ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ГЕНЕРАТОР

Техническое решение относится к высоковольтной импульсной технике и может использоваться для генерации прямоугольных высоковольтных импульсов, имеющих амплитуду в интервале 100-400 В с заданными длительностью и периодом следования без использования дополнительных источников высокого напряжения.
Аналогом служит генератор высоковольтных импульсов (RU 2368069, опубл. 20.09.2009 г.), который содержит импульсный источник высоковольтного напряжения, потенциальный и общий выводы источника высоковольтного напряжения соединены соответственно с выводом питания и общим выводом цепочек последовательно соединенных транзисторов, имеющих режим «лавинного» пробоя. Схема известного генератора содержит большое количество радиоэлементов и требует точной подборки «лавинных» транзисторов по напряжению пробоя. Измерение параметров напряжения на выходе генератора невозможно осуществлять без изменения его схемы.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является высоковольтный импульсный генератор, предназначенный для генерации коротких высоковольтных импульсов напряжения, содержащий импульсный источник высоковольтного напряжения, переменный токоограничивающий резистор, электрически пробиваемый конденсатор с изменяемой величиной воздушного зазор между обкладками, конденсатор дифференцирующей цепочки и переменный резистор дифференцирующей цепочки (RU 2486671, опубл. 27.06.2013 г.).
Известный генератор не позволяет получать высоковольтные прямоугольные импульсы с амплитудой в широком интервале с заданными длительностью и периодичностью следования.
Технический результат выражается в создании генератора высоковольтных прямоугольных импульсов заданной длительности и частоты следования, обеспечивающего стабильную амплитуду импульсов в интервале 100-400 В.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что высоковольтный импульсный генератор включает блок питания, высоковольтный преобразователь и формирователь импульсов высокого напряжения. Высоковольтный преобразователь включает трансформатор, двухполупериодный выпрямитель, PWM-контроллер резистивный делитель, обеспечивающий отрицательную обратную связь между высоковольтным выпрямителем и PWM-контроллером. Генератор дополнительно включает микроконтроллер, выполненный с возможностью управления длительностью и периодом следования выходных высоковольтных импульсов по управляющим входным данным, а формирователь импульсов высокого напряжения выполнен в виде блока формирования прямоугольных импульсов высокого.
На фигуре представлена блок-схема заявляемого генератора.
1 - PWM контроллер, выполняющий функцию генератора широтно-модулированных импульсов низкого напряжения;
2 - ключи, представляющие собой MOSFET - транзисторы, выполняющие функцию подачи на первичную обмотку высоковольтного трансформатора широтно-модулированных импульсов низкого напряжения;
3 - высоковольтный трансформатор, который выполняет функцию повышения напряжения с 15 В до (100-400)В;
4 - двухполупериодный мостовой выпрямитель, преобразующий переменное напряжение в постоянное пульсирующее;
5 - конденсатор, который осуществляет функцию фильтрации выпрямленного напряжения с целью уменьшению пульсаций в выходном напряжении преобразователя;
6 - резистивный делитель напряжения, обеспечивающий отрицательную обратную связь, необходимую для выбора и стабилизации выходного напряжения. Отрицательная обратная связь - это тип связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного управляющего сигнала, которое противодействует первоначальному изменению.
7 - высоковольтный преобразователь, осуществляющий функцию преобразования переменного напряжения, снимаемого со вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, в постоянное напряжение;
8 - блок формирования прямоугольных импульсов высокого напряжения;
9 - блок питания, который преобразует переменное напряжение сети 220 В в постоянные 5 В и 15 В;
10 - микроконтроллер, который является устройством, генерирующим прямоугольные импульсы заданной длительности и периода повторения. На вход микроконтроллера 10 с ЭВМ (не показана) подаются управляющие данные (W - длительность; t - период).
Блоки 1-7 преобразуют постоянное низкое напряжение 15 В в постоянное высокое напряжение (100-400) В, необходимое для работы блока 8.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Питание генератора осуществляется от сети переменного тока частотой 50 Гц и напряжением (110-220) В с блока питания 9, который обеспечивает питанием 15 В PWM-контроллер и два ключа 2. Через ключи 2 осуществляется подача широтно-модулированных импульсов низкого напряжения на первичную обмотку высоковольтного трансформатора 3, где осуществляется повышение напряжения с 15 В до (100-400) В. Далее высоковольтный преобразователь 7 преобразует переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки высоковольтного трансформатора 3, в постоянное напряжение 100, 200 или 400 В, а блок 8 формирует прямоугольные импульсы высокого напряжения. Сигнал с конденсатора 5 поступает на резистивный делитель напряжения 6 и усилитель ошибки PWM контроллера 1, который в зависимости от величины напряжения изменяет ширину сигналов управления ключами 2, а следовательно и напряжение на высоковольтном трансформаторе 3, обеспечивая отрицательную обратную связь между высоковольтным преобразователем 7 и PWM контроллером 1. Отрицательная обратная связь характеризуется тем, что при увеличении выходного сигнала с высоковольтного преобразователя 7 ширина импульсов PWM контроллера 1 будет уменьшаться.
На вход микроконтроллера 10 поступают управляющие данные (W -длительность; t - период). Длительность задается логическим уровнем ТТЛ-сигнала «0» или «1», что соответствует двум длительностям импульсов из диапазона 0,5-50 микросекунд. Сигналы поступают по расписанию согласно управляющей программе с ЭВМ (не показана) через интерфейс LPT. Период следования импульсов определяется периодом следования управляющих сигналов. Появление импульса на выходе происходит по положительному фронту управляющего сигнала уровнем ТТЛ. Микроконтроллер 10 формирует управляющий сигнал на блок 8, который дает дифференциальный управляющий сигнал высоковольтным ключам (не показаны), которые переключаясь формируют на выходе прямоугольные импульсы высокого напряжения 100, 200 или 400 В заданной длительности и с заданной периодичностью.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает генерацию прямоугольных высоковольтных импульсов с заданными длительностью и периодом следования, имеющих стабильную амплитуду в интервале 100-400 В, при этом дополнительных источников высокого напряжения не требуется.