжение более 200 В, которые бы позволили осуществить управление высоким отрицательным напряжением относительно корпуса, эта задача решается с помощью недорогих мощных п-канальных силовых MOSFET транзисторов на напряжение порядка 1 кВ, соединенных по известной из вакуумной техники «лестничной» схеме, управляемых через гальваническую оптронную развязку.
На рис.1 приведена функциональная схема устройства, позволяющего осуществлять управление подачей напряжения питания на магнетрон, а, при необходимости, и импульсную модуляцию напряжением питания СВЧ генератора, выполненная на базе недорогих MOSFET транзисторов, например, типа IRFPG 40, подходящих по своим параметрам для этой цели. Работа схемы высоковольтного коммутатора состоит в следующем. При подаче на вход устройства высокого напряжения Uin, ток, протекающий через цепь стабилизатора VD1, R3, создает на стабилитроне VD1 и, соответственно, на затворе транзистора VT1 напряжение смещения Ug-s, отпирающее транзистор VT1. Транзистор VT1 открывается и его ток, протекая через делитель VD2, R5, R6, создает на стабилитроне VD2 падение напряжения, отпирающее транзистор VT2. Ток транзистора VT2, протекая через делитель VD3, R5, создает на стабилитроне VD3 падение напряжения, отпирающее транзистор VT3 и высокое напряжение со входа устройства оказывается приложенным к катоду магнетрона G1, вызывая генерацию СВЧ колебаний.
Рис. 1. Функциональная схема ВВ коммутатора: G1 – магнетрон; R1, R3 – токозадающие резисторы; Р2-датчик тока магнетрона; VD1. VD3 – стабилитроны; VP1 – оптопара управления; VP2 -оптопара контроля тока; VP3 -оптопара контроля напряжения; VT1.. VT3-ключевые транзисторы; а-а – вход управления высоким напряжением; Ь-Ь -сигнал контроля тока; с-с – сигнал контроля высокого напряжения.
Fig. 1. Block diagram of HV switch device:
G1 – magnetron; Rl, R3 – current control resistors; R2 – current sensor; VD.. VD3 – Zener-diodes; VP1 – processing opto-coupler; VP2 – opto-coupler of current control; VP3 – opto-coupler of voltage control; VT1.. VT3- switch MOSFET; a-a – voltage control; b-b – current control; c-c – high-voltage control
Использование стабилитронов VD1…VD3 позволяет ограничить максимальное отпирающее напряжение на затворах транзисторов и улучшить их коммутационные характеристики. Оптопара VP1 предназначена для гальванической развязки цепи управления включением высокого напряжения. Оптопара VP2 используется для гальванической развязки цепи контроля тока магнетрона, а оптопара VP3 – для гальванической развязки цепи контроля высокого напряжения.
Для контроля тока магнетрона используется падение напряжения на резисторе R2, вызванное током магнетрона. Сигнал контроля тока магнетрона снимается с выхода Ь-Ь микросхемы оптронной развязки VP2. При поступлении высокого напряжения на вход устройства, ток через токозадающий резистор R1 вызывает зажигание светодиода оптронной развязки VP3, а сигнал контроля наличия высокого напряжения снимается с выхода с-с микросхемы VP3. Такое состояние системы контроля имеет место при наличии уровня логического нуля на входе а-а оптронной развязки VP1. При подаче на вход VP1 уровня логической единицы транзистор оптронной развязки VP1 отпирается и шунтирует переход затвор-исток транзистора VT1, вызывая его запирание и откпючение высокого напряжения от магнетрона. При подаче на управляющий вход VP1 импульсного управляющего напряжения возможно получение режима импульсной генерации. Максимальная частота модуляции определяется частотными свойствами и режимом работы микросхемы оптронной развязки VP1, а также параметрами транзисторов VP1.. VP3. Автор на действующем макете устройства использовал частоту модуляции
1 кГц и получил достаточно хорошие результаты. В случае применения в качестве СВЧ генератора магнетрона типа М107, напряжение питания которого в рабочем режиме изменяется в пределах 1,6..2,0 кВ, а при понижении напряжения ниже 1,6 кВ он запирается, можно обойтись всего одним кпючевым транзистором, обеспечив выравнивание потенциалов резистивным делителем. Появившиеся в настоящее время транзисторы на напряжение 2,5 кВ позволяют, используя всего один ключевой транзистор, создавать подобные схемы на напряжение до 4..5 кВ.
Следует отметить, что коммутатор открывается сразу после подачи на вход устройства высокого напряжения и для его запирания на вход VP1 необходимо подать управляющее напряжение, что может оказаться не очень удобным, т. к. при его пропадании по каким-либо причинам (например, вследствие неисправности схемы управления) на выходе коммутатора появится высокое напряжение, которое вызовет несанкционированную генерацию СВЧ- энергии. Этого можно избежать путем последовательного включения цепи входа VP1, например, в разрыв цепи резистора R1. Тогда, при подаче на вход устройства высокого напряжения, ток резистора R1, будет вызывать срабатывание оптронной развязки VP1, которая своим выходом будет шунтировать вход транзистора VT1 и вызывать его запирание. Для управления работой коммутатора потребуется введение в электрическую схему устройства еще одной оптронной развязки VP4, на вход которой подается сигнал управления, а ее выход следует вкпючить параллельно входу VP1. При подаче управляющего напряжения на VP4 она шунтирует вход VP1, транзистор VT1 открывается и подает высокое напряжение в нагрузку. При пропадании управляющего сигнала VT1 снова закроется.
III. Заключение
Таким образом, в работе показана возможность, используя недорогие силовые п-канальные MOSFET транзисторы и другие доступные комплектующие, общая стоимость которых не превышает $20, создать устройство, позволяющее достаточно эффективно осуществлять коммутацию питания и модуляцию по питанию магнетронных генераторов и других СВЧ приборов с заземленным анодом. Представлена функциональная схема устройства, описана работа схемы.
IV. Список литературы
[1] Scott А. Riley, Skipp May and Matthew Р Augustine. High- voltage pulse switching hardware of electro-optic studies of conducting aqueous solution. – «Review of scientific instrument» august 2002, v. 73, N 8, p. 3080-3084.
HIGH-VOLTAGE SWITCHER FOR SUPPLY VOLTAGE CONTROL IN MAGNETRON GENERATORS OF MICROWAVE THERAPY DEVICES
Yuriy A. Nedbaylo RADMIR JSC SRIREM Akademik Pavlov str. 271, Kharkov, 61054, Ukraine Ph.: +38(0572)269541, e-mail: nedbaylo@niiri. kharkov.com
Abstract – Presented in this paper is the efficient circuit of high-voltage MOSFET switch for supply voltage control in magnetron generator with grounded anode intended for microwave therapy devices.
I. Introduction
The circuits of pulse switches for high positive potential cont-rol are known. In the paper, an effective circuit of high- voltage MOSFET switch of negative potential executed on base of inex-pensive elements with use of decoupling optoelectronic cell is described.
II. Switcher of High-Voltage
MOSFET switchboard has the benefit of simplicity, reliability, low cost and adjustable rise and fall time figures. The best performances were obtained with the type IRFPG40. They have best ratio of cost/quality figure. A schematic diagram of the high-voltage switcher is shown on Fig.1. HV switcher is controlled at standard TTL voltage level. The high-voltage switching section uses IRF MOSFETs in “ladder” device-stacking configuration. The first power MOSFET device VP1 operates as a straightforward 1 kV rated switcher. For 3 kV switcher, two additional MOSFETs VP2-VP3 are placed in series with the first one in the previously mentioned ladder configuration. Zener diodes VD1-VD3 connecting gate to the source of each device ensure safe maximum value of gate-to-source turn-on voltage. The drain of MOSFET VP3 is connected through cathode of GI magnetron. Voltage divider with resistors R4-R6 provides applied VP2 and VP3 gate potentials, thereby establishing the operational range of each respective MOSFET in the ladder. When “collapse” ofthe lowest MOSFET VP1 occurs, the adjacent device receives Zener-limited voltage, which permits fast transient of turning on. That is repeated in the higher ladder MOSFETs until the entire ladder drain-source series is near high potential. The IRFPG40 MOSFET series provides best turn-on and turn-off delay times.
III. Conclusion
The possibility of low cost efficient high-voltage switchboard for supply voltage control for magnetron generator and other microwave devices with grounded anode has been proved in the paper. Technical aspects of voltage control combined with pulse modulation are discussed.
Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г.
nauchebe.net
Высоковольтный релейный коммутатор ВВК5
Требования к питанию
Напряжения питания:
- +5 +0,25/-0,125 В;
- +12 +0,60/-0,36 В;
Ток потребляемый по цепи «+5 В»:
- пиковый (IPm) 1,5 А;
- динамический (IDm) 1,0 А.
Ток потребляемый по цепи «+12 В»:
- пиковый (IPm) 3,0 А;
- динамический (IDm) 2,4 А.
Являясь коммутатором для системы контроля монтажа ТЕСТ-9110-VXI, он также может использоваться и в составе любых других VXI систем.
Требования к охлаждению
Максимальная температура воздуха +50 град.С
Максимальная выделяемая модулем мощность, не более 31 Вт
Поток охлаждающего воздуха 4 л/с
Избыточное давление 0,5 Па
Модуль обеспечивает:
- подключение к объекту контроля 200 выходных линий;
- подключение к любой из 200 выходных линий любой из четырех входных измерительных линий: «Eo/Io», «+Ux», «Ix/-Ux» и «-Io».
В качестве коммутационных элементов используются реле фирмы Meder — SIL12-1A85-76D3K с минимальными напряжениями пробоя контакт-контакт и контакт-обмотка реле – 3000 V DC.
При соединении выходной линии с входной линией образуется канал со следующими характеристиками:
- максимальное коммутируемое напряжение (значение напряжения постоянного/переменного тока): 1050 В/ 750 В;
- максимальный коммутируемый ток: 2.0 А;
- максимальная коммутируемая мощность: 10 Вт;
- максимальный протекающий ток при нахождении реле канала в замкнутом состоянии: 1 А;
- время замыкания/размыкания коммутационного элемента (реле) не более 1 мс.
Сопротивление изоляции между двумя входными линиями, между двумя выходными линиями, между любой входной и любой выходной линией при разомкнутых контактах реле между ними не менее 1 ГОм.
Модуль обеспечивает возможность функциональной проверки основных узлов в режиме «Самоконтроль».
Модуль обеспечивает возможность функциональной проверки при помощи внешних кабелей средствами самого модуля в режиме «ОК отключен».
www.informtest.ru
Высоковольтный высокочастотный двухканальный аналоговый коммутатор для промышленных приложений СРС7512
Компания IХYS выпустила новый высоковольтный высокочастотный двухканальный аналоговый коммутатор для промышленных приложений СРС7512. Особенностям этой микросхемы посвящена настоящая статья.
Внешний вид СРС7512
Микросхема СРС7512 — это двухканальный интегральный высоковольтный коммутатор с нормально разомкнутыми контактами. Коммутатор выполнен в корпусе SOIС20 и может коммутировать сигналы высокого напряжения до ±320 В. Миниатюрное твердотельное устройство обеспечивает функционал двух нормально-разомкнутых твердотельных реле SSR в высокочастотных приложениях (до 60 дБ на частоте 1 МГц). CPC7512 сконфигурирован как два независимых коммутатора с оптимизированным управлением состояниями.
Для коммутации высокого напряжения в обоих направлениях, устройству не требуется внешнего высоковольтного напряжения питания — достаточно 5 В.
Помимо защиты от перегрузки, коммутатор обеспечивает возможность сигнализации о перегреве. В микросхему СРС7512 заложена функция защитного отключения при перегреве устройств, связанных с высоковольтными сетями напряжением до ±320 В. Срабатывание защиты индицируется внешним сигналом.
Коммутатор выполнен в корпусе SOIС20 и может коммутировать сигналы высокого напряжения до ±320 В. Миниатюрное твердотельное устройство обеспечивает функционал двух нормально-разомкнутых твердотельных реле SSR в высокочастотных приложениях (до 60 дБ на частоте 1 МГц). CPC7512 сконфигурирован как два независимых коммутатора с оптимизированным управлением состояниями.
Для коммутации высокого напряжения в обоих направлениях, устройству не требуется внешнего высоковольтного напряжения питания — достаточно 5 В.
Помимо защиты от перегрузки, коммутатор обеспечивает возможность сигнализации о перегреве. В микросхему СРС7512 заложена функция защитного отключения при перегреве устройств, связанных с высоковольтными сетями напряжением до ±320 В. Срабатывание защиты индицируется внешним сигналом.
Основные технические характеристики СРС7512:
- Напряжение питания……………………. 5 В
- Тип сигналов управления……………… ТТL
- Коммутируемое напряжение……. ±320 В
- Напряжение изоляции двух последовательно разомкнутых контактов….±600 В
- Напряжение изоляции сигналов управления и коммутируемых цепей ….±320 В
- Изоляция разомкнутого контакта …60 дБ на частоте 1 МГц
- Типовое сопротивление открытого канала….21….29 Ом
- Рабочая температура окружающей среды…-40-85°С
- Корпус контакта…SOIC20
Функциональная схема коммутатора СРС7512 приведена на рис.1.
Рис. 1
Микросхема СРС7512 имеет следующие основные области применения:
- мультиплексор ультразвукового передатчика;
- мониторинг и заряд аккумуляторов;
- оборудование контроля и телеметрии;
- измерительное оборудование.
При использовании шунтирующего ключа СРС7512 может быть также сконфигурирован как два однополюсных переключателя для управления двумя независимыми нагрузками.
СРС7512 поставляется в 20-выводном корпусе SOIC.
Возможно, вам это будет интересно:
meandr.org
Высоковольтный коммутатор
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для одноразовой коммутации с целью образования цепи прохождения высоковольтного импульсного сигнала. Цель изобретения — обеспечение диагностики технического состояния коммутатора . При срабатывании пиротехнического вещества 15 образуется металлический контакт между электродами 8 и 14. При этом поршень 10 через изоляционную прокладку 11 и нож 12 перерезает контрольный проводник 25. Сигнализация о техническом состоянии коммутатора до и после его срабатывания осуществляется с помощью маломощных источников тока 1-3 и элементов коммутации 4-6 и 27. 5 ил. Иси.19
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 06 F 11/00
ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
»
1 (21) 4713122!07 (22) 03.07.89 (46) 15.01.92. Бюл. М 2 (72) Н,H.Íîâèêoâ. Е.В.Петриченко и
А.Ю.Молчанов (53) 62 1.318.56(088,8) (56) Журнал прикладной механики и технической физики, 1974, N. 5, с. 133, рис, 1а. (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для одноразовой коммутации с целью образования цепи, 5U 1705828 А1 прохождения высоковольтного импульсного сигнала. Цель изобретения — обеспечение диагностики технического состояния коммутатора. При срабатывании пиротехнического вещества 15 образуется металлический контакт между электродами 8 и 14. При этом поршень 10 через изоляционную прокладку
11 и нож 12 перерезает контрольный проводник 25. Сигнализация о техническом состоянии коммутатора до и после его срабатывания осуществляется с помощью маломощных источников тока 1-3 и злеменТоВ коммутации 4-6 и 27, 5 ил.
Мл. 1У
1705828
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для одноразовой коммутации с целью образования цепи прохождения высоковольтного импульсного сигнала.
Цель изобретения — обеспечение диагностики технического состояния коммутатора.
На фиг.1 представлена структурная схема высоковольтного коммутатора; на фиг,2 — схема первого элемента коммутации: на фиг.3 — схема второго элемента коммутации; на фиг.4 — схема третьего элемента коммутации; на фиг.5 — схема четвертого элемента коммутации.
Высоковольтный коммутатор содержит три маломощных источника 1-3 тока, первый 4, третий 5 и второй 6 элементы коммутации, изоляционную гайку 7, внешний электрод 8, корпус 9 отключающего устройства, поршень 10, изолятор 11, нож 12, изолятор 13, внутренний электрод 14, пиротехническое вещество 15, электровоспламенитель 16, делитель 17 напряжения, первый управляющий вход 18, четыре контрольных выхода 19-22, изолирующую вставку 23, контактный соединитель 24, контрольный проводник 25, триггер 26. четвертый элемент 27 коммутации и второй управляющий вход 28..
Первый элемент 4 коммутации состоит из отбойной обмотки 29 реле. рабочей обмотки 30 реле, замыкающих контактов 31 и
32, размыкающего контакта 33.
Второй элемент 6 коммутации содержит обмотку реле 34, замыкающий контакт 35 и
37 и размыкающий контакт 36, Третий элемент пятой коммутации состоит из обмотки реле 38 и замыкающих контактов 39.1 и 39.2.
Четвертый элемент 27 коммутации (фиг.5) содержит обмотку реле 40, размыкаощие контакты 41 и 42.
Пиротехническое вещество 15 находится в полости внутреннего электрода 14. Последовательно расположенные поршень 10, изолятор 11, нож 12 при задействовании пиротехнического вещества 15 обеспечивают перерезание проводника 25. При задействовании пиротехнического вещества 15 обеспечивается взаимосвязь между—внутренним 14 и внешним 8 электродами, Первый выход первого маломощного источника
1 тока соединен через контактный соединитель 24 и находящийся на изолирующей вставке 23 проводник 25 с вторым выходом первого маломощного источника 1 тока.
Первый вход второго элемента 6 коммутации соединен с внутренним электродом 14, второй вход — с вторым выходом четвертого
55 элемента 27 коммутации. первый выход — с вторым входом первого элемента 4 коммутации, второй выход — с четвертым входом первого элемента 4 коммутации, третий выход — с S-входом триггера 26. R-вход которого подключен к второму управляющему входу 28 устройства и третьему входу четвертого элемента 27 коммутации. первый и второй входы которого соединены с первым и вторым выходами третьего маломощного источника 3 тока, а первый выход — с внешним электродом 8, который соединен с информационным выходом. Первый управляющий вход 18 устройства соединен с первым входом первого элемента 4 коммутации, третий вход которого соединен с вторым выходом второго маломощного источника 2 тока, первый выход которого подключен к электровоспламенителю 16:
Второй и третий выходы первого элемента
4 коммутации соединены с первым 19 и третьим 21 контрольными выходами устройства, а первый выход — с электровоспламенителем 16. Информационный вход устройства соединен с внутренним электро дом 14, который в исходном состоянии соединен с внешним электродом 8 через изолятор 13, а также через делитель 17 напряжения — с третьим входом третьего элемента 5 коммутации, второй выход которого соединен с четвертым контрольным выходом 22 устройства
Проводник 25 закреплен в натянутом состоянии с помощью изолирующих вставок 23 и подключен к маломощному источнику 1 тока с помощью контактного соединителя 24.
Устройство работает в двух режимах: в режиме контроля исходного состояния. когда цепь между входом и выходом устройства разорвана (об исходном состоянии устройства свидетельствует наличие сигнала на выходе 19) и в режиме коммутации, когда образуется связь между входом и выходом устройства (об образовании этой связи свидетельствует сигнал на выходе 20), В исходном состоянии устройства срабатывает реле 38 в элементе 5 коммутации от маломощного источника 1 тока и замыкает свой контакт 39. S этом случае выдается сигнал через замкнутый контакт 33 элемента 4 коммутации на выход 19, сигнализируя о исходном состоянии коммутатора.
В случае отсутствия исходного состояния коммутатора сигнал на выходе 19 отсутствует, Это может быть вызвано тем„что проводник 25 перерезан ножом 12, так как сработало пиротехническое вещество 15 или из-за того, что маломощный источник 1 тока не подключен к обмотке реле 38, или
1705828 подано напряжение на обмотку реле 34 и на рабочую обмотку 27 реле, т.е. разомкнулись контакты 36 и 38, что свидетельствует о подаче напряжения на электровоспламенитель 16. В результате этого происходит замыкание внутреннего 14 и внешнего 8 электродов. В рабочем режиме подается сигнал на первый управляющий вход 18, с которого он поступает на рабочую обмотку
30 реле. В результате замыкаются контакты
31 и 32 и размыкается контакт 33..Замыкание контакта 32 обеспечивает подключение маломощного источника 2 токв к электровоспламенителю 16. Появление сигнала на выходе 21 сигнализирует о задействовании электровоспламенителя 16 за счет замыкания контакта 31. На выходе 19 сигнал исчезает, так как контакт 33 разомкнулся, т.е, исходное состояние отсутствует. Срабатыванием электровоспламенителя 16 задействуется пиротехническое вещество 15, которое, расширяясь, действует на стенки внутреннего электрода 14. Внутренний электрод 14 расширяется. В момент соприкосновения внутреннего 14 и внешнего 8 электродов замыкается цепь подключения маломощного источника 3 тока и подается напряжение на обмотку реле 34, Срабатывает реле 34 элемента 6 коммутации замыкает свои контакты 35 и 37 и размыкает контакт
36. Размыкание контакта 36 свидетельствует о потере исходного состояния, т,е. о том, что нет сигнала на выходе 19. Срабатыванием контакта 37 формируется сигнал на выход 20, который свидетельствует о срабатывании коммутатора. На информационном выходе появляется напряжение после поступления его на информационный вход.
Замыкание контакта 35 формируется сигнал, который поступает на отбойную обмотку 29 реле. Реле возвращается в исходное состояние, т.е. размыкает контакты 31 и
32 и замыкает контакт 33, Замыкание контакта 33 не приводит к появлению сигнала на выходе 19, так как разомкнут контакт 36.
Размыкание контакта 32 приводит к отключению электровоспламенителя 16 от маломощного источника 2 тока.
Для контроля высоковольтного импульса в первом режиме, он подается на информационный вход устройства, а далее через делитель напряжения 17 и элемент коммутации 5 он поступает на контрольный выход
22 с целью его дальнейшего анализа.
Обеспечение диагностики технического состояния коммутатора позволяет сократить время поиска неисправности и повысить уровень безопасности при эксплуатации коммутатора.
Ф о р м у л а и з о ю р е т е н и я
Высоковольтный коммутатор, содержащий два силовых вывода, внешний и внутренний цилиндрические электроды с
5 коническими наконечниками, пиротехническое вещество и электровоспламенитель с двумя выводами, причем первый силовой вывод подключен к внутреннему электроду, а второй силовой вывод — к внешнему элек10 троду, указанные цилиндрические электроды изолированы друг от друга, внутренний электрод выполнен полым, а указанное пиротехническое вещество и электровоспламенитель размещены в полости внутреннего
15 электрода так, что при задействовании пиротехнического вещества происходит образование металлического контакта между укаэанными внешним и внутренним электродами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью
20 обеспечения диагностики технического состояния коммутатора, в него введены три маломощных источника тока, первое реле с включающей и отключающей катушками, одним размыкающим и двумя замыкающи25 ми контактами, второе реле с двумя замыкающими и одним размыкающим контактами и катушкой, третье реле с двумя замыкающими контактами и катушкой и четвертое реле с двумя размыкающими контактами и
30 катушкой, RS-триггер, делитель напряжения. контрольный проводник, вывод для подключения к общей шине, два управляющих вывода и четыре контрольных выводов, указанный внутренний электрод снабжен
35 корпусом, поршнем и изолятором с ножом, причем укаэанные поршень, изолятор с ножом и контрольный проводник расположены внутри указанного корпуса с возможностью перерезания указанного
40 контрольного проводника при задействовании пиротехнического вещества, первый управляющий вывод соединен с первым выводом включающей катушки первого реле, первый вывод отключающей катушки
45 первого реле через первый замыкающий контакт второго реле соединен с выводом для подключения к общей шине. второе выводы включающей и отключающей катушек первого реле соединены с выводом для под50 ключения к общей шине, второй указанный вывод подключен к R-входу Rs-триггера, выход которого подключен к первому контрольному выводу, первые выводы всех указанных источников тока соединены с вы55 водами для подключения к общей шине, первый вывод первого источника тока. катушка третьего реле, укаэанный контрольный проводник и второй вывод указанного первого источника тока образуют последовательную цепь, первый вывод второго ис1705828
Фиг.З точника тока. первый замыкающий контакт первого реле. выводы укаэанного электровоспламенителя и второй вывод указанного второго источника тока образуют последовательную цепь, первый вывод третьего источника тока через первый размыкающий контакт четвертого реле соединен с внешним электродом, а второй вывод указанного третьего источника тока червз последовательно соединенные второй размыкающий контакт четвертого реле и катушку второго реле соединен с внутренним электродом, первый силовой вывод через последовательно соединенные делитель напряжения, первый замыкающий контакт третьего реле соединен с вторым контрольным выводом, третий контрольный вывод через последовательно соединенные размыкающий контакт первого реле, размыкающий контакт
5 второго реле и второй замыкающий контакт третьего реле соединен с выводом для подключения общей шины, четвертый контрольный вывод через второй замыкающий контакт первого реле соединен с выводом для под10 ключения общей шины, первый контрольный вывод через катушку четвертого реле соединен с выводом для подключения общей шины, S-вход указанного RS-триггера через второй замыкающий контакт второго реле соединен
15 с выводом для подключения общей шины.
1705828
Составитель А.Колядин
Техред M.М6ргентал Корректор О.Ципле
Редактор Л.Пчолинская
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Заказ 194 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
findpatent.ru
что это такое? Схема коммутатора, управление и неисправности
В различных технических текстах можно встретить термин «коммутатор». Что это такое? В самом общем смысле — это устройство для переключения электрических цепей (сигналов), которое может быть электронным, электронно-лучевым или электромеханическим.
В узком смысле так обычно называют коммутатор зажигания, которым оснащаются любые транспортные средства с бензиновыми двигателями. Этой разновидности коммутаторов, в основном автомобильных, и посвящена данная статья.
Предыстория систем зажигания
Как известно, в каждом цикле работы бензинового двигателя внутреннего сгорания существует этап приготовления топливно-воздушной горючей смеси и этап ее сгорания. Но чтобы смесь сгорела, ее нужно чем-то поджечь.
Первым решением, применявшимся в самых ранних автомобильных ДВС, было зажигание смеси от калильной трубки, вставленной в цилиндр и разогреваемой предварительно перед запуском двигателя. При его работе температура этой трубки постоянно поддерживалась за счет сгорающей в каждом цикле работы смеси.
Интересно, что система искрового зажигания от магнето применялась параллельно с калильным зажиганием автодвигателей, но поначалу только для промышленных газовых ДВС. Этот принцип был быстро перенят и автопроизводителями, а после изобретения Р. Бошем в 1902 году привычной свечи зажигания искровая система стала общепринятой.
Принцип искрового зажигания
В настоящее время наиболее распространена батарейная система зажигания, содержащая источник тока в виде автомобильного аккумулятора при пуске и автомобильного генератора при работающем двигателе, катушку зажигания, представляющую собой трансформатор с высоковольтной вторичной обмоткой, к которой присоединена искрообразующая свеча зажигания, а также распределитель (коммутатор) зажигания. Работа коммутатора заключается в периодическом прерывании цепи тока первичной обмотки катушки зажигания. При каждом таком прерывании тока его магнитное поле, существующее в точках пространства, занятых проводами вторичной обмотки катушки зажигания, очень быстро уменьшается. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции в тех же точках пространства возникает весьма большое вихревое электрическое поле, напряженность которого создает высокую (до 25 кВ) ЭДС во вторичной обмотке катушки зажигания, разорванной электродами свечи. Напряжение между ними быстро достигает величины, достаточной для пробоя воздушного промежутка, и тогда проскакивает электрическая искра, поджигающая топливно-воздушную смесь.
Что коммутируется в системе зажигания?
Итак, автомобильный коммутатор. Что это такое и зачем он нужен? Коротко говоря, это устройство, задачей которого является разрыв цепи тока в первичной обмотке катушки зажигания в наиболее выгодный для этого момент.
В четырехтактном ДВС этот момент наступает в конце такта сжатия (2-го такта работы ДВС), незадолго до достижения поршнем так называемой верхней мертвой точки (ВМТ), в которой расстояние от любой точки поршня до оси вращения коленвала ДВС является максимальным. Поскольку коленвал совершает круговое вращательное движение, то момент прерывания тока привязывают к некоторому его положению перед достижением им и поршнем положения ВМТ. Угол между этим положением коленвала и вертикальной плоскостью называют углом опережения зажигания. Он варьируется в диапазоне от 1 до 30 градусов.
Учитывая историю, на вопрос: «Автомобильный коммутатор: что это такое?» — следует отвечать, что это сначала механический, а позже, по мере развития техники, электронный прерыватель тока в катушке зажигания.
Механический предшественник коммутатора зажигания
Собственно, коммутатором это устройство стали называть лишь в последние годы, после того как оно стало полностью электронным. А прежде, начиная с 1910 года, когда на автомобилях «кадиллак» впервые появилась автоматическая система зажигания, его функцию наряду с другими задачами выполнял прерыватель-распределитель (трамблер). Такая двойственность наименования возникла из-за двоякой функции его в системе зажигания. С одной стороны, ток в первичной обмотке катушки зажигания нужно прерывать – отсюда возникает «прерыватель». С другой стороны, напряжение высоковольтной обмотки катушки зажигания нужно поочередно распределять по свечам всех цилиндров, причем с нужным углом опережения. Отсюда вторая половина названия – «распределитель».
Как работали трамблеры?
Прерыватель-распределитель имеет приводимый во вращение от коленвала внутренний вал, на котором закреплен диэлектрический ротор-бегунок с вращающейся токоразносной пластиной на его торце. По пластине скользит подпружиненная угольная щетка, соединенная с высоковольтным центральным контактом в крышке распределителя, который, в свою очередь, соединен с вторичной обмоткой катушки зажигания. Токоразносная пластина периодически приближается к расположенным в крышке трамблера контактам высоковольтных проводов, идущих к свечам цилиндров. В этот момент во вторичной обмотке катушки возникает высокое напряжение, которое пробивает два воздушных промежутка: между токоразностной пластиной и контактом провода к данной свече и между электродами свечи.
На том же валу установлены кулачки, число которых равно числу цилиндров, а выступы каждого кулачка размыкают одновременно с подключением конкретной свечи контакты прерывателя тока, включенные в цепь первичной обмотки катушки зажигания.
Чтобы между контактами прерывателя не возникало искры при размыкании, параллельно им подключен конденсатор большой емкости. При размыкании контактов прерывателя ЭДС индукции в первичной обмотке вызывает ток заряда конденсатора, но вследствие его большой емкости напряжение на нем, а следовательно и между разомкнутыми контактами, не достигает величины пробоя воздуха.
А как же с углом опережения?
Как известно, при уменьшении частоты вращения коленвала смесь в цилиндрах нужно поджигать в такте ее сжатия попозже, прямо перед самой ВМТ, т.е. угол опережения зажигания следует уменьшать. Наоборот, при увеличении частоты вращения смесь в такте сжатия нужно поджигать пораньше, т.е. угол опережения увеличивать. В трамблерах эту функцию выполнял центробежный регулятор, механически связанный с кулачками прерывателя тока. Он поворачивал их на валу распределителя таким образом, чтобы они пораньше или попозже в такте сжатия смеси размыкали контакты прерывателя.
Изменять угол опережения необходимо и при неизменной частоте, когда меняется нагрузка на двигатель. Эту работу выполняло специальное устройство – вакуумный регулятор зажигания.
Появление первых коммутаторов
К концу 70-х годов прошлого века стало ясно, что самым слабым узлом трамблера являются контакты прерывателя, через которые протекал полный ток первичной обмотки. Они постоянно подгорали и выходили из строя. Поэтому первым решением стала специальная электронная схема коммутатора для прерывания тока в катушке. В ее входную слаботочную цепь включались провода от выводов традиционного контактного прерывателя трамблера. Однако теперь его контакты прерывали не полный ток катушки зажигания, а небольшой ток во входной цепи коммутатора.
Собственно же электронный коммутатор был конструктивно выполнен в отдельном блоке и подключался (по желанию водителя) к классическому трамблеру. Такая система зажигания получила название контактной электронной. Она была весьма популярной в 80-е годы прошлого века. И в наше время еще можно встретить оснащенные ею автомобили.
Схема коммутатора контактной электронной системы собиралась на транзисторах.
Следующий шаг – отказ от контактного прерывателя
Контактный прерыватель тока даже в слаботочном варианте, применяемом в контактной электронной системе зажигания, оставался весьма ненадежным узлом. Поэтому автомобилестроители предпринимали немалые усилия для его исключения. Эти усилия увенчались успехом после создания бесконтактного датчика-распределителя на основе датчика Холла.
Теперь вместо нескольких кулачков на валу распределителя стали устанавливать цилиндрический полый экран с прорезями и шторками между ними, причем число шторок и прорезей равно числу цилиндров двигателя. Шторки и прорези экрана движутся в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом, мимо миниатюрного датчика Холла. Пока мимо него движется шторка экрана, выходное напряжение датчика Холла отсутствует. Когда же шторка сменяется прорезью, с датчика Холла электронной схемой снимается фронт импульса напряжения, свидетельствующий о необходимости прервать ток в первичной обмотке катушки зажигания. Этот импульс напряжения передается по проводам в блок коммутатора тока в катушке зажигания, где он предварительно усиливается и далее используется для управления основным силовым коммутирующим каскадом.
Другим вариантом бесконтактного датчика-распределителя является узел с оптическим датчиком, у которого вместо датчика Холла используется фототранзистор, а вместо постоянного магнита – светодиод. Оптический датчик имеет такой же вращающийся экран с прорезями и шторками.
Появление коммутатора как такового
Итак, в бесконтактной системе зажигания вместо одного контактного трамблера появились два отдельных узла: бесконтактный (но только по низкому напряжению) датчик-распределитель и электронный коммутатор. Функцию же распределения высоковольтного напряжения по свечам зажигания в датчике-распределителе по-прежнему выполняет механический ротор-бегунок с токоразносной пластиной.
А как же с регулированием угла зажигания? Эти задачи по-прежнему выполняют центробежный и вакуумный регуляторы в составе датчика-распределителя. Первый из них теперь поворачивает на валу не кулачки, а сдвигает шторки экрана, изменяя тем самым угол зажигания. Вакуумный же регулятор имеет возможность сдвигать датчик Холла с его опорной пластиной, также регулируя данный угол.
Учитывая вышеизложенное, на вопрос: «Современный автомобильный коммутатор: что это такое?» – следует давать ответ, что это конструктивно обособленный электронный блок бесконтактной системы зажигания.
Отказ от распределения высокого напряжения
Дольше всего в коммутаторе сохранялся механический распределитель высоковольтного напряжения по свечам цилиндров. Самое интересное, что этот узел был достаточно надежен и не вызывал больших нареканий. Однако время не стоит на месте, и в начале нашего столетия схема подключения коммутатора претерпела очередные крупные изменения.
В современных автомобилях вообще отсутствует распределение высоковольтного напряжения от одной катушки по разным свечам. Наоборот, в них «размножились» сами катушки и стали принадлежностью свечи каждого цилиндра. Теперь вместо контактной коммутации свечей по высокому напряжению выполняется бесконтактная коммутация их катушек по низкому напряжению. Конечно, это усложняет схему коммутатора, но и возможности современной схемотехники гораздо шире.
В современных автомобилях с инжекторными двигателями управление коммутатором осуществляет либо автономный блок управления двигателем, либо бортовой компьютер автомобиля. Эти устройства управления анализируют не только скорость вращения коленвала, но множество других параметров, характеризующих топливо и охлаждающую жидкость, температуру различных узлов и окружающей среды. На основании их анализа в режиме реального времени меняются и настройки угла опережения зажигания.
Неисправности коммутатора
Наиболее часто встречающейся неисправностью механического трамблера является подгорание его контактов: как подвижных, так и высоковольтных контактов свечей. Чтобы этого не случилось (по крайней мере, не слишком быстро), нужно регулярно осматривать их, и если на них образовался нагар, то его следует снять надфилем или мелкой шкуркой.
Если вышел из строя конденсатор, включенный параллельно контактам прерывателя, или резистор в цепи центрального высоковольтного электрода, то их можно заменить.
Неисправности коммутатора электронного, вызванные выходом из строя усилителя импульсов датчика Холла или коммутатора тока катушки, обычно не подлежат устранению, так как такой коммутатор является неразборным. В этом случае, как правило, неисправный блок просто заменяется новым.
Как проверить коммутатор?
Если обороты двигателя на холостом ходу «плавают», или он глохнет на ходу, или вообще не запускается, то следует проверить наличие искры на подключенных к распределителю зажигания с датчиком Холла свечах. Для этого нужно выкрутить их, надеть наконечники бронепроводов, положить свечи на «массу» и «крутануть» коленвал стартером. Если искры нет или она слабая, нужно переходить к коммутатору.
Но как проверить коммутатор? Следует включить зажигание и оценить, как отклоняется стрелка вольтметра. Если коммутатор исправен, то она должна отклоняться в два этапа. Сначала стрелка занимает некоторое промежуточное положение, в котором остается 2-3 секунды, а затем переходит в конечное (штатное) положение. Если стрелка сразу занимает конечное положение, то можно пробовать заменять коммутатор.
Подключение коммутатора
Как подключить коммутатор к бесконтактной системе зажигания? Следует помнить, что его клеммная колодка подключается двумя проводами к клеммам «Б» и «К» катушки зажигания, трехпроводным жгутом с разъемом — к датчику Холла на датчике-распределителе и одним проводом — к «массе». С выводом «+» аккумулятора схема коммутатора соединяется на клемме «Б» катушки.
fb.ru
Высоковольтный коммутатор
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения — уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции коммутатора. Высоковольтный коммутатор содержит анод и катод, размещенные в цилиндрическом изоляционном корпусе с металлической оболочкой . Диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости распространения электромагнитной волны в коаксиальной линии, оборудованной оболочкой, корпусом и возникающим между анодом и катодом разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя в начальный момент запуска. 2 з. п. ф-лы, 1 ил &
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ к
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4494208/07 (22) 14.! 0.88 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (71) Московский энергетический институт (72) С. Ю. Петрин и О. А. Синкевич (53) 621.316.933 (088.8) (56) Афанасьев В. В. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения.— М.: Наука, 1987, с. 181.
Авторское свидетельство СССР № 1101156, кл. Н 03 К 5/00. 1981.
Изобретение относится к высоковольтной сильноточной быстродействующей коммутационной технике, в частности к устройству высоковольтных сильноточных быстродействующих газоразрядных коммутаторов, и предназначено для использования в схемах питания.
Цель изобретения — уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции высоковольтного коммутатора.
На чертеже показа н высоковольтный коммутатор, продольный разрез.
Коммутатор содержит цилиндрический диэлектрический корпус 1 с размещенными в нем электродами: катодом 2 и анодом 3.
Корпус 1 заключен в металлическую оболочку 4, которая изолирована от электродов 2 и 3, подключенных к источнику 5 запускающих импульсов.
Возможно введение в коммутатор управляющего электрода 6. В этом случае источÄÄSUÄÄ 1644272 A 1 (51)5 Н 01 Т 1/00 (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАТОР (57) Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике. Цель изобретения — уменьшение времени срабатывания и упрощение конструкции коммутатора. Высоковольтный коммутатор содержит анод и катод, размещенные в цилиндрическом изоляционном корпусе с металлической оболочкой. Диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости распространения электромагнитной волны в коаксиальной линии, оборудованной оболочкой, корпусом и возникающим между анодом и катодом разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя в начальный момент запуска. 2 з. п. ф-лы, 1 ил. ник 5 включают между катодом 2 и управляющим электродом 6.
Электроды 2 и 3 могут быть выполнены с кольцевой рабочей поверхностью путем введения изоляционных вставок 7.
Диэлектрическую проницаемость е материала корпуса 1 выбирают из условия равенства скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, образованной металлической оболочкой 4, корпусом 1 и возникающим разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя разрядного канала в начальный момент запуска. Для более точного выбора диэлектрической проницаемости в материала корпуса 1 он может быть сделан составным из нескольких коаксиальных слоев, причем внутренняя часть диэлектрического корпуса, образующая стенки разрядной камеры, может быть выполнена из твердого диэлектрика (керамика, пластмасса), а верхние слои могут быть образованы
1б44272
Для упрощения запуска и предохранения системы питания от воздействия запускающего импульса перенапряжения этот импульс может подаваться не на катод, а на специальный управляющий электрод, расположенный между катодом и анодом, причем оптимальное соотношение расстояний от него до катода и анода выражается формулой
Р, 0„— 0 где P, f, — расстояния от управляющего электрода до катода и анода; U„, U
Энергия запускающего импульса E npu этом должна превышать суммарную энергию
3 жидкими или газообразными диэлектриками, которые просто могут заполнять полость, образованную внутренним слоем его металлической оболочки 4.
Коммута гор работает следующим образом.
К катоду 2: аноду 3 прикладывают напряжение от источника постоянного напряжения (не показан), недостаточное для пробоя промежутка анод — катод. На катод 2 или управляющий электрод 6 от источника 5 запускающих импульсов подают импульс перенапряжения, крутизна которого достаточна для возникновения волнового пробоя, который распространяется от катода 2 к аноду 3 (нарастание напряжения на фронте волны пробоя dU/dt)10 кВ/нс). Скорость волны пробоя U„= (1 — 2) ° 10 о см/с, потенциал фронта волны пробоя при надлежащем выборе параметров рабочей среды и запускающего импульса близок к потенциалу катода. Длина фронта волны пробоя в пространстве не превышает 10 см, что обеспечивает длительность фронта импульса (1 нс, что меньше, чем у современных высоковольтных коммутаторов; время запаздывания срабатывания тз — — Р/U, где 1 — длина разрядного промежутка между анодом и катодом, может составлять единицы наносекунд.
Движение фронта волны пробоя не замедляется, а фронт не расплывается в пространстве, если выполняется условие для диэлектрической проницаемости е материала корпуса в коаксиале, образованном разрядным каналом и металлической оболочкой. Это условие означает равенство скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, в поле которой происходит зарядка погонной емкости коаксиальной линии и скорости движения фронта волны пробоя в начальный момент запуска. Выполнение этого условия обеспечивает стабильность параметров фронта волны пробоя при движении между электродами. ионизации газа, находящегося в корпусе разрядника:
E WVp /ИТ, где Р, Т вЂ” давление и температура газа в разряднике; и — константа Больцмана; ят— энергия ионизации молекул газа; V — объем корпуса разрядника.
При необходимости для уменьшения индуктивности разрядника и улучшения временных характеристик процесса коммутации электроды могут быть выполнены кольцевыми или центральная часть их может быть изолирована, при этом разрядный канал будет иметь коаксиальную структуру и находиться близко к диэлектрической стенке.
Эффективность предлагаемого коммутатора по сравнению с известным состоит в том, что он позволяет в конструкции импульсных схем питания отказаться от установки обостряющих и формирующих устройств в результате увеличения крутизны фронта импульса и уменьшения времени срабатывания, что упрощает и удешевляет системы питания прибора. Кроме того, высокие временные параметры предлагаемого коммутатора позволяют расширить его область применения.
Формула изобретения
1. Высоковольтный коммутатор, содержащий цилиндрический корпус из диэлектрического материала с размещенными в нем двумя противолежащими электродами — анодом и катодом и подключенный к электродам источник запускающих импульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени срабатывания и упрощения конструкции, указанный корпус помещен в дополнительно введенную идолированную от электродов металлическую оболочку, причем электрическая прочность диэлектрического корпуса в радиальном направлении выбрана не ниже рабочего напряжения на электродах, а диэлектрическая проницаемость материала корпуса выбрана из условия равенства скорости электромагнитной волны в коаксиальной линии, образованной указанной металлической оболочкой, корпусом и возникающим разрядным каналом, и скорости фронта волны пробоя разрядного канала в начальный момент запуска.
2. Коммутатор по п. 1, отличающийся тем, что указанные электроды выполнены с кольцевой рабочей поверхностью.
3. Коммутатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что указанный диэлектрический корпус выполнен в виде двух слоев, внутренний из которых выполнен из твердого диэлектрика, а внешний слой, примыкающий к указанной оболочке, выполнен из газообразного или жидкого диэлектрика.
1644272
Составитель В. Гомзин
Редактор Н. Тупица Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова
Заказ 1245 Тираж 285 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
findpatent.ru
Высоковольтный коммутатор — патент 536597
Патент 536597
Высоковольтный коммутатор
О П И С А Н И Е t(ii) бзебр7
Союз Советских
Социалистических
Республик
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено09. 10,73 (21) 1966031/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.11 76 Бюллетень № 43 (45) Дата опубликования описаиия23.05.77 (51) М. Кл.
Н 03 К 17/04
Государственный намнтет
Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий (5Д) УДК 621.318. .5(088.8) Б. A. Валихметов, А. И. Тропынин и С. А. Баско (72) Авторы изобретения
Научно-исследовательский институт управляющих вычислительных машин (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ КОММУТАТОР
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электронным коммутаторам и может быть использовано в устройствах графической информации на электронно-лучевой трубке (ЭЛТ) с барьерными люминофорами.
Известны устройства коммутации уровней напряжения, обеспечивающие коммутацию двух различных постоянных напряжений к обmeMy приемнику (1). Источником напряжения служит коммутируемый генератор с вы- 10 соким входным сопротивлением. Повышение быстродействия достигается применением двух импульсных цепей, переключаемых одновременно с генератором. Импульсы, выдаваемые этими цепями, предваряют измене- l5 ние напряжения генератора.
Эти устройства обеспечивают коммуташпо следующих уровней напряжения: 12,1, 9,7, 8,Ф, 6,7 кВ. Коммутатор переключает не только соседние уровни, но и предель-20 ные значения напряжений. Расход мощности на одно переключение составляет 7,3х х 10з ватт-секунд, Наиболее близкое к изобретению устройство содержит два высоковольтных электро- 25 вакуумных триода, высоковольтный стабилитрон, изолированный источник питания для накала электровакуумных триодов, балансные усилители (2). Устройство запитывается от одного уровня высоковольтного напряжения (17 кВ), а требуемые уровни напряжения снимаются с делителя, образованного лампой и стабилитроном, поэтому только часть тока делителя используется для заряда емкостной составляющей нагрузки. В связи с этим переходные процессы занимают длительное время. Это устройство работает в режиме слежения с помощью отрицательной обратной связи, что еще больше затягивает процесс переключения (1,78 мсек).
Цель изобретения — повышение быстродействия и снижение потребляемой мошности коммутаторов.
Это достигается тем, что в предлагаемом коммутаторе анод зарядной лампы подключен к источнику высокого потенциала, сетка зарядной лампы подключена к эмиттеру транзистора, база и коллектор которогочерез один и другой резисторы соединены с положительным выводом изолированного источника питания, 5365 97 сетка зарядной лампы через один диод и третий резистор, общая точка которых соединена с базой транзистора, соединена с анодом управляющей лампы, а катод зарядной лампы через другой диод подключен к источнику низкого потенциала.
На чертеже дана схема высоковольтного коммутатора
Он состоит из управляющей 1 и разрядной 2 ламп, изолированного источника 3 питания, резисторов 4, 5 и 6, диодов 7 и 8, управляющего транзистора 9, подключенного к сетке зарядной лампы 10. К коммутатору подключены источники высокого 11 и низкого 12 потенциалов.
Когда управляющая лампа заперта, через резистор 4 протекает ток изолированного источника 3, открывающий транзистор 9.
При этом открывается и зарядная лампа 10
Высокии потенциал напряжения подключается к нагрузке. При отпирании лампы 1 ток источника протекает по резисторам 4, 6, транзистор 9 быстро запирается, на сетку лампы через диод 8 подается отрицательное напряжение, равное 10 В, и зарядная лампа запирается.
Для ускорения разряда емкостной составляющей нагрузки, в момент запирания зарядной лампы 10 формируется управляющий импульс, открывающий разрядную лампу 2.
В результате остаточное напряжение на емкостной нагрузке быстро сбрасывается до уровня потенциала.
Изолированный источник 3 представляет собой утроитель напряжения накала заряднои лампы 10, которое вырабатывается высокопотенциальным трансформатором.
С помощью диода 7 осуществляется развязка источников высокого и низкого потенциала.
Данное устройство позволяет переключить экран ЭЛТ с одного уровня на другой за 200 мсек.
Формула изобретения
Высоковольтный коммутатор, содержащий источники высокого и низкого потенциала, зарядную лампу, разрядную лампу, управляющую лампу и управляющий транзистор, запитываемый от изолированного источника питания о т л и ч а
Э чающийся тем, что с целью повышения быстродействия за но и снижения потребляемой мощности ти, анод зарядной лампы подключен к йсточнику высокого потенциала, сетка разрядной лампы подключена к эмиттеру транзистора, база и коллектор которого через один и другой резисторы соединены с положительным выводом изолированного источника питания, сетка зарядной лампы через один диод и третий резистор, общая точка которых соединена с базой транзистора, соединена с анодом управляющей лампы, а катод зарядной лампы через другой диод подключен к источнику низкого потенциала.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент Франции М 2067926, М.Кл.
Н 01 Н 47/00, 28.08.71
2. К. . АЗАМ „Тжо- ооЮот а рпсютитетчш display
3nformati, display, Аи.фц.gg, 1970 (прототип) .
536597
Составитель E. Калинкин
Редактор В. Дибобес Техред Г. Родак Корректор Т. Чаброва
Заказ 5769/273 Тираж 1029 Подписное
0НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и о-гкрытий
113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент». г. Ужгород, ул. Проектная, 4
patentdb.ru
