SE443056B - Reglerkrets for en hogspenningskella for likspenning serskilt for pulsdriven belastning - Google Patents

Description

7809112-1 s 1 radarsystem av ifrågavarande typ har s.k. bootstrap- regulatorer av likspänningstyp utnyttjats, och de är i och för sig kända inom detta område. Dessa bootstrap-regulatorer av likspänningstyp blir utsatta för transienter på grund av ljusbâgsbildningar, varvid urladdningsströmmar av storleks- ordningen lOO0 ampere eller mera samt energinivåer av stor- leksordningen tusentals joule kan uppstå i system med be- _ tydande förmåga att alstra radiofrekvent energi. Det är ytterst svårt att isolera dessa transienter från bootstrap- anordningen. Hittills har en konstruktör måst utnyttja elektronrör med förmåga att tåla stora toppströmmar och/eller komplexa filter, shuntkretsar och skyddskretsar.

I dessa konventionella eller tidigare kända bootstrap- kretsar matas filter7dagringskondensatorn av en spännings- käila som är reglerad 1 en första ordning, varvid jer-dansen hos spänningskällans filter-/lagringskondensator är ansluten genom ett aktivt element, såsom en serie elektronrör. En fel- avkänningskrets får då driva gallren i elektronrören, varvid dessa galler såsom sin funktion varierar den verksamma resis- tansen i kondensatorströmbanan.

Vanligen kan den första ordningens kretsar eller grov- regleringskretsarna som utnyttjas vara av en tidigare känd typ, såsom en inverterare med reglerad pulsbredd. Grovregle- ' ringskretsen kan i och för sig inte ge närmare spänningsregle- ring än ca j 50 volt när högspänningen själv är av storleks- ordningen 50,000 volt. Det är inte tekniskt omöjligt att ut- föra ännu närmare spänningsreglering under lång tid, men detta är opraktiskt.

Det sätt på vilket en förbättring uppnås med avseende på teknikens ståndpunkt då det gäller bootstrap-regulatorer kom- mer att framgå underhand i denna beskrivning.

Det kan sägas ha varit det allmänna målet med föreliggande uppfinning att åstadkoma en ekonomisk och noggrann högspän-= ningsregulator av bootstrap-typ för användning i samband med pulsdrivna belastningar av det slag som påträffas inom radar- sändartekniken.

Principiellt utgörs anordningen enligt uppfinningen av en -5 7809112-1 noniestyrkrets eller fininställningsregleringskrets med stor noggrannhet för inreglering av laddningen på en lågspännings~ kondensator i serie med den jordade änden hos en högspännings- filter-/lagringshuvudkondensator. Dessa båda kondensatorer bildar en seriekoppling, vars mittuttag regleras från en strömförstärkare i överensstämmelse med en spänningsfelsignal som erhålls genom att man bipolärt integrerar strömvariatio- nerna genom seriekondensatorerna.

Avkänning av dessa strömutsvängningar utfürs med hjälp av en strömtransformator. Genom att man utnyttjar en kondensator såsom ett "korrigerbart" element i en bootstrap-koppling blir det :möjligt att arbeta med fasttillstândskoznponenter för jäm- förelsevis låg spänning för att styra högspänningsutgångs- signalen. Ljusbágar och transienter filtreras automatiskt av denna lågspänningskondensator, varigenom lågspänningsstyr- kretsarna blir skyddade. De erforderliga komponenterna är förhållandevis billiga, och effektiviteten är stor, eftersom själva noniespänninginregleringen eller fininställningsspän- ninginregleringen utförs vid en lågspänningsnivå. Lågspän- ningskondensatorn i seriekapacitanskretsen kan ha ett kapaci- tansvärde som är många gånger större än kapaoitansen hos hög- spänningsfilter-/1agringskondensatorn, varför spännings- "sloknings"-verkan vid högspänningsutgàngen nedbringas till ett minimum under belastning. l Detaljerna i en typisk utföringsform enligt uppfinningen kommer att beskrivas nedan under hänvisning till bifogade ritning som visar ett typiskt kopplingssohema i enlighet med uppfinningen.

Det i figuren visade blocket 10 kan utgöra en konventionell, allmänt känd typ av högspänningskälla, såsom en s.k. inverterare för grindbreddreglering. Utgångssignalen som är markerad "-HV" kommer således att vara grovreglerad men inte tillräckligt reglerad för att ge den erforderliga upprepbarheten hos en ut- sänd pulskarakteristik av det slag som har nämnts ovan. I detta fall är den negativa högspänningen på ledningen ll förenlig med behoven hos radarsändare. Spänningskällans 10 positiva uttag är jordat vid lla. Belastningsomkopplaren 18, som inom radar- tekniken ibland kallas för en pulsmodulator, matar en magnetron, v -PCOR QUALITY 7809112-1 H amplitron, eller någon annan pulsdriven (mikrovâgs-) generator eller förstärkare som är representerad av kombinationen mellan den resitiva belastningen 10 och en ekvivalent diod 19, det sistnämnda med hänsyn till det förhållandet att dessa organ principiellt är elektronrörsorgan. ' Eftersom spänningskällan 10 i sig själv har en avsevärd inre impedans torde det vara uppenbart attifilterkondensatorn 12 inte bibehåller sin laddning att uttagsspanning ovariabei under pulsmatningstiden för omkopplaren 18, även om i sådana system den tid då omkopplaren 18 är i verksamhet är kort i förhållande till tiden mellan pulser. I ett bestämt system där föreliggande uppfinning utnyttjades var belastningsom- xoppiaren 18 inkeppiaa under-65 mikroseaunaer medan tiden mellan pulserna uppgick till 2135 mikrosekunder. Topp- pulseffekten uppgick härvid till ea 194 kilowatt, och hög- spänningen uppgick till ca 43,000 volt. Den motsvarande topp- strömen i ledningen ll med ómkopplaren 18 sluten blev sålunda ca 4,5 ampere.

Det torde vara uppenbart att högspänningen på ledningen ll kan väntas "sloka" i någon mån. Det är emellertid givetvis önskvärt att denna "siokning" skall begränsas till ett minimi- värde som är praktiskt ur teknisk synpunkt. Något som har större betydelse än själva Üslokningen" är dennas upprepbarhet samt upprepbarheten hos den ursprungliga pulsspänningen. Den sistnämnda upprepbarheten är särskilt viktig då man arbetar med vissa typer av system med indikering av rörliga mål. Det är i dessa MTI-system viktigt att den utsända pulsens fas- koherens skall bevaras. Detta villkor översätts till ett krav på förutsägbara radiofrekvensfasvärden under hela den utsända pulsen, och eftersom dessa fasvärden utgör en funktion av den pâlagda pulsspänningen är anordningen enligt föreliggande upp- D finning särskilt användbar, emedan den är mycket väl anpassad till problemet att stabilisera värdet hos den ursprungliga högspänningen och att säkerställa upprepbarheten från puls -till puls.

Såsom har nämnts ovan förlitar man sig på grovreglerings- kretsarna i blocket 10 för att_stabilisera högspänningen på ledningen ll under lång tid inom en liten bråkdel av en procent 5 7809112-1 ß . ___.. _ _. ._ - (såsgm 3 30 volt el er däromkring i det givna exemplet). Anord- .L ningen enligt föreliggande uppfinning skall därvid tjänstgöra såsom en puls-till-puls-noniekrets eller fininställningskrets under kort tid.

Efter varje utsänd puls återvinns hö» nänningen på uttaget ll, znder vilken tid omkopplarna 2%, L; och 26 kan slutas medelst en elektronisk omkopplaretyranordning 21 i överens- stämmelse med ett pà lämpligt sätt tidsbestämt systemtidsignal på ledningen 22 om MTI-krav inte står kvar, återhämtningen av filter~/lagringskondensatorn l2 under en förutbestämd tids- period sedan belastningsomkopplaren lö har öppnats utförs helt och hållet medelst strömkällan 10, och omkopplaren #7 hålls öppen under denna tid. Inom en andra förutbostömd tid som föregår nästa slutning av belastningsomkopplaren lö kommer därefter en elektroni ¿ omkopplarstyrkrets som ingår i belast- ningsomkopplaren 18 att utföra fördröjd slutning av omkoppla- ren 47, som antas vara elektronisk till sin natur, trots det förhållandet att dessa omkopplare är symboliskt visade såsom mekaniska omkopplare. Innebörden i elektronisk omkoppling är i och för sig synnerligen välkänd inom den aktuella tekniken, och det torde vara onödigt att beskriva en komplett elektronisk omkopplarkrets som utför den angivna funktionen.

Det bör nu nämnas att i seriekopplingen med kondensatorerna l2 och lä utgör kondensatorn 12 en komponent med förutbestämd kapacitans (omkring 1,0 mikrofarad i systemet med de ovan- nämnda parametrarna). Kondeneatorns 12 tillåtna spänning svarar väsentligen mot hela värdet hos högspänningen på uttaget ll.

Kondensatorn 15, som utgör bootstrap-noniekondeneatorn, behöver emellertid endast ha en tillåten spänning som överensstämmer med bootstrap*tpänningsutsvängningarna på ledningen ÄH. Såsom har nämnts ovan utgör dessa svängningar en ringa del av hög~ spänningen på ledningen ll, och de verkliga spänningsvärdena är jämförbara med felen på ledningen ll vilka skall korrigeras av bootstrap-kretsen.

För att de fördelaktiga aspekterna med användningen av en kondensator såsom 13 som oootstrap-element skall utforskas vidare ges kondensatorn 13 en stor kapaoitans i förhållande till kondensatorn 12 (t.ex. en kapacitans som är tio gånger så stor som kapaoitansvärdet hos kondens torn 12, dvs. 10,0 78091¶2~1 mikroraraa 1 aetfiä'eäempëiïï“ñëEšà"mëdt6è"lhtë”éfiaašfi“åš%"'""M” t den "slokning" som uppträder då belastningsomkopplaren 18 sluts kommer att minskas utan också att kondensatorn 13 därigenom lätt kan förbikoppla de mycket större transienter- na som förorsakas av ljusbâgbildning i belastningen, varigenom behovet av eventuella extraordinära strömförbikopplingsåtgär- der vid ledningen 44 undviks. Det bör observeras att ljusbàg- strömmar skulle kunna uppträda såsom strömtransienter kring slingan som omfattar kondensatorerna 13 och 12, ledningen ll, belastningsomkopplaren 18, belaetningselementen 19 ooh 20 samt tillbaka genom jordâtergången till kondensatorn 13.

Låsdioderna 14 och 15 har positiv resp. negativ backför- spänning på de respektive ledningarna 16 och 17 såsom säker- het mot att falska spänningar byggs upp över kondensatorn 13 till följd av strömkretsfel. Ledningen 13 skulle i själva verket kunna återföras till +E-anslutningen vid transistorns 40 emitter, varjämte ledningen 17 på likartat sätt skulle kunna vara inkopplad till -E-anslutningen vid transistorns 41 emitter. Dessa spänningar +E och -E skulle kunna ligga inom intervallet mellan tio och tjugo volt för vissa tillämpningar, eller annars, om transistorer av högspänningstyp används vid 40 och 41, skulle dessa spänningar kunna uppgå ända till j 250 volt. över strömtransformatorn 27 alstras en spännings- signal som representerar den momentana strömmen som flyter i seriekopplingen med kondensatorerna 12 och 13. En skärm på det ojordade uttaget hos lindningen 27 och sträckande sig över ledningen 29 är emellertid visad vid 28, beroende på verkliga spänningar och kretsens mekaniska utformning, och 3 en dylik skärm kan erfordras resp. kan ibland undvaras.

Man ser att på ledningen 29 presenteras en spänningssignal som troget representerar strömutsvängningarna, både uppåt 3 och nedåt, i dessa kondensatorer. Motståndet 30, förstärkaren 31 och kondensatorn 32 bildar en i och för sig välkänd form av integratorkrets. Från utgången 31 hos denna krets kan en spänningssignal erhållas, vilken utgör en noggrann analog- efterbildning av högspänningen över filterkondensatorn 12, bortsett från skalfaktorn. Ett motstånd 45 med variabelt ut- tag möjliggör skalfaktorinreglering, varigenom spännings- signaien vid dess uttag 46 kan instalias på se satt att man erhåller total empirisk inreglering av kretsen. Om vågen vid s: ' ~ k..

Pooàlouenzfrv ? 78091124 44 eller f.ö. bögspänninššvâšên"víä ll iakttas med hjälp av lämpliga högspänningsosoilloskoptestmetcder kan man härigenom erhålla en grund för inreglering av ist glidbara uttaget 46, varigenom kornpenseïæs-ts för lfzonzponelittoleransflar :l hela anord- ningen.

Högspännin¿sananalogsignelen genom nstståndet 34 matas till referensförstärkaren 35 och förs viäare genom omkopplaren 47 till mittuttaget som är bildat i seriekopplingen mellan mot- stànden 36 och 38. Hä vid bör det observeras att motstànden 36, 37, 38 och 59 bildar en spänningsdelare som överbryggar +E- och -E-källorna, varigenom arbetspunkterna för transis- torernas 40 och 41 baser kan inställas på korrekt sätt. Man ser att utgångssignalen från förstärkaren 35 bringar antingen transistorn 40 eller transistorn 41 till ökad strömledning beroende på polariteten hos signalen från fö stärkaren 35.

Motstånden 42 och 43 är konventionella belastningsmotstånd eller strömbegränsningsmotstånd, och det utgör endast en van- lig konstruktionsâtgärd att välja ut dessa motstånd. Förbind- ningspunkten mellan dessa motstånd bildar en utgång för effekt- förstärkaren som är bildad av transisterenna 41 och 42 och deras samverkande komponenter. En lämplig drivning erhålls således på ledningen 44 och är förstärkt i sin spänning samt är i stånd att åstadkomma en strömdrivning för kondensatorn lå. Själva ledningen 44 innefattar referensförstärkaråterkopplingsförbindel- sen, såsom framgår av ritningen, varvid man inser att det visade återkopplingsreglerade delsystemet strävar att áriva ledningen 44 på så sätt att de båda ingångssignalerna till referensför- stärknren 35 bringas att bli i stort sett lika innan omkoppla- ren 18 sluts nästa gång. Motstånden 34 och 48 är konventionella förstärkningsskalmotstånd av typen som ofta används i samband med operationsförstärkarkretsar.

Det är önskvärt att denna delsystemåterkopplingsslinga inte skall vara verksam under effektpulsen, dvs. när belastningsom- kopplaren 18 är sluten. Den elektroniska omkopplingsförmågan skall således anses ingå i omkopplaren 18 så ett omkopplaren 47 påverkas på så sätt att den är ßppen Hnderloob något före tiden då omkopplaren 18 är tillslagen och i övrigt sluten.

På detta sätt undviks varje tendens hos de ovannämnda referens- ooh effektförstärkarkretserna att styra spänningen hos bootstrap- «--....'......._,_ __; ' Tïå AEG nun-y... 9, 1, PÜOR QUALIW I n. _- :_ .- 'nfif " r '7809H2-1 8 kondensatorn 13 under ifrågavarande tid.

Det är också viktigt att notera att strömtransformatorn 27 är placerad ovanför (dvs. intill kondensatorn 12) låg- spänningsuttaget med avseende på mittpunkten mellan konden- satorerna 12 och 13. Genom denna åtgärd undviks uppmätning av strömmar som tillförs på ledningen åh så att kondensatorn 13 skall ges den avsedda bootstrap~spänningen under cykelns regleringsdel, som, såsom har nämnts ovan, ligger inom den omedelbara perioden för pulsupprepningsperioden för detta system som föregår varje utsänd puls (slutning av omkoppla- ren 18).

Skalfaktorn hos integratorn som är bildad av komponenterna 50, El och 32 (dvs. kvoten hos spänningen vid 35 delad med amperesekunder vid 29) är, såsom framgår, reglerbar vid #6, men den skall inte anses vara kritisk. Den uppmätta reglervågen på ledningen 44 kan väljas annorlunda i överensstämmelse med kraven hos en bestämd tillämpning, och inreglering av denna integratorskalfaktor kan utföras på det ovannämnda sättet för ifrågavarande syfte.

I praktiken skulle en triggeringångssignal (inte visad) för ett radarsystem matas till omkopplaren 18 på sätt som är känt i och för sig inom den aktuella grenen av tekniken.

Uppfinningen är inte begränsad till den ovan beskrivna och på ritningen visade utföringsformen, utan denna utgör endast ett exempel på uppfinningen och dess tillämpning.

Claims (8)

” 7809112-1 Patentkrav

1. l. Reglerkrets för en högspänningskälla för likspänning, vilken spänningskälla är särskilt lämpad för tillämpningar med pulsdriven belastning, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar en källa (10) för ofullständigt reglerad högspänning som matar en belastning via en pulsdrivregler- omkopplare, vidare en första kondensator (12) med ett första uttag anslutet till nämnda högspänningskälla (10), en andra kondensator (13) med ett första uttag anslutet till den första kondensatorns (12) andra uttag, varvid den andra kondensatorns (13) andra uttag är anslutet till returuttaget hos nämnda källa (10), och varvid nämnda kondensatorer, utformade som en enhet, tjänstgör som en filterkondensator och som en kapacitiv algebraisk spänningssummerare med ett mittuttag i förbindelsen mellan kondensatorerna, första organ som är påverkbara i beroende av en elektrisk parameter som är detekterad från förbindelsen mellan nämnda första (12) och andra (l3) kondensatorer och som är anordnade att vid dylik påverkan alstra en första signal som utgör en analogefterbildning av nämnda högspänning vid den första kondensatorns (12) första uttag, och andra organ för att alstra en signal en s k bootstrap-spänning såsom funktion av nämnda första signal samt tredje organ för att tillföra nämnda bootstrap-spänning över den andra kondensatorn(l3), varvid den algebraiska summan av spänningen över de första (12) och andra (13) kondensatorerna utgör nämnda högspänning i reglerad form.

2. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första organ inefattar en strömtransformator (27) som är inkopplad i strömbanan mellan nämnda kondensatorer (12, l3) vid nämnda mittuttag, varvid strömtransformatorn (27) har en utgång som avger nämnda första signal.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda tredje organ innefattar strömförstärkningsorgan med en utgång ansluten till nämnda mittuttag, varigenom nämnda bootstrap-verkan åstadkommas. 78091124 10

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första organ är belägna på den sida om mittuttaget som ligger intill den första kondensatorn (12), varvid ström från nämnda tredje organ in i nämnda andra kondensator (13) därigenom inte passerar genom de första organens strömtrans- formator (27).

5. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda andra organ innefattar en elektronisk integrator som är påverkbar i beroende av nämnda första signal och ett (30), en âterkopplingskondensator (32) utgången till förstärkare, ett uttag hos (13) är till jord som också utgör det ena uttaget hos nämnda källa (10). som inkluderar ingångsmotstånd förstärkare (3l) och en inkopplad från ingången hos nämnda varjämte nämnda andra kondensator anslutet

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda spänningskälla är ansluten till en pulsdriven som uttar effekt från spänningskällan under en kort tid, att varje pulscykel jämförs med intervallet mellan pulserna, anordnade att periodiskt belastning förhållandevis och att elektroniskt påverkbara jordförbinda (31) och för att kortsluta nämnda integratoråterkopplingskondensa- omkopplingsorgan är ingången och utgången hos nämnda integratorförstärkare tor (32) vid förutbestämda tidpunkter mellan nämnda belast- ningspulser för att på nytt ge referens för den s k boot- strapping-verkans drift.

7. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda tredje organ även inkluderar en differensförstärk- are som är påverkbar i beroende av nämnda andra signal och i beroende av en från mittuttaget härrörande referenspoten- tial, att nämnda differentialförstärkare avger en strömstyr- signal med den ena eller andra polariteten för styrning (13), och att strömstyrsignal är anordnad att matas till nämnda av spänningen över nämnda andra kondensator nämnda tredje organs strömförstärkare som är i stånd att till nämnda efifïaï-:XTY 7809112-1 ll andra kondensator (13) tillföra strömmar med den ena eller andra polariteten.

8. Anordning enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda andra kondensator (13) har ett betydligt större kapacitansvärde än den första kondensatorn (12) och att en mycket mindre del av högspänningen uppträder över den andra kondensatorn (13) i jämförelse med den första kondensa- torn (12), varigenom. nämnda första, andra ooh tredje organ kan arbeta vid låga potentialer som är isolerade fràn nämnda högspänning. laïPooR QUALITY