Источник питания с управляемым током зарядки

Наиболее целесообразным и экономичным способом зарядки накопительных конденсаторов является зарядка постоянным током (2.35). Неизменное значение тока зарядки можно эффективно поддерживать с помощью индуктивно-емкостного преобразователя (ИЕП) источника напряжения в источника тока (рис. )

Рис.

Т_р- повышающий трансформатор

V₁ и V₂ – тиристоры

V₃ и V₆ – диоды

С₁, L₁,L₂ , - индуктивно емкостный преобразователь, где - две катушки индуктивности размещенные на общем магнитопроводе с воздушным зазором , для обеспечения линейности ВАХ. Общий магнитопровод обеспечивает между катушками взаимоиндукцию М. Это требуется для уменьшения емкости конденсаторов С₁ и размеров катушек.

Порядок работы схемы

При подключении схемы к питающей сети U₁ на управляющие электроды тиристоров подаются напряжения и . Тиристоры и отпираются и шунтируют первичную обмотку трансформатора Т_р . Так на выходе ИЕП протекает через тиристоры и . На выводах вторичной обмотки Т_р напряжение , ток отсутствует . Зарядка С_б так же отсутствует ( =0).

Затем подается и , тиристоры запираются и ток протекает через первичную обмотку Т_р . На выводах вторичной обмотки Т_р появляется напряжение . С_б – начинает заряжаться с постоянным током зарядки . Когда она зарядится до необходимого значения зарядного напряжения , вновь подаются и . Тиристоры отпираются , шунтируют первичную обмотку Т_р и зарядка прекращается. После этого вызывается пробой в газоразрядном промежутке ИЛ , батарея С_б разряжается через L_р и ИЛ, а эл. энергия, запасенная в С_б , выделяется в ИЛ.

Преимущества:

- В такой схеме отпадает необходимость в применении резисторов в цепи зарядки. Поэтому потери энергии в процессе зарядки незначительны и КПД достигает

- Возможность плавного изменения напряжения заряда.

Принцип работы можно пояснить на основании упрощенной схемы замещения

- полное сопротивление индуктивной катушки

- полное сопротивление конденсатора.

В такой схеме ток нагрузки определяется следующим образом (1.14)

Для того чтобы ток , те при всех значениях Z_н имел одно и тоже значение, необходимо , чтобы выражение (1.14) не зависело от Z_н . Для этого необходимо , чтобы выполнялось условие ,

Принцип работы можно пояснить на основании схемы замещения ИЕП

( )

- сопротивление нагрузки, те сопротивление на зажимах первичной обмотки Т₁ или на выходе ИЕП. В такой схеме ток нагрузки определяется таким образом

тогда

Для того чтобы ток , те при всех значениях Z_н имел одно и тоже значение, необходимо, чтобы это выражение не зависело от Z_н . Для этого необходимо чтобы выполнялось условие оно будет выполнятся если , , , т.е. индуктивность L и емкость С₁ выбраны из условия резонанса при частоте приложенного напряжения , или , а активное сопротивление должно иметь возможно меньшую величину.

Независимо от выбора схемы источника питания , разрядный контур содержит С_б , ИЛ и L_р и служит для преобразования электрической энергии , запасенной в емкостном накопителе в световую энергию , излучаемую в ИЛ.

Активное сопротивление разрядной цепи определяется из соотношения

- расстояние между электродами лампы

q- площадь поперечного сечения ИЛ

- удельное сопротивление плазмы ( среднее расстояние за время вспышки)

Обычно выбирают параметры разрядной цепи таким образом , чтобы соблюдалось соотношение в этом случае переходный процесс в разрядной цепи близок к апериодическому.

Длительность импульса излучения лампы (а следовательно и лазера) в этом случае связана с параметрами разрядного контура следующим эмпирическим соотношением

Технико-экономические показатели твердотельных лазеров в сильной мере определяется параметрами емкостных накопителей, т.к. они составляют большую часть установки по весу и объему. Основными характеристиками накопителей: , . Необходимо увеличивать эти показатели на примере плоского конденсатора, те необходимо увеличивать и Е_раб

Импульсные источники высокого напряжения , применяемые в газовых БПЛ, отличаются по своей конструкции от источников твердотельных лазеров. Это отличие обусловлено применением ВВ тиристоров для периодической коммутации цепей источника и использования импульсных ВВ трансформаторов для получения импульсного напряжения требуемой величины и длительности. Для примера можно рассмотреть следующие схемы:

ИЛГИ ( с УФ предионизацией от вспомогательного разряда)

- зарядное сопротивление,

- напряжение ВВ источника питания для зарядки емкостного накопителя,

- емкостный накопитель,

Л- ВВ тиристоры,

и - цепь для формирования искровых разрядов в промежутке предионизации S₁,

и - цепь для зарядки емкостного накопителя и формирования импульсов высокого напряжения на промежутке S₂ ГРК.

Работа схемы

При подаче возникает искрение в промежутке предионизации S₁ , а также происходит зарядка емкостного накопителя С₁ . Затем подается импульсное управляющее напряжение на сетку Л, он отпирается , левая обкладка С₁ заземляется и на S₂ появляется импульс высокого напряжения. После разряда С₁ через L₁ тиристоры запираются и цикл повторяется. Искровые каналы промежутка S₁ являются мощным источником УФ излучения, которое вызывает интенсивную фотоионизацию рабочей газовой смеси. В момент подачи импульса на S₂ образовавшиеся заряды ( электроны ) начинают двигаться в эл. поле этого промежутка, возбуждают молекулы газа и обеспечивают возникновение инверсии населенностей и генерацию лазерного излучения

ЛАНТАН:

Рис.

- напряжение источника постоянного напряжения

- промежуток основного разряда, к нему приложено высокое постоянное напряжение

- промежуток вспомогательного разряда, к нему приложено высокое импульсно-периодическое напряжение,

- импульсный трансформатор,

С- накопитель энергии,

Л- тиратрон.

Работа

При работе схемы происходит периодическая зарядка емкости С и ее разряд через тиристоры Л и первичную обмотку импульсного трансформатора . В результате на выводах вторичной обмотки появляется импульсное периодическое высокое напряжение. При воздействии очередного импульса в промежутке возникает самостоятельный разряд, который сопровождается интенсивной ударной и фотоионизфцией газа. Из-за малой длительности импульса этот разряд остается незавершенным, а в промежутке образуется большое количество заряженных частиц. Эти частицы двигаясь в эл. поле промежутка и сталкиваясь с молекулами газа возбуждают эти молекулы. Возникает инверсия населенности и генерация лазерного излучения.

Для увеличения крутизны выходной характеристики источника и согласования ВАХ газоразрядного промежутка последовательно с трубкой включен балластный резистор . и - для согласования пульсаций. А- для контроля величины тока.

Недостаток такой схемы – рабочий ток газоразрядной трубки обеспечивается при напряжении существенно превосходящем и .Поэтому в балластном сопротивлении рассеивается значительная часть мощности ( до 50% ). КПД лазера снижается. Для выключателей с повышенным охлаждением может применяться такая же схема, только имеет несколько меньшую величину. Но потери остаются высокими.

С целью уменьшения потерь и повышения КПД в качестве источников питания газовых лазеров применяют каскадный выпрямители.