ИСТОЧНИК ВЫСОКОГО ЗНАКОПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОГРАММИРУЕМОГО ПО АМПЛИТУДЕ И ЧАСТОТЕ

Полезная модель относится к устройствам импульсной техники, а именно к генераторам импульсов высокого напряжения, регулируемым по амплитуде и изменению полярности этого напряжения с заданным периодом. Источник высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте (в дальнейшем - источник), может быть использован в различных областях экспериментальной физики, связанных с поляризационными измерениями, а также при создании электрооптических модуляторов и интерференционно-поляризационных фильтров для экспериментальной физики.
Источники импульсов высокого знакопеременного напряжения известны и выпускаются различными компаниями, как в России, так и за рубежом. Основные требования, предъявляемые к таким устройствам: широкий диапазон и возможность регулирования амплитуды напряжения выходных импульсов; генерация частот от постоянного тока до единиц килогерц; работа на емкостную нагрузку; минимум выбросов на фронтах импульсов; минимум спада вершины импульсов; минимум асимметрии амплитуды и длительности положительной и отрицательной фазы импульсов; автоматическая коррекция амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры; защита от коротких замыканий (КЗ) нагрузки; возможность внешней синхронизации нескольких источников от одного генератора; работа в автономном режиме и от персонального компьютера (ПК), программное обеспечение которого должно позволять тестирование, визуализацию, калибровку и архивирование основных задаваемых и измеряемых параметров; рабочая температура в диапазоне не менее -30÷+35°С (работа в не отапливаемом помещении); малые габариты и вес.
Известно техническое решение, используемое в источнике знакопеременного высокого напряжения прямоугольной формы HR-2500, выпускаемого ЗАО Отдельное Конструкторское Бюро «Горизонт», г.Томск (), содержащее: высоковольтный коммутатор; управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь (100 В 2500 В); многооборотный потенциометр, управляющий напряжением высоковольтного DC/DC преобразователя; синхрогенератор (100 Гц÷70 кГц); тумблер переключения диапазонов синхрогенератора (100 Гц÷2 кГц/2 кГц÷70 кГц);
многооборотный потенциометр, управляющий частотой синхрогенератора; блок защиты от перегрузки по току; блок питания от сети ~220 В, 50/60 Гц; высоковольтный делитель напряжения (1:100) для контроля реальной амплитуды выходных импульсов осциллографом; высоковольтный делитель (1:100) для контроля напряжения высоковольтного DC/DC преобразователя; вход синхронизации от внешнего генератора синхроимпульсов (0÷70 кГц); выход для подключения нагрузки (22 пФ, 130 кОм); выход для контроля частоты синхроимпульсов осциллографом; корпус от ПК Desk-Top ATX размерами 130*370*445 мм.
Недостатками данного технического решения являются:
- не решена задача компьютерного управления;
- отсутствует блок индикации выходных параметров источника (частоты, амплитуды импульсов, напряжения высоковольтного DC/DC преобразователя, тока, потребляемого от высоковольтного DC/DC преобразователя);
- невозможна генерация постоянного напряжения в автономном режиме без внешней синхронизации;
- мала амплитуда выходных импульсов (максимум±2500 В);
- большой спад вершины импульса (не более 0,3%);
- отсутствует автоматическая коррекция амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры;
- большие габариты и вес.
Известно так же техническое решение, используемое в двуполярных генераторах высоковольтных импульсов серии PHVD фирмы «Мантигора» г.Новосибирск ( PHVD.htm), содержащее: высоковольтный коммутатор импульсов положительной полярности; высоковольтный коммутатор импульсов отрицательной полярности; управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь напряжения положительной полярности; управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь напряжения отрицательной полярности; синхрогенератор импульсов положительной полярности; синхрогенератор импульсов отрицательной полярности; тумблеры и кнопки управления; энкодер управления амплитудой, длительностью и частотой выходных импульсов; порты - RS232, RS485, USB для подключения к ПК; порт LAN для подключения к Интернету; вход внешней синхронизации генератора импульсов положительной полярности; вход внешней синхронизации генератора импульсов отрицательной полярности; блок защиты от перегрузки по току и К3; ЖК-индикатор; выход для подключения емкостной нагрузки (максимум 50 пФ); выход контроля импульсов внутреннего синхрогенератора; выход контроля амплитуды и формы выходных импульсов осциллографом в масштабе 1:1000; блок питания от сети ~220В, 50/60 Гц; корпус с габаритами 445*370*130 мм.
Недостатками данного технического решения являются:
- генератор не может генерировать двуполярный импульс, его можно запрограммировать на генерацию либо только положительных импульсов, либо только отрицательных;
- отсутствует автоматическая коррекция амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры;
- мал диапазон рабочих температур (0÷+45°С), генератор не может работать в не отапливаемом помещении;
- большие габариты и вес.
Известно техническое решение, представляющее собой биполярный генератор высоковольтных импульсов, содержащий высоковольтный коммутатор, выполненный на высоковольтных ключах, соединенных по схеме полумоста, обратные диоды высоковольтных ключей, управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь положительного напряжения; управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь отрицательного напряжения, контроллер управления, синхрогенератор, контроллер синхрогенератора, формирователь входных синхроимпульсов, формирователь выходных синхроимпульсов, высоковольтный делитель напряжения, выпрямитель, шину связи с ПК, драйвер шины связи с ПК, энкодер, индикаторы, тумблеры и кнопки управления, регистры отображения, ЦАП, драйверы высоковольтных ключей, вход синхронизации, выход синхронизации, первый и второй выходы для подключения нагрузки (серия PVX-4450 фирмы Directed Energy Inc). «High voltage bipolar pulse generator operation manual» (http://www.directedenergy.com). выбранное в качестве прототипа. PVX-4450 -это лабораторный генератор с широким набором функциональных возможностей. Генератор имеет два канала, выходы которых построены по схеме полумоста, работающего на емкостную нагрузку. Генератор имеет два режима работы - автономный и от компьютера и предназначен для управления ячейками Поккельса, Q-переключателями лазерных систем, масс-спектрографами, ФЭУ, акустооптическими преобразователями и электрооптическими кристаллами, а также для других приложений, где требуются двухполярные или однополярные импульсы любой полярности длительностью от 1 мкс до 950 мс, частотой от 0 до 20 кГц, амплитудой до ±1750 В. Генератор имеет широкий набор функций: выходное напряжение на обоих каналах однополярное или биполярное; индивидуальная регулировка амплитуды, интервала между положительной и отрицательной фазами импульса и длительности каждой фазы; регулировка частоты; каскадирование работы нескольких генераторов от внешнего источника; режим покадровой съемки (генерация одного или нескольких импульсов или нескольких серий из нескольких импульсов); память на 5 конфигураций выходных импульсов; защита от перегрузок и К3 в нагрузке.
Недостатками данного технического решения, несмотря на такую широкую функциональность, является отсутствие ряда важных функций, необходимых для управления электрооптическими кристаллами, а именно:
- мала амплитуда генерируемых импульсов, всего ±1750 В (для управления электрооптическими кристаллами необходимо до ±3500 В и выше);
- большие выбросы на фронтах импульсов и спад вершины - до 5% (в астрономической электрооптике это недопустимо много, необходимо - сотые доли процента);
- отсутствует очень важная функция при работе с электрооптическими кристаллами - автоматическая коррекция выходного напряжения в зависимости от внешней температуры;
- большие стоимость, габариты и вес.
Общими недостатками всех известных вышеперечисленных технических решение являются:
- недостаточная прецизионность формы импульса - большой выброс на переднем и заднем фронтах и большой спад плоской вершины импульса, большая асимметрия амплитуд и длительностей положительного и отрицательного импульсов;
- отсутствие автоматической коррекции амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры;
- большие габариты и вес.
Перед авторами ставилась задача разработать источник высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте, обладающий способностью формировать импульсы высокого напряжения, с возможностью регулировки по амплитуде и изменению полярности с заданным периодом и минимальной асимметрией положительной и отрицательной фаз импульсов, а так же решить задачу компьютерного управления источником и автоматической коррекции амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры.
Поставленная задача решается тем, что источник высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте, содержащий высоковольтный коммутатор, выполненный на высоковольтных ключах, соединенных по схеме полумоста, обратные диоды высоковольтных ключей, управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь, контроллер управления, синхрогенератор, контроллер синхрогенератора, формирователь входных синхроимпульсов, формирователь выходных синхроимпульсов, высоковольтный делитель напряжения, выпрямитель, шину связи с ПК, драйвер шины связи с ПК, энкодер, индикаторы, тумблеры и кнопки управления, регистры отображения, ЦАП, драйверы высоковольтных ключей, вход синхронизации, выход синхронизации, первый и второй выходы для подключения нагрузки, дополнительно содержит блок датчиков температур, а высоковольтный коммутатор, выполненный на высоковольтных ключах с максимальным выходным напряжением не менее 4кВ, собран по схеме Н-моста, в одну диагональ которого включена нагрузка, а в другую диагональ накопительный конденсатор, заряжаемый от единственного управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя с максимальным напряжением коммутации не менее  кВ, причем схема Н-моста выполнена содержащей балластные резисторы, последовательно включенные с каждым высоковольтным ключом, а так же блок датчиков температур выполнен содержащим хотя бы один датчик внешней температуры, хотя бы один датчик внутренней температуры и шину связи датчиков с контроллером управления.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в расширении температурного диапазона и улучшении оперативности работы оборудования, в состав которого входит источник, увеличении достоверности результатов физического эксперимента, в расширении номенклатуры исследуемых объектов, а так же в снижении стоимости и габаритов.
На фиг.1 представлена блок-схема, поясняющая работу заявляемого источника высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте, где: 1 - блок датчиков температур, 2 - тумблеры и кнопки управления, 3 - индикатор, 4 - высоковольтный коммутатор, 5 - высоковольтный делитель напряжения, 6 - датчик внешней температуры, 7 - шина связи датчиков с контроллером управления, 8 - энкодер, 9 - драйвер шины связи с ПК, 10 - датчик внутренней температуры, 11 - формирователь входных синхроимпульсов, 12 - синхрогенератор, 13 - контроллер управления, 14 - контроллер синхрогенератора, 15 - формирователь выходных синхроимпульсов, 16 - регистр отображения, 17 - ЦАП, 18 - драйверы высоковольтных ключей, 19 - управляемый высоковольтный DC/DC преобразователь, 20 - высоковольтный ключ верхнего левого плеча, 21 - высоковольтный ключ нижнего левого плеча, 22 - высоковольтный ключ верхнего правого плеча, 23 - высоковольтный ключ нижнего правого плеча, 24 - выпрямитель, 25 - первый выход для подключения нагрузки, 26 - второй выход для подключения нагрузки, 27 - нагрузка, 28 - выход синхронизации, 29 - накопительный конденсатор, 30 - балластный резистор верхнего левого плеча, 31 - балластный резистор нижнего левого плеча, 32 - балластный резистор верхнего правого плеча, 33 - балластный резистор нижнего правого плеча, 34 - шина связи с ПК, 35 - выходное напряжение управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя, 36 - выходной ток управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя, 37 - выходное напряжение источника, 38 - сигнал управления высоковольтным ключом 20, 39 - сигнал управления высоковольтным ключом 21, 40 - сигнал управления высоковольтным ключом 22, 41 - сигнал управления высоковольтным ключом 23, 42 - вход синхронизации, 43 - обратный диод высоковольтного ключа 20, 44 - обратный диод высоковольтного ключа 21, 45 - обратный диод высоковольтного ключа 22, 46 - обратный диод высоковольтного ключа 23, 47 - верхнее левое плечо Н - моста, 48 - нижнее левое плечо Н - моста, 49 - верхнее правое плечо Н - моста, 50 - нижнее правое плечо Н - моста.
На фиг.2 показана временная диаграмма работы высоковольтного коммутатора.
На фиг.3 представлен путь тока при формировании переднего фронта положительной фазы импульса.
На фиг.4 представлен путь тока при формировании заднего фронта положительной фазы импульса.
На фиг.5 представлен путь тока при формировании переднего фронта отрицательной фазы импульса.
На фиг.6 представлен путь тока при формировании заднего фронта отрицательной фазы импульса.
Заявлемый источник работает следующим образом. Выходным блоком источника высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте, является высоковольтный коммутатор 4, выполненный по схеме Н - моста с максимальным коммутируемым напряжением не менее 4 кВ, который состоит из четырех плеч, а именно верхнего левого плеча 47 Н - моста, нижнего левого плеча 48 Н - моста, верхнего правого плеча 49 Н - моста и нижнего правого плеча 50 Н - моста. Каждое из плеч Н - моста состоит из высоковольтного ключа, обратного диода, включенного параллельно высоковольтному ключу, и балластного резистора, включенного последовательно с высоковольтным ключом, а именно: верхнее левое плечо 47 Н - моста состоит из высоковольтного ключа 20 верхнего левого плеча, обратного диода 43 высоковольтного ключа 20, балластного резистора 30 верхнего левого плеча, нижнее левое плечо 48 Н - моста состоит из высоковольтного ключа 21 нижнего левого плеча, обратного диода 44 высоковольтного ключа 21 и балластного резистора 31 нижнего левого плеча, верхнее правое плечо 49 Н - моста состоит из высоковольтного ключа 22 верхнего правого плеча, обратного диода 45 высоковольтного ключа 22 и балластного резистора 32 верхнего правого плеча, нижнее правое плечо 50 Н - моста состоит из высоковольтного ключа 23 нижнего правого плеча, обратного диода 46 высоковольтного ключа 23, балластного резистора 33 нижнего правого плеча. Нагрузка 27 подключается к одной диагонали Н-моста через первый выход для подключения нагрузки 25 и второй выход для подключения нагрузки 26. Высокое напряжение подается в другую диагональ Н-моста от накопительного конденсатора 29, заряжаемого от управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19. Применение в высоковольтном коммутаторе схемы Н-моста позволило, в отличие от прототипа, сформировать положительную и отрицательную фазу выходного импульса единственным высоковольтным DC/DC преобразователем, что существенно повысило точность соблюдения равенства амплитуд положительной и отрицательной фаз выходного импульса, а так же уменьшило стоимость и габариты источника. Величина высокого напряжения управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19, с максимальным выходным напряжением не менее 4 кВ, задается либо энкодером 8, подключенным ко входу контроллера управления 13, либо программно - от ПК, связанного с контроллером управления 13 шиной связи 34 через драйвер шины связи с ПК 9, а далее преобразуется в ЦАПе 17, от которого в аналоговом виде подается на вход управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19. Выходное напряжение 35 управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19 и выходной ток 36 управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19 измеряются в контроллере управления 13, из которого переписываются в регистр отображения 16 и далее поступают на индикатор 3. Отображаемый параметр выбирается с помощью тумблеров и кнопок управления 2. Кроме того, величина выходного тока 36, управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19, измеренная в контроллере управления 13, служит индикатором перегрузки по току этого управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя и при превышении этой величины на 10% максимально разрешенного тока управляемого высоковольтного DC/DC преобразователя 19 контроллер управления 13 выдает сигнал выключения высокого напряжения. Сигнал 38 управления высоковольтным ключом 20, сигнал 39 управления высоковольтным ключом 21, сигнал 40 управления высоковольтным ключом 22, сигнал 41 управления высоковольтным ключом 23 формируются синхрогенератором 12 под управлением контроллера синхрогенератора 14 (фиг.2) и через драйверы высоковольтных ключей 18 подаются на управляющие входы высоковольтного ключа верхнего левого плеча 20, высоковольтного ключа нижнего левого плеча 21, высоковольтного ключа верхнего правого плеча 22, высоковольтного ключа 23 нижнего правого плеча соответственно. Балластный резистор 30 верхнего левого плеча, балластный резистор 31 нижнего левого плеча, балластный резистор 32 верхнего правого плеча, балластный резистор 33 нижнего правого плеча, включенные последовательно в цепь с каждым высоковольтным ключом верхнего левого плеча 20, высоковольтным ключом нижнего левого плеча 21, высоковольтным ключом верхнего правого плеча 22, высоковольтным ключом 23 нижнего правого плеча соответственно, ограничивают ток разряда накопительного конденсатора 29 через высоковольтные ключи во время заряда/перезаряда емкости нагрузки 27, формируя, таким образом, стабильный передний фронт импульсов, уменьшая выбросы на вершинах импульсов, и спасают высоковольтный ключ 20 верхнего левого плеча, высоковольтный ключ 21 нижнего левого плеча, высоковольтный ключ 22 верхнего правого плеча, высоковольтный ключ 23 нижнего правого плеча от возможных перегрузок по току и К3 в нагрузке 27. Так же и при разряде емкости нагрузки 27 балластный резистор 31 нижнего левого плеча и балластный резистор 33 нижнего правого плеча ограничивают ток разряда и формируют стабильный задний фронт импульсов, уменьшают выбросы на вершинах импульсов и спасают высоковольтный ключ 21 нижнего левого плеча и высоковольтный ключ 23 нижнего правого плеча от возможных перегрузок по току в фазе разряда емкости нагрузки 27.
Режимы работы источника выбираются с помощью кнопок и тумблеров 2 управления в автономном режиме работы или средствами диалога компьютера при работе от ПК. В режиме внешней синхронизации синхроимпульсы с входа синхронизации 42 поступают на вход формирователя входных синхроимпульсов 11 и далее в контроллер синхрогенератора 14, где формируются сигналы управления высоковольтным коммутатором 4, кроме этого, входные синхроимпульсы из контроллера синхрогенератора 14 поступают на вход формирователя выходных синхросигналов 15 и далее на выход синхронизации 28 для использования при каскадировании нескольких источников.
Выходы высоковольтного делителя напряжения 5, подключенного своими входами к первому выходу 25 для подключения нагрузки и второму выходу 26 для подключения нагрузки, предназначены для визуального контроля амплитуды, частоты и формы выходных импульсов источника, например, осциллографом. Кроме того, выходные импульсы высоковольтного делителя напряжения 5 после выпрямителя 24, поступают в контроллер управления 13 для измерения амплитуды выходного напряжения источника 37.
Блок датчиков температуры 1 выполнен содержащим хотя бы один датчик внешней температуры 6, хотя бы один датчик внутренней температуры 10 и шину связи датчиков с контроллером управления 7.
Для коррекции амплитуды выходных импульсов источника в зависимости от внешней температуры служит датчик внешней температуры 6 из блока датчиков температуры 1, данные которого по шине связи датчиков с контроллером управления 7 поступают для обработки в контроллер управления 13, который вносит поправку в задаваемую амплитуду выходных импульсов в зависимости от измеренной внешней температуры, которая рассчитывается контроллером управления 13 по формуле:
т
н
внш.т
внш.н
U=U+К х (t.-t),
т
н
внш.т
внш.н
где U - текущая заданная амплитуда выходных импульсов в вольтах, U - начальная заданная амплитуда выходных импульсов в вольтах, К - коэффициент вольтодобавки в вольтах на один градус, t. - внешняя текущая температура в градусах Цельсия, t - внешняя начальная температура в градусах Цельсия.
Датчик внутренней температуры 10 из блока датчиков температуры 1 измеряет температуру в наиболее горячих точках внутри корпуса источника и посылает данные по шине связи датчиков с контроллером управления 7 в контроллер управления 13, который, анализируя эти данные, выдает сигнал выключения высокого напряжения при превышении этой температуры максимально заданной величины.
Данные задаваемых параметров (напряжение высоковольтного DC/DC преобразователя, период выходных импульсов, режим работы, режим синхронизации) и измеряемых параметров (напряжение высоковольтного DC/DC преобразователя, амплитуда выходных импульсов, ток, потребляемый от высоковольтного DC/DC преобразователя, внешняя и внутренняя температура) из контроллера 13 через регистры отображения 16 поступают для отображения на индикаторы 3.
На фиг.2 показана временная диаграмма работы высоковольтного коммутатора 4. Период разбит на 8 тактов (t1÷t8). В каждом такте переключается только один высоковольтный ключ.
Такты t1, t2, t3 - подготовительные перед формированием отрицательного импульса, где:
такт t1 - защитный интервал после выключения высоковольтного ключа верхнего левого плеча 20 перед включением высоковольтного ключа нижнего левого плеча 21;
такт t2 - время разряда емкости нагрузки 27 после заряда положительным импульсом;
такт t3 - защитный интервал после выключения высоковольтного ключа нижнего правого плеча 23 перед включением высоковольтного ключа верхнего правого плеча 22;
такт t4 - время формирования отрицательной фазы биполярного импульса. Такты t5, t6, t7 - подготовительные перед формированием положительного импульса, где:
такт t5 - защитный интервал после выключения высоковольтного ключа верхнего правого плеча 22 перед включением высоковольтного ключа нижнего правого плеча 23;
такт t6 - время разряда емкости нагрузки 27 после заряда отрицательным импульсом;
такт t7 - защитный интервал после выключения высоковольтного ключа нижнего левого плеча 21 перед включением высоковольтного ключа верхнего левого плеча 20;
Такт t8 - время формирования положительной фазы биполярного импульса.
Защитные интервалы (t1, t3, t5, t7) исключили возможность возникновения сквозных токов при одновременном замыкании высоковольтных ключей одного плеча, минуя нагрузку, что уменьшило выбросы от коммутации на фронтах выходных импульсов. Включение в диаграмму тактов разряда емкости нагрузки 27 создало одинаковые условия для заряда и перезаряда емкости нагрузки 27 как в положительной, так и в отрицательной фазе импульса и тем самым уменьшило асимметрию фаз выходных импульсов.
На фиг.2 показана временная диаграмма работы высоковольтного коммутатора, где: сигнал управления 38 высоковольтным ключом 20, сигнал управления 39 высоковольтным ключом 21, сигнал управления 40 высоковольтным ключом 22, сигнал управления 41 высоковольтным ключом 23 на выходе драйвера высоковольтных ключей 18 (низкий уровень сигнала соответствует открытию ключа). Заштрихованные на диаграмме интервалы соответствуют одновременному открытию двух высоковольтных ключей, обеспечивающих заряд/перезаряд или разряд емкости нагрузки 27.
На фиг.3 представлен путь тока при формировании переднего фронта положительной фазы импульса на первом выходе для подключения нагрузки 25 и втором выходе для подключения нагрузки 26 высоковольтного коммутатора 4 (интервал t8), когда замкнуты - высоковольтный ключ верхнего левого плеча 20 и высоковольтный ключ нижнего правого плеча 23, а конденсатор нагрузки 27 заряжается в положительном направлении от накопительного конденсатора 29 током, который ограничивается балластным резистором верхнего левого плеча 30 и балластным резистором нижнего правого плеча 33.
На фиг.4 представлен путь тока при формировании заднего фронта положительной фазы импульса на первом выходе для подключения нагрузки 25 и втором выходе для подключения нагрузки 26 высоковольтного коммутатора 4 (интервал t2), когда замкнуты - высоковольтный ключ нижнего левого плеча 21 и высоковольтный ключ нижнего правого плеча 23, а конденсатор нагрузки 27, заряженный в интервале t8 в положительном направлении, разряжается перед переполюсовкой выходного напряжения через замкнутый высоковольтный ключ нижнего левого плеча 21, обратный диод нижнего правого плеча 46, балластный резистор нижнего левого плеча 31 и балластный резистор нижнего правого плеча 33, ограничивающие ток разряда.
На фиг.5 представлен путь тока при формировании переднего фронта отрицательной фазы импульса на первом выходе для подключения нагрузки 25 и втором выходе для подключения нагрузки 26 высоковольтного коммутатора 4 (интервал t4), когда замкнут высоковольтный ключ нижнего левого плеча 21 и высоковольтный ключ верхнего правого плеча 22, а емкость нагрузки 27 заряжается в отрицательном направлении от накопительного конденсатора 29 током, величина которого ограничивается балластным резистором нижнего левого плеча 31 и балластным резистором верхнего правого плеча 32.
На фиг.6 представлен путь тока при формировании заднего фронта отрицательной фазы импульса на выходе для подключения нагрузки 25 и втором выходе для подключения нагрузки 26 высоковольтного коммутатора 4 (интервал t6), когда замкнут высоковольтный ключ нижнего левого плеча 21 и высоковольтный ключ нижнего правого плеча 23, а конденсатор нагрузки 27, заряженный в такте t4 в отрицательном направлении, разряжается перед переполюсовкой выходного напряжения через замкнутый высоковольтный ключ нижнего правого плеча 23, обратный диод высоковольтного ключа нижнего левого плеча 44, балластный резистор нижнего левого плеча 31 и балластный резистор нижнего правого плеча 33, ограничивающие ток разряда.
Состав и технические характеристики источника высокого знакопеременного напряжения, программируемого по амплитуде и частоте, были определены и заданы техническими и методическими условиями поляризационных измерений на солнечных инструментах - стоксметрах и магнитографах. В результате по заказу Института солнечной и земной физики СО РАН г.Иркутск был спроектирован, выпущен малой серией и испытан в работе в качестве модулятора кристаллов KDP магнитографов на солнечных телескопах Саянской солнечной обсерватории ИС3Ф СО РАН, Байкальской астрономической обсерватории ИС3Ф СО РАН, Уссурийской астрофизической обсерватории ДВО РАН и Кисловодской Горной астрономической станции Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН источник со следующими техническими характеристиками:
- выходное напряжение - знакопеременный импульс;
- амплитуда выходного напряжения регулируется с дискретностью ±1 В в диапазоне от ±300 В до ±3600 В;
- период импульсов выходного напряжения регулируется дискретно в диапазоне 0,5 мс ÷10 сек и до постоянного тока;
- нагрузка емкостная - С÷400 пФ;
- пульсации выходного напряжения не более 0,5 В при напряжении 3600 В (0,014%);
- асимметрия фронтов и амплитуд обоих фаз во всем диапазоне частот (0÷2 кГц) и амплитуд (±300 В ÷ ±3600 В) составляет не более 0,04%;
- имеет коррекцию амплитуды импульсов в зависимости от внешней температуры (вольтодобавка в диапазоне -30°С ÷ +35°С);
- обеспечивает задание, цифровую индикацию и регулировку периода, амплитуды выходного напряжения, коэффициента вольтодобавки и режима синхронизации в двух режимах - автономном и в программном с управлением от ПК;
- работает в двух режимах синхронизации - внутренней или внешней;
- обеспечивает измерение и цифровую индикацию фактических параметров источника: тока и напряжения на выходе высоковольтного DC/DC преобразователя, амплитуды импульсов на выходе высоковольтного коммутатора и температуры внутри и вне источника;
- имеет защиту от перегрузки и К3 в цепи нагрузки и в цепях высоковольтного коммутатора напряжения;
- программное обеспечение позволяет вести архивы заданных (периода, амплитуды выходного напряжения и коэффициента вольтодобавки) и фактических (тока и напряжения на выходе высоковольтного DC/DC преобразователя, амплитуды импульсов на выходе высоковольтного коммутатора и температуры внутри и вне источника) параметров источника и их отображение в виде таблиц и графиков на экране монитора ПК;
- рабочая температура окружающей среды - от минус 30°С до плюс 35°С (диапазон рабочих температур расширен в область отрицательных температур до -30°С, т.к. по условиям поляризационных измерений на солнечных телескопах источник должен работать в не отапливаемом помещении);
- источник смонтирован в вентилируемом дюралевом корпусе с габаритными размерами - 315×146×135 мм;
- вес - не более 3 кГ.