RU2366077C1 - Pulse modulator - Google Patents

Pulse modulator Download PDF

Info

Publication number
RU2366077C1
RU2366077C1 RU2007144284/09A RU2007144284A RU2366077C1 RU 2366077 C1 RU2366077 C1 RU 2366077C1 RU 2007144284/09 A RU2007144284/09 A RU 2007144284/09A RU 2007144284 A RU2007144284 A RU 2007144284A RU 2366077 C1 RU2366077 C1 RU 2366077C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
output
diode
load
controlled
Prior art date
Application number
RU2007144284/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007144284A (en
Inventor
Николай Викторович Матвеев (RU)
Николай Викторович Матвеев
Валентин Георгиевич Филиппов (RU)
Валентин Георгиевич Филиппов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский электротехнический институт имени В.И. Ленина"
Priority to RU2007144284/09A priority Critical patent/RU2366077C1/en
Publication of RU2007144284A publication Critical patent/RU2007144284A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366077C1 publication Critical patent/RU2366077C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: pulse modulator relates to high-voltage power supplies and can be used for obtaining amplitude stabilised voltage pulses across a load in a wide range of variation of duration and frequency of generated pulses. The pulse modulator has a controlled ac voltage source (1), connected in series with a transformer (2), with N secondary windings. Each secondary winding, connected to a rectifier (3), forms N series-connected modules. Each rectifier (3) is connected in series with the first controlled switch (4) and diode (5), which is shunted by the second controlled switch (7). The cathode of diode (5) of the first module is connected to the anode of diode (5) of the second module etc. Use of voltage sensor (9), third control switch (11), adding device (10) and driving voltage source (12), increases stability of output voltage. Owing to negative feedback, the value of voltage at the output of the rectifier (3) is continuously controlled and kept in exact conformity with the given voltage value across the load (6), during pulse generation and during pauses. Forced discharge of parasitic capacitance of the load (6), through controlled switches (7) during load tripping, speeds up operation.
EFFECT: increased stability of output voltage.
1 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтным источникам питания и может быть использовано для получения на нагрузке стабилизированных по амплитуде импульсов напряжения в широком диапазоне изменения длительности и частоты формируемых импульсов.The invention relates to high-voltage power sources and can be used to obtain voltage-stabilized amplitude pulses of voltage pulses over a wide range of changes in the duration and frequency of the generated pulses.

Известен импульсный модулятор (патент США №5710520), содержащий источник переменного напряжения, соединенный с трансформатором, имеющим несколько вторичных обмоток, образующих несколько модулей, соединенных последовательно для получения выходного напряжения. Каждый модуль содержит выпрямитель, положительный вывод которого соединен с первым выводом ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом ключа и с анодом диода следующего модуля. Анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля - со вторым выводом нагрузки.Known pulse modulator (US patent No. 5710520) containing an AC voltage source connected to a transformer having several secondary windings forming several modules connected in series to obtain the output voltage. Each module contains a rectifier, the positive terminal of which is connected to the first terminal of the key, and the negative - with the anode of the diode, the cathode of which is connected to the second terminal of the key and with the anode of the diode of the next module. The anode of the diode of the first module is connected to the first output terminal, and the cathode of the diode of the last module is connected to the second output terminal.

Недостатком устройства является низкая стабильность выходного напряжения, например, при изменении напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки.The disadvantage of this device is the low stability of the output voltage, for example, when changing the voltage of the supply network, load resistance.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является импульсный модулятор (патент ЕПВ №0557599), содержащий источник переменного напряжения, соединенный с трансформатором, имеющим N вторичных обмоток, образующих N модулей, соединенных последовательно для получения выходного напряжения. Каждый модуль содержит выпрямитель, положительный вывод которого соединен с первым выводом управляемого ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом управляемого ключа и с анодом диода следующего модуля. Анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля - со вторым выводом нагрузки. Управляемые ключи управляются от генератора управляющих импульсов.The closest technical solution to the claimed invention is a pulse modulator (EPO patent No. 0557599) containing an AC voltage source connected to a transformer having N secondary windings forming N modules connected in series to obtain the output voltage. Each module contains a rectifier, the positive terminal of which is connected to the first terminal of the controlled key, and the negative - with the anode of the diode, the cathode of which is connected to the second terminal of the controlled key and with the anode of the diode of the next module. The anode of the diode of the first module is connected to the first output terminal, and the cathode of the diode of the last module is connected to the second output terminal. The controlled keys are controlled by a control pulse generator.

Недостатком прототипа также является низкая стабильность выходного напряжения при изменении напряжения питающей сети, сопротивления нагрузки и других дестабилизирующих факторов, а также низкое быстродействие при выключении, т.к. паразитная емкость нагрузки разряжается через большое обратное сопротивление диодов.The disadvantage of the prototype is also the low stability of the output voltage when changing the voltage of the supply network, load resistance and other destabilizing factors, as well as low speed when turned off, because the stray load capacitance is discharged through the large inverse resistance of the diodes.

Задача изобретения - повышение стабильности формируемых импульсов напряжения при изменении в широких пределах длительности импульсов и частоты следования, а также повышение быстродействия при отключении нагрузки.The objective of the invention is to increase the stability of the generated voltage pulses when changing over a wide range of pulse durations and repetition rates, as well as improving performance when disconnecting the load.

Поставленная задача решается тем, что в импульсном модуляторе, содержащем источник переменного напряжения, соединенный последовательно с трансформатором, и N последовательно соединенных модулей, каждый из которых включает вторичную обмотку трансформатора, соединенную с выпрямителем, положительный вывод которого соединен с первым выводом первого управляемого ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом первого управляемого ключа и анодом диода следующего модуля, причем анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля соединен со вторым выводом нагрузки, управляющие входы первых управляемых ключей соединены с выходом генератора управляющих импульсов, введены N вторых управляемых ключей, третий управляемый ключ, N датчиков напряжения, суммирующее устройство, источник задающего напряжения, а источник переменного напряжения выполнен управляемым, причем каждый второй управляемый ключ включен параллельно диоду соответствующего модуля, каждый из N датчиков напряжения включен между положительным выводом соответствующего выпрямителя и первым выводом нагрузки, выход датчиков напряжения с 1-го по (N-1) модулей соединен с первым входом суммирующего устройства через третий управляемый ключ, а выход датчика напряжения N-го модуля соединен с первым входом суммирующего устройства напрямую, второй вход суммирующего устройства соединен с выходом источника задающего напряжения, а выход - с управляющим входом источника переменного напряжения, инверсный выход генератора управляющих импульсов соединен с управляющими входами вторых и третьего управляемых ключей.The problem is solved in that in a pulse modulator containing an AC voltage source connected in series with a transformer, and N series-connected modules, each of which includes a secondary transformer winding connected to a rectifier, the positive terminal of which is connected to the first terminal of the first controlled key, and negative - with the anode of the diode, the cathode of which is connected to the second terminal of the first controlled key and the anode of the diode of the next module, and the anode of the diode of the first module with it is single with the first output of the load, and the cathode of the diode of the last module is connected to the second output of the load, the control inputs of the first controlled keys are connected to the output of the control pulse generator, N second controlled keys, a third controlled key, N voltage sensors, a summing device, a voltage source and the alternating voltage source is made controllable, and each second controllable switch is connected parallel to the diode of the corresponding module, each of N voltage sensors is connected between by an individual output of the corresponding rectifier and the first output of the load, the output of the voltage sensors from the 1st to (N-1) modules is connected to the first input of the summing device through a third controlled key, and the output of the voltage sensor of the Nth module is connected directly to the first input of the summing device, the second input of the summing device is connected to the output of the source of the supply voltage, and the output is connected to the control input of the AC voltage source, the inverse output of the generator of control pulses is connected to the control inputs of the second and this managed keys.

Введение датчиков напряжения, вторых и третьего управляемых ключей, суммирующего устройства и источника задающего напряжения обеспечивает повышение стабильности выходного напряжения благодаря организации непрерывного контроля за величиной напряжения на выходе выпрямителей и использования полученных сигналов отрицательной обратной связи для поддержания напряжения на выходе выпрямителей в точном соответствии с задаваемым значением напряжения на нагрузке. Причем, в исходном состоянии, т.е. до формирования импульса, напряжение задания сравнивается с суммой всех измеренных относительно одного из выводов нагрузки напряжений на выходах выпрямителей, а при формировании импульса - с напряжением на выходе выпрямителя последнего модуля, практически равного напряжению на нагрузке.The introduction of voltage sensors, second and third controlled keys, a summing device and a source of a supply voltage provides increased stability of the output voltage by organizing continuous monitoring of the voltage at the output of the rectifiers and using the received negative feedback signals to maintain the voltage at the output of the rectifiers in exact accordance with the set value voltage on the load. Moreover, in the initial state, i.e. before the pulse is formed, the voltage of the reference is compared with the sum of all the voltages measured at one of the terminals of the load at the outputs of the rectifiers, and during pulse formation, with the voltage at the output of the rectifier of the last module, which is almost equal to the voltage at the load.

Повышение быстродействия при отключении нагрузки обеспечивается ускоренным разрядом паразитной емкости нагрузки через последовательно включенные вторые управляемые ключи.The increase in speed when disconnecting the load is provided by the accelerated discharge of the parasitic load capacitance through the series-connected second managed keys.

На чертеже представлена принципиальная схема импульсного модулятора.The drawing shows a schematic diagram of a pulse modulator.

Импульсный модулятор содержит управляемый источник 1 переменного напряжения, соединенный последовательно с трансформатором 2, имеющим N вторичных обмоток. Каждая вторичная обмотка, соединенная с выпрямителем 3, образует N последовательно соединенных модулей. Положительный вывод выпрямителя 3 соединен с первым выводом первого управляемого ключа 4, а отрицательный - с анодом диода 5, катод которого соединен со вторым выводом первого управляемого ключа 4 и анодом диода 5 следующего модуля. Анод диода 5 первого модуля соединен с первым выводом нагрузки 6, а катод диода 5 последнего модуля соединен со вторым выводом нагрузки. Каждый второй управляемый ключ 7 включен параллельно диоду 5 соответствующего модуля. Управляющие входы первых управляющих ключей 4 соединены с прямым выходом генератора 8 управляющих импульсов. Каждый из N датчиков 9 напряжения включен между положительным выводом выпрямителя 3 и первым выводом нагрузки 6, а выход датчиков 9 напряжения с 1-го по (N-1) модулей соединен с первым входом суммирующего устройства 10 через третий управляемый ключ 11. Выход датчика 9 напряжения N-гo модуля соединен с первым входом суммирующего устройства 10 напрямую. Второй вход суммирующего устройства 10 соединен с выходом источника 12 задающего напряжения, а выход - с управляющим входом источника 1 переменного напряжения. Инверсный выход генератора 8 управляющих импульсов соединен с управляющими входами вторых ключей 7 и третьего управляемых ключа 11.The pulse modulator contains a controlled source 1 of an alternating voltage connected in series with a transformer 2 having N secondary windings. Each secondary winding connected to the rectifier 3 forms N series-connected modules. The positive terminal of the rectifier 3 is connected to the first terminal of the first controlled key 4, and the negative terminal is connected to the anode of the diode 5, the cathode of which is connected to the second terminal of the first controlled key 4 and the anode of the diode 5 of the next module. The anode of the diode 5 of the first module is connected to the first terminal of the load 6, and the cathode of the diode 5 of the last module is connected to the second terminal of the load. Each second managed key 7 is connected in parallel to the diode 5 of the corresponding module. The control inputs of the first control keys 4 are connected to the direct output of the generator 8 control pulses. Each of the N voltage sensors 9 is connected between the positive terminal of the rectifier 3 and the first output of the load 6, and the output of the voltage sensors 9 from the 1st to (N-1) modules is connected to the first input of the summing device 10 through a third controlled key 11. Sensor output 9 voltage of the Nth module is connected to the first input of the summing device 10 directly. The second input of the summing device 10 is connected to the output of the source 12 of the reference voltage, and the output is connected to the control input of the source 1 of the alternating voltage. The inverse output of the generator 8 of the control pulses is connected to the control inputs of the second keys 7 and the third controlled key 11.

Импульсный модулятор работает следующим образом. В исходном состоянии сигналом с генератора 8 управляющих импульсов управляемые ключи 4 разомкнуты, а управляемые ключи 7 замкнуты. При этом напряжение на нагрузке отсутствует. Так как через замкнутые ключи 7 отрицательные выводы всех выпрямителей подключены к первому выводу нагрузки, то датчики 9 напряжения измеряют истинное напряжение на выходе каждого из соответствующих выпрямителей. Управляемый ключ 11 замкнут и сигналы с выходов всех датчиков 9 напряжения поступают на первый вход суммирующего устройства 10, на второй вход которого подается напряжение с выхода источника 12 задающего напряжения. Сигнал ошибки, вырабатываемый суммирующим устройством 10, поступает на вход регулируемого источника 1 переменного напряжения и воздействует на него так, чтобы сумма всех измеренных напряжений на выходах выпрямителей 3 была равна напряжению задания. Это состояние может поддерживаться сколь угодно долго, независимо от длительности паузы между импульсами, колебаний напряжения сети, прочих дестабилизирующих воздействий.The pulse modulator operates as follows. In the initial state, the signal from the generator 8 of the control pulses of the controlled keys 4 are open, and the controlled keys 7 are closed. In this case, the voltage on the load is absent. Since through the closed keys 7 the negative terminals of all the rectifiers are connected to the first output of the load, the voltage sensors 9 measure the true voltage at the output of each of the corresponding rectifiers. The controlled key 11 is closed and the signals from the outputs of all the voltage sensors 9 are fed to the first input of the summing device 10, the second input of which is supplied with voltage from the output of the source 12 of the reference voltage. The error signal generated by the summing device 10, is fed to the input of an adjustable source 1 of an alternating voltage and acts on it so that the sum of all the measured voltages at the outputs of the rectifiers 3 is equal to the reference voltage. This state can be maintained for an arbitrarily long time, regardless of the length of the pause between pulses, voltage fluctuations, and other destabilizing effects.

При подаче с прямого выхода генератора 8 управляющих импульсов сигнала на включение управляемых ключей 4 и с инверсного выхода генератора 8 - на выключение управляемых ключей 7 и 11, все выпрямители 3 оказываются включенными последовательно, и на нагрузку поступает напряжение, равное сумме напряжений всех N выпрямителей. При этом в суммирующем устройстве 10 будет производиться сравнение напряжения задания с сигналом с выхода датчика 9 напряжения только последнего модуля, подключенного при замкнутом ключе 4 к нагрузке. Таким образом обеспечивается стабилизация амплитуды напряжения на нагрузке в течение всего времени формирования полки импульса, независимо от его длительности.When applying from the direct output of the generator 8 control pulses of the signal to turn on the controlled keys 4 and from the inverse output of the generator 8 to turn off the controlled keys 7 and 11, all rectifiers 3 turn on in series and the voltage equal to the sum of the voltages of all N rectifiers is applied to the load. At the same time, in the summing device 10, the reference voltage will be compared with the signal from the output of the voltage sensor 9 of only the last module, connected when the key 4 is closed to the load. This ensures stabilization of the voltage amplitude at the load during the entire time of formation of the pulse shelf, regardless of its duration.

При снятии сигнала с прямого выхода генератора 8 управляющих импульсов управляемые ключи 4 размыкаются, ключи 7 замыкаются, обеспечивая форсированный разряд паразитной емкости нагрузки. Это позволяет повысить крутизну заднего фронта импульса. Устройство возвращается в исходное состояние.When the signal is removed from the direct output of the generator 8 of the control pulses, the controlled keys 4 open, the keys 7 are closed, providing a forced discharge of the parasitic load capacitance. This allows you to increase the steepness of the trailing edge of the pulse. The device returns to its original state.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №5710520, кл. 330/10, МПК H03F 3/38, опубликован 20.01.98.1. US patent No. 5710520, CL. 330/10, IPC H03F 3/38, published 01/20/98.

2. Патент ЕПВ №0557599, МПК H03F 3/20, опубликован 01.09.93 (прототип).2. EPO patent No. 0557599, IPC H03F 3/20, published 01.09.93 (prototype).

Claims (1)

Импульсный модулятор, содержащий источник переменного напряжения, соединенный последовательно с трансформатором, и N последовательно соединенных модулей, каждый из которых включает вторичную обмотку трансформатора, соединенную с выпрямителем, положительный вывод которого соединен с первым выводом первого управляемого ключа, а отрицательный - с анодом диода, катод которого соединен со вторым выводом первого управляемого ключа и анодом диода следующего модуля, причем анод диода первого модуля соединен с первым выводом нагрузки, а катод диода последнего модуля соединен со вторым выводом нагрузки, управляющие входы первых управляющих ключей соединены с выходом генератора управляющих импульсов, отличающийся тем, что введены N вторых управляемых ключей, третий управляемый ключ, N датчиков напряжения, суммирующее устройство, источник задающего напряжения, а источник переменного напряжения выполнен управляемым, причем каждый второй управляемый ключ включен параллельно диоду соответствующего модуля, каждый из N датчиков напряжения включен между положительным выводом соответствующего выпрямителя и первым выводом нагрузки, выход датчиков напряжения с 1-го по (N-1) модулей соединен с первым входом суммирующего устройства через третий управляемый ключ, а выход датчика напряжения N-го модуля соединен с первым входом суммирующего устройства напрямую, второй вход суммирующего устройства соединен с выходом источника задающего напряжения, а выход - с управляющим входом источника переменного напряжения, инверсный выход генератора управляющих импульсов соединен с управляющими входами вторых и третьего управляемых ключей. A pulse modulator containing an AC voltage source connected in series with a transformer, and N series-connected modules, each of which includes a transformer secondary connected to a rectifier, the positive terminal of which is connected to the first terminal of the first controlled key, and the negative terminal is connected to the diode anode, cathode which is connected to the second terminal of the first controlled key and the anode of the diode of the next module, the anode of the diode of the first module is connected to the first output terminal, and the cathode the diode of the last module is connected to the second output of the load, the control inputs of the first control keys are connected to the output of the control pulse generator, characterized in that N second controlled keys, a third controlled key, N voltage sensors, an adder, a reference voltage source, and an alternating voltage source are introduced is made controllable, with every second controllable switch connected in parallel to the diode of the corresponding module, each of N voltage sensors is connected between the positive terminal of of the corresponding rectifier and the first output of the load, the output of the voltage sensors from the 1st to (N-1) modules is connected to the first input of the summing device through a third controlled key, and the output of the voltage sensor of the Nth module is connected to the first input of the summing device directly, the second input the summing device is connected to the output of the source of the driving voltage, and the output to the control input of the AC voltage source, the inverse output of the generator of control pulses is connected to the control inputs of the second and third x keys.
RU2007144284/09A 2007-11-30 2007-11-30 Pulse modulator RU2366077C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007144284/09A RU2366077C1 (en) 2007-11-30 2007-11-30 Pulse modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007144284/09A RU2366077C1 (en) 2007-11-30 2007-11-30 Pulse modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007144284A RU2007144284A (en) 2009-06-10
RU2366077C1 true RU2366077C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41024161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007144284/09A RU2366077C1 (en) 2007-11-30 2007-11-30 Pulse modulator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366077C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA019209B1 (en) * 2011-10-18 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse quasi-resonant modulator
EA019111B1 (en) * 2011-08-23 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse step modulator
EA019173B1 (en) * 2011-10-17 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Multimodule pulse modulator
EA019770B1 (en) * 2011-08-23 2014-06-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse modulator

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA019111B1 (en) * 2011-08-23 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse step modulator
EA019770B1 (en) * 2011-08-23 2014-06-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse modulator
EA019173B1 (en) * 2011-10-17 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Multimodule pulse modulator
EA019209B1 (en) * 2011-10-18 2014-01-30 Научно-Производственное Общество С Ограниченной Ответственностью "Окб Тсп" Pulse quasi-resonant modulator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007144284A (en) 2009-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2622942B1 (en) Driver circuit for leds for time-of-flight calculation
Sakamoto et al. A repetitive solid state Marx-type pulsed power generator using multistage switch-capacitor cells
Canacsinh et al. Marx-type solid-state bipolar modulator topologies: Performance comparison
Aime et al. Implementation of a peak-current-control algorithm within a field-programmable gate array
RU2366077C1 (en) Pulse modulator
KR20120036271A (en) Dcdc converter, semiconductor device, and power generation device
KR102410532B1 (en) Pulsed Power Modulator based on Modular Structure
Kushino et al. Piezoelectric energy harvesting circuit using full-wave voltage doubler rectifier and switched inductor
JP6031532B2 (en) Device and method used for outputting voltage alternating pulse
US20140320105A1 (en) Apparatus and method for controlling pulse output
Canacsinh et al. Voltage droop compensation based on resonant circuit for generalized high voltage solid-state Marx modulator
RU2735021C1 (en) Sinusoidal voltage generator based on nuclear power plant
RU2734725C1 (en) Sinusoidal voltage generator with pulse synthesizer of different polarity based on npu
RU2453030C1 (en) Transformerless power supply
Hariharan et al. Design of a DC—DC converter for a PV array
RU2541875C2 (en) Radio transmitter
JP2004213603A (en) Programmable photocoupler wideband high voltage power supply modulator
RU2570569C1 (en) Universal power supply source
RU2595614C1 (en) Variable amplitude pulse generator
RU98650U1 (en) AUTONOMOUS VOLTAGE INVERTER
RU2367060C1 (en) Method to control thyristor and device to this end
EA019770B1 (en) Pulse modulator
EA019111B1 (en) Pulse step modulator
RU2658326C1 (en) Universal power source
JP2021175250A (en) Dc pulse power supply device for plasma processing device

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20191230

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201201