[go: up one dir, main page]

RU202966U1 - HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY - Google Patents

HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY Download PDF

Info

Publication number
RU202966U1
RU202966U1 RU2020139639U RU2020139639U RU202966U1 RU 202966 U1 RU202966 U1 RU 202966U1 RU 2020139639 U RU2020139639 U RU 2020139639U RU 2020139639 U RU2020139639 U RU 2020139639U RU 202966 U1 RU202966 U1 RU 202966U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
voltage
input
terminal
resistor
Prior art date
Application number
RU2020139639U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Валентинович Колобов
Максим Борисович Баранник
Антон Вячеславович Гудков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
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 бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН)
Priority to RU2020139639U priority Critical patent/RU202966U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU202966U1 publication Critical patent/RU202966U1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
    • H02M3/22—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC
    • H02M3/24—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters
    • H02M3/28—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC
    • H02M3/325—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/337—Conversion of DC power input into DC power output with intermediate conversion into AC by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate AC using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in push-pull configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Полезная модель высоковольтный стабилизированный источник питания относится к области электротехники, в частности к высоковольтным источникам питания постоянного тока, и может быть использована для питания аналитических приборов и комплексов, требующих регулируемого высокостабильного питающего напряжения. Устройство содержит управляемый источник опорного напряжения (УИОН), регулируемый стабилизатор напряжения (РСН), задающий генератор, двухтактный преобразователь напряжения (ПН), повышающий трансформатор, умножитель напряжения (УН), выходной фильтр, делитель напряжения (ДН), блок обратной связи (БОС).Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик устройства. Отличие от известных состоит в том, что в устройство дополнительно введен быстродействующий контур обратной связи: БОС содержит усилитель рассогласования (У CP) и интегратор (ИНТ), выход которого через резистор соединен с управляющим входом РСН. Опорный вход УСР подключен к выходу УИОН, измерительный - к центральному выводу ДН и к выводу резистора, последовательно соединенного с конденсатором, второй вывод которого подключен к выводу высокого потенциала УН. Выход УСР, соединенный с входом ИНТ, присоединен также к выводу резистора, причем второй вывод резистора подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора, соединенному с выводом низкого потенциала УН. Дополнительно ПН выполнен по схеме резонансного преобразователя, а РСН - по схеме линейного компенсационного стабилизатора; УИОН содержит АЦП и высокостабильный ИОН; в схему устройства введен блок токовой защиты. Технический результат: уменьшение суммарной нестабильности и размаха пульсаций выходного напряжения, повышение надежности работы устройства, снижение уровня создаваемых электромагнитных помех. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.The useful model of a high-voltage stabilized power supply relates to the field of electrical engineering, in particular to high-voltage DC power supplies, and can be used to power analytical instruments and complexes that require regulated high-stability supply voltage. The device contains a controlled reference voltage source (UION), an adjustable voltage stabilizer (RSN), a master oscillator, a push-pull voltage converter (PN), a step-up transformer, a voltage multiplier (VN), an output filter, a voltage divider (DN), a feedback unit (BFB) The problem solved by the utility model is to improve the technical and operational characteristics of the device. The difference from the known ones is that a high-speed feedback loop is additionally introduced into the device: the biofeedback contains an error amplifier (U CP) and an integrator (INT), the output of which is connected through a resistor to the PCN control input. The reference input of the USR is connected to the output of the UION, the measuring input to the central output of the DN and to the output of the resistor connected in series with the capacitor, the second output of which is connected to the output of the high potential of the UN. The output of the CDN, connected to the input of the INT, is also connected to the terminal of the resistor, and the second terminal of the resistor is connected to the terminal of the secondary winding of the transformer, which is connected to the terminal of the low potential of the VL. Additionally, the PN is made according to the scheme of a resonant converter, and the PCN is made according to the scheme of a linear compensation stabilizer; UION contains ADC and highly stable ION; a block of current protection is introduced into the device circuit. EFFECT: reduction of total instability and amplitude of output voltage ripple, increased reliability of device operation, reduced level of generated electromagnetic interference. 6 p.p. f-ly, 3 dwg

Description

Область примененияApplication area

Устройство относится к области электротехники, а именно к высоковольтным источникам питания постоянного тока, и может быть использовано для питания аналитических приборов и блоков аппаратных комплексов для научных исследований, требующих надежного, с низким уровнем электромагнитных помех стабилизированного и регулируемого высоковольтного - единицы киловольт - источника питания, выходное напряжение которого имеет низкую краткосрочную, долговременную и температурную нестабильность, малый размах пульсаций.The device belongs to the field of electrical engineering, namely to high-voltage DC power supplies, and can be used to power analytical instruments and blocks of hardware complexes for scientific research requiring a reliable, with a low level of electromagnetic interference, stabilized and regulated high-voltage - units of kilovolts - power supply. whose output voltage has low short-term, long-term and temperature instability, small ripple range.

Уровень техникиState of the art

Из существующего уровня техники известен высоковольтный источник питания, предназначенный для питания оптико-электронных систем, в частности твердотельных лазеров, содержащий генератор последовательности прямоугольных импульсов, блок формирования сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), двухтактный преобразователь напряжения на основе мощных МОП-транзисторов, повышающий трансформатор, умножитель напряжения и блок отрицательной обратной связи (Tamuri A.R., Bidin N., Daud Y.M. High voltage power supply for electro-optics applications // International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences. 2010. Vol. 3. №.2. P. 143-147 [1]). Недостатком устройства являются относительно высокие уровни высокочастотных пульсаций выходного напряжения и создаваемых электромагнитных помех, что обусловлено использованием для регулирования и стабилизации выходного напряжения ШИМ.A high-voltage power supply is known from the existing state of the art for powering optoelectronic systems, in particular solid-state lasers, containing a generator of a sequence of rectangular pulses, a signal conditioning unit with pulse width modulation (PWM), a push-pull voltage converter based on powerful MOS transistors, step-up transformer, voltage multiplier and negative feedback unit (Tamuri AR, Bidin N., Daud YM High voltage power supply for electro-optics applications // International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences. 2010. Vol. 3. No. 2 P. 143-147 [1]). The disadvantage of the device is the relatively high levels of high-frequency ripple of the output voltage and the generated electromagnetic interference, which is due to the use of PWM for regulation and stabilization of the output voltage.

Известен также высоковольтный источник питания, состоящий из задающего генератора, двухтактного транзисторного преобразователя напряжения на основе мощных МОП-транзисторов, схемы управления затворами транзисторов преобразователя напряжения, повышающего трансформатора, умножителя напряжения, блока изменения выходной мощности устройства, выполненного по схеме регулируемого понижающего импульсного преобразователя напряжения, питающего двухтактный преобразователь напряжения, схемы управления и многоканального блока низковольтного питания (US 7477529 B2, Н02М 3/335, опубл. 13.01.2009 [2]). Недостатком данного устройства является то, что схема управления регулирует и стабилизирует выходное напряжение понижающего импульсного преобразователя на основе сравнения задаваемого опорного напряжения и напряжения обратной связи (ОС), в качестве которого используется выходное напряжение понижающего импульсного преобразователя, при этом контур ОС, охватывающий высоковольтную часть источника питания, отсутствует. В результате источник питания имеет значительный диапазон нечувствительности регулирования и высокую динамическую нестабильность выходного напряжения. Кроме того, при изменении параметров окружающей среды, за счет термических процессов в полупроводниковых элементах высоковольтной части устройства, выходное сопротивление источника питания может изменяться, что вносит дополнительную нестабильность в выходное напряжение.There is also known a high-voltage power supply consisting of a master oscillator, a push-pull transistor voltage converter based on powerful MOS transistors, a control circuit for the gates of transistors of a voltage converter, a step-up transformer, a voltage multiplier, a unit for changing the output power of a device made according to the scheme of an adjustable step-down pulse voltage converter, supplying a push-pull voltage converter, control circuits and a multichannel low-voltage power supply unit (US 7477529 B2, Н02М 3/335, publ. 13.01.2009 [2]). The disadvantage of this device is that the control circuit regulates and stabilizes the output voltage of the down-pulse converter based on a comparison of the specified reference voltage and the feedback voltage (feedback), which is used as the output voltage of the down-pulse converter, while the feedback loop covering the high-voltage part of the source power supply is missing. As a result, the power supply has a significant control deadband and a high dynamic instability of the output voltage. In addition, when the environmental parameters change, due to thermal processes in the semiconductor elements of the high-voltage part of the device, the output resistance of the power supply can change, which introduces additional instability in the output voltage.

Наиболее близким к заявленному устройству является управляемый высоковольтный стабилизированный источник питания фотоэлектронного умножителя, содержащий управляемый источник опорного напряжения (ИОН), регулируемый стабилизатор напряжения, последовательно соединенные задающий генератор на основе интегральных микросхем стандартной логики и двухтактный транзисторный преобразователь напряжения, выполненный на основе биполярных транзисторов, повышающий трансформатор, являющийся нагрузкой преобразователя напряжения, диодно-конденсаторный умножитель напряжения, подключенный к вторичной обмотке повышающего трансформатора, выходной фильтр и делитель напряжения, а также блок обратной связи. (Рахманов В.В., Бакакин Г.В., Главный В.Г., Меледин В.Г., Наумов И.В. Управляемый высоковольтный стабилизированный источник питания фотоэлектронного умножителя // ПТЭ. 2006. №5. С. 90-92 [3]).The closest to the claimed device is a controlled high-voltage stabilized power supply of a photomultiplier tube containing a controlled reference voltage source (RV), an adjustable voltage stabilizer, a serially connected master oscillator based on standard logic integrated circuits and a push-pull transistor voltage converter based on bipolar transistors, which increases a transformer that is a load of a voltage converter, a diode-capacitor voltage multiplier connected to the secondary winding of a step-up transformer, an output filter and a voltage divider, and a feedback unit. (Rakhmanov V.V., Bakakin G.V., Glavny V.G., Meledin V.G., Naumov I.V. Controlled high-voltage stabilized power supply of the photomultiplier // PTE. 2006. No. 5. P. 90- 92 [3]).

Первичная обмотка трансформатора выполнена по схеме со средней точкой, вывод которой соединен с выходом регулируемого стабилизатора напряжения, вход которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения.The primary winding of the transformer is made according to a mid-point circuit, the output of which is connected to the output of an adjustable voltage stabilizer, the input of which is connected to a primary low-voltage source of constant voltage.

Блок обратной связи состоит из выполненного на основе операционного усилителя интегрирующего усилителя сигнала рассогласования, опорный вход которого соединен с выходом управляемого источника опорного напряжения, а измерительный вход - с центральным выводом делителя напряжения. Выход усилителя сигнала рассогласования соединен с управляющим выводом регулируемого стабилизатора напряжения, выполненного на основе эмиттерного повторителя, коллектор которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения.The feedback unit consists of an error signal integrating amplifier based on an operational amplifier, the reference input of which is connected to the output of a controlled reference voltage source, and the measuring input to the central output of the voltage divider. The output of the error signal amplifier is connected to the control output of an adjustable voltage stabilizer made on the basis of an emitter follower, the collector of which is connected to a primary low-voltage DC voltage source.

В состав управляемого ИОН входит каскад формирования первичного стабилизированного опорного напряжения UREF на основе стабилитрона с токозадающим резистором и буферного повторителя напряжения на операционном усилителе, регулируемый делитель напряжения. Напряжение, снимаемое с нижнего плеча делителя напряжения, поступает на опорный вход усилителя сигнала рассогласования. В качестве верхнего плеча делителя используется постоянный резистор, а в качестве нижнего - выполненный на основе операционного усилителя, составного транзистора и токового шунта, регулируемый источник тока, который выполняет функцию резистора с переменным сопротивлением.The structure of the controlled reference voltage includes a cascade for the formation of a primary stabilized reference voltage U REF based on a zener diode with a current setting resistor and a buffer voltage follower on an operational amplifier, an adjustable voltage divider. The voltage taken from the lower arm of the voltage divider is fed to the reference input of the error amplifier. A constant resistor is used as the upper arm of the divider, and an adjustable current source made on the basis of an operational amplifier, a composite transistor and a current shunt, which acts as a resistor with variable resistance, is used as the lower arm.

Для регулирования амплитуды опорного напряжения используется ШИМ сигнал с несущей частотой 10 кГц, поступающий от внешнего управляющего блока на интегратор, входящий в состав управляемого источника опорного напряжения. Выходное напряжение интегратора, пропорциональное скважности ШИМ сигнала, поступает на вход регулируемого источника тока, включенного в нижнее плечо управляемого делителя напряжения. Таким образом, изменением скважности ШИМ сигнала регулируют амплитуду опорного напряжения и, соответственно, величину выходного напряжения источника питания.To regulate the amplitude of the reference voltage, a PWM signal with a carrier frequency of 10 kHz is used, coming from an external control unit to an integrator, which is part of a controlled reference voltage source. The integrator output voltage, proportional to the duty cycle of the PWM signal, is fed to the input of an adjustable current source included in the lower arm of the controlled voltage divider. Thus, by changing the duty cycle of the PWM signal, the amplitude of the reference voltage and, accordingly, the value of the output voltage of the power supply are controlled.

Недостатком известного устройства является низкая динамическая стабильность выходного напряжения, обусловленная значительной инерционностью контура регулирования на основе интегрирующего усилителя сигнала рассогласования, а также включением делителя напряжения перед выходным фильтром.The disadvantage of the known device is the low dynamic stability of the output voltage, due to the significant inertia of the control loop based on the integrating amplifier of the error signal, as well as the inclusion of a voltage divider in front of the output filter.

Недостатком устройства также является высокая нестабильность выходного напряжения по дрейфу и шумам, значительная температурная нестабильность, низкая повторяемость выходного напряжения. Это обусловлено, во-первых высокой суммарной нестабильностью напряжения UREF первичного ИОН, выполненного на основе стабилитрона, а во-вторых - отсутствием собственного контура ОС в схеме регулируемого стабилизатора напряжения, в результате чего к суммарной нестабильности выходного напряжения устройства, вносимой ИОН, добавляется суммарная нестабильность выходного напряжения первичного низковольтного источника постоянного напряжения.The disadvantage of the device is also the high instability of the output voltage in terms of drift and noise, significant temperature instability, low repeatability of the output voltage. This is due, firstly, to the high total instability of the voltage U REF of the primary ION, made on the basis of a zener diode, and secondly, to the absence of its own feedback circuit in the regulated voltage regulator circuit, as a result of which the total instability of the output voltage of the device introduced by the ION is added to the total instability of the output voltage of the primary low-voltage source of constant voltage.

Использованный в данном устройстве способ регулирования выходного напряжения внешним ШИМ сигналом ограничивает область его применения вследствие несовместимости со стандартными типами интерфейсов, используемых в современных аналитических приборах и аппаратных комплексах для научных исследований.The method used in this device to regulate the output voltage by an external PWM signal limits the scope of its application due to incompatibility with standard types of interfaces used in modern analytical instruments and hardware complexes for scientific research.

Кроме того, недостатком известного устройства является низкая надежность, обусловленная отсутствием защиты от короткого замыкания, перегрузки по току.In addition, the disadvantage of the known device is low reliability due to the lack of protection against short circuit, overcurrent.

Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик устройства.The problem solved by the utility model is to improve the technical and operational characteristics of the device.

Техническими результатами, на достижение которых направлена полезная модель, являются: повышение качества выходного напряжения - увеличение динамической, краткосрочной, долговременной и температурной стабильности, начальной точности и повторяемости, уменьшение размаха пульсаций; повышение надежности; снижение уровня создаваемых устройством электромагнитных помех; расширение области применения устройства.The technical results to be achieved by the utility model are: improving the quality of the output voltage - increasing dynamic, short-term, long-term and temperature stability, initial accuracy and repeatability, reducing the ripple amplitude; increased reliability; reducing the level of electromagnetic interference generated by the device; expansion of the field of application of the device.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем управляемый источник опорного напряжения, регулируемый стабилизатор напряжения, последовательно соединенные задающий генератор и двухтактный транзисторный преобразователь напряжения, повышающий трансформатор, являющийся нагрузкой преобразователя напряжения, причем первичная обмотка трансформатора выполнена по схеме со средней точкой, вывод которой соединен с выходом регулируемого стабилизатора напряжения, вход которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения, диодно-конденсаторный умножитель напряжения, подключенный к вторичной обмотке повышающего трансформатора, выходной фильтр и делитель напряжения, а также блок обратной связи, входы которого соединены с центральным выводом делителя напряжения и с выходом управляемого источника опорного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулируемого стабилизатора напряжения, согласно заявленному устройству в состав блока обратной связи входят последовательно соединенные усилитель сигнала рассогласования, интегратор и резистор, соединенный одним выводом с выходом интегратора, а вторым - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения. Опорный вход усилителя сигнала рассогласования подключен к выходу управляемого источника опорного напряжения, а измерительный - к центральному выводу делителя напряжения и к выводу резистора, последовательно соединенного с конденсатором, второй вывод которого подключен к выводу высокого потенциала умножителя напряжения. Выход усилителя сигнала рассогласования, соединенный с входом интегратора, присоединен также к выводу резистора, причем второй вывод резистора подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора, соединенному с выводом низкого потенциала умножителя напряжения.The technical result is achieved by the fact that in the known device containing a controlled reference voltage source, an adjustable voltage stabilizer, a master oscillator connected in series and a push-pull transistor voltage converter, a step-up transformer, which is the load of the voltage converter, and the primary winding of the transformer is made according to the scheme with a midpoint, the output which is connected to the output of an adjustable voltage stabilizer, the input of which is connected to a primary low-voltage DC voltage source, a diode-capacitor voltage multiplier connected to the secondary winding of a step-up transformer, an output filter and a voltage divider, as well as a feedback unit, the inputs of which are connected to the central output of the divider voltage and with the output of a controlled reference voltage source, and the output is connected to the control input of an adjustable voltage stabilizer, according to the declared device, as part of the block This connection includes a series-connected error signal amplifier, an integrator and a resistor connected by one terminal to the integrator's output, and the other to the control input of an adjustable voltage stabilizer. The reference input of the error signal amplifier is connected to the output of the controlled reference voltage source, and the measuring input to the central output of the voltage divider and to the output of the resistor connected in series with the capacitor, the second output of which is connected to the output of the high potential of the voltage multiplier. The output of the error signal amplifier, connected to the input of the integrator, is also connected to the terminal of the resistor, and the second terminal of the resistor is connected to the terminal of the secondary winding of the transformer connected to the terminal of the low potential of the voltage multiplier.

Возможны варианты выполнения заявленного устройства, в которых целесообразно, чтобы:Variants of the claimed device are possible, in which it is advisable that:

- между крайними выводами первичной обмотки повышающего трансформатора был включен конденсатор, причем собственная резонансная частота параллельного колебательного контура, образованного суммарной емкостью, состоящей из емкости конденсатора и приведенной емкости вторичной обмотки, и индуктивностью намагничивания трансформатора, совпадала с частотой задающего генератора.- a capacitor was connected between the extreme terminals of the primary winding of the step-up transformer, and the natural resonant frequency of the parallel oscillatory circuit formed by the total capacitance, consisting of the capacitance of the capacitor and the reduced capacitance of the secondary winding, and the magnetizing inductance of the transformer, coincided with the frequency of the master oscillator.

- в схему был введен блок токовой защиты, содержащий транзистор, резистор и токовый шунт. Один вывод токового шунта был соединен с шиной нулевого потенциала, а другой - с объединенными одноименными выводами транзисторов преобразователя напряжения и с выводом резистора, второй вывод которого был подключен к выводу базы транзистора. Вывод эмиттера транзистора был соединен с шиной нулевого потенциала, а вывод коллектора - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения и, одновременно, с выходом блока обратной связи.- a current protection unit was introduced into the circuit, containing a transistor, a resistor and a current shunt. One terminal of the current shunt was connected to the zero potential bus, and the other - to the combined terminals of the same name of the voltage converter transistors and to the terminal of the resistor, the second terminal of which was connected to the terminal of the transistor base. The emitter terminal of the transistor was connected to the zero potential bus, and the collector terminal was connected to the control input of an adjustable voltage stabilizer and, at the same time, to the output of the feedback unit.

- регулируемый стабилизатор напряжения содержал усилитель сигнала рассогласования, резистор, фильтр нижних частот и регулирующий элемент, вход которого был подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения, а выход - к входу фильтра нижних частот, выход которого был соединен с выводом средней точки первичной обмотки повышающего трансформатора. Выход усилителя сигнала рассогласования был подключен к управляющему выводу регулирующего элемента, измерительный вход - к первому выводу резистора, второй вывод которого был соединен с выходом регулирующего элемента и входом фильтра нижних частот, а опорный вход - к выходу блока токовой защиты и выходу блока обратной связи.- an adjustable voltage regulator contained an error signal amplifier, a resistor, a low-pass filter and a regulating element, the input of which was connected to the primary low-voltage DC voltage source, and the output to the input of the low-pass filter, the output of which was connected to the output of the midpoint of the primary winding of the step-up transformer ... The output of the error signal amplifier was connected to the control output of the control element, the measuring input to the first output of the resistor, the second output of which was connected to the output of the control element and the input of the low-pass filter, and the reference input to the output of the current protection unit and the output of the feedback unit.

- задающий генератор был выполнен из последовательно включенных специализированных интегральных микросхем - двухтактного генератора с регулируемой частотой генерации и длительностью паузы между импульсами и формирователя сигналов управления транзисторами двухтактного преобразователя напряжения.- the master oscillator was made of series-connected specialized integrated circuits - a push-pull generator with an adjustable generation frequency and pause duration between pulses and a signal generator for controlling transistors of a push-pull voltage converter.

- управляемый источник опорного напряжения содержал цифро-аналоговый преобразователь и высокостабильный источник опорного напряжения, причем выход высокостабильного источника опорного напряжения был подключен к входу опорного напряжения цифро-аналогового преобразователя, а вход - к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения. Вход питания цифро-аналогового преобразователя был также подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения.- the controlled reference voltage source contained a digital-to-analog converter and a highly stable reference voltage source, the output of the high-stability reference voltage source being connected to the reference voltage input of the digital-to-analog converter, and the input to the primary low-voltage DC voltage source. The digital-to-analog converter power input was also connected to the primary low-voltage DC voltage supply.

- вход выходного фильтра был соединен с выходным выводом высокого потенциала умножителя напряжения, а выход - с выводом высокого потенциала делителя напряжения. Крайние выводы делителя напряжения были соединены с выводами для подключения нагрузки.- the input of the output filter was connected to the output terminal of the high potential of the voltage multiplier, and the output was connected to the output of the high potential of the voltage divider. The extreme terminals of the voltage divider were connected to the terminals for connecting the load.

Сущность полезной модели и ее преимущества могут быть более детально пояснены нижеследующими рисунками, на которых изображены:The essence of the utility model and its advantages can be explained in more detail by the following figures, which depict:

На фиг. 1 - функциональная схема устройства.FIG. 1 is a functional diagram of the device.

На фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу параллельного резонансного преобразователя устройства.FIG. 2 - diagrams explaining the operation of the parallel resonant converter of the device.

На фиг. 3 - сравнительные экспериментальные временные зависимости напряжения UУН на выходе умножителя напряжения и напряжения Uвых на выходе устройства в случае отключенного (а) и задействованного (б) дополнительного быстродействующего контура обратной связи.FIG. 3 - comparative experimental time dependences of voltage U UN at the output of the voltage multiplier and voltage U out at the output of the device in the case of disconnected (a) and activated (b) additional high-speed feedback loop.

Высоковольтный стабилизированный источник питания (см. фиг. 1) содержит управляемый источник опорного напряжения 1, регулируемый стабилизатор напряжения 2, последовательно соединенные задающий генератор 3 и двухтактный транзисторный преобразователь напряжения 4, повышающий трансформатор 5, являющийся нагрузкой преобразователя напряжения, причем первичная обмотка трансформатора выполнена по схеме со средней точкой, вывод которой соединен с выходом регулируемого стабилизатора напряжения 2, вход которого подключен к выводу положительной полярности первичного низковольтного (+12 В) источника постоянного напряжения 6, диодно-конденсаторный умножитель напряжения 7, подключенный к вторичной обмотке повышающего трансформатора 5, выходной фильтр 8 и делитель напряжения 9, а также блок обратной связи 10, входы которого соединены с центральным выводом делителя напряжения 9 и с выходом управляемого источника опорного напряжения 1, а выход подключен к управляющему входу регулируемого стабилизатора напряжения 2. В состав блока обратной связи 10 входят последовательно соединенные усилитель сигнала рассогласования 11, интегратор 12 и резистор 13, соединенный одним выводом с выходом интегратора 12, а вторым - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения 2. Опорный вход усилителя сигнала рассогласования 11 подключен к выходу управляемого источника опорного напряжения 1, а измерительный - к центральному выводу делителя напряжения 9 и к выводу резистора 14, последовательно соединенного с конденсатором 15, второй вывод которого подключен к выводу высокого потенциала умножителя напряжения 7. Выход усилителя сигнала рассогласования 11, соединенный с входом интегратора 12, присоединен также к выводу резистора 16, причем второй вывод резистора 16 подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора 5, соединенному с выводом низкого потенциала умножителя напряжения 7.The high-voltage stabilized power supply (see Fig. 1) contains a controlled reference voltage source 1, an adjustable voltage stabilizer 2, a master oscillator 3 connected in series and a push-pull transistor voltage converter 4, a step-up transformer 5, which is a load of a voltage converter, and the primary winding of the transformer is made according to circuit with a midpoint, the output of which is connected to the output of an adjustable voltage stabilizer 2, the input of which is connected to the positive polarity terminal of the primary low-voltage (+12 V) constant voltage source 6, diode-capacitor voltage multiplier 7, connected to the secondary winding of the step-up transformer 5, the output filter 8 and voltage divider 9, as well as a feedback unit 10, the inputs of which are connected to the central output of the voltage divider 9 and to the output of a controlled reference voltage source 1, and the output is connected to the control input of an adjustable stabilizer voltage 2. The feedback unit 10 includes a series-connected error signal amplifier 11, an integrator 12 and a resistor 13 connected by one output to the integrator output 12, and the second to the control input of an adjustable voltage stabilizer 2. The reference input of the error signal amplifier 11 is connected to the output of the controlled reference voltage source 1, and the measuring one - to the central terminal of the voltage divider 9 and to the terminal of the resistor 14 connected in series with the capacitor 15, the second terminal of which is connected to the high potential terminal of the voltage multiplier 7. The output of the error signal amplifier 11 connected to the input of the integrator 12 is also connected to the terminal of the resistor 16, the second terminal of the resistor 16 being connected to the terminal of the secondary winding of the transformer 5, connected to the low potential terminal of the voltage multiplier 7.

В качестве ключей преобразователя напряжения 4 могут быть использованы n-канальные МОП-транзисторы со встроенным антипараллельным диодом IRF8313 фирмы Infineon. Транзисторы имеют сверхмалые сопротивление в проводящем состоянии и «открывающий» заряд затвора, что снижает суммарные потери проводимости и переключения и позволяет использовать их в сверхвысокочастотных преобразователях напряжения (частота переключения сотни кГц).As the switches of the voltage converter 4, n-channel MOS transistors with a built-in antiparallel diode IRF8313 from Infineon can be used. Transistors have ultra-low resistance in the conducting state and "opening" gate charge, which reduces the total losses of conduction and switching and allows them to be used in microwave voltage converters (switching frequency hundreds of kHz).

Магнитопровод трансформатора 5 может быть выполнен из двух Е-образных сердечников B66317G1 (с зазором) и B66317G0 (без зазора) фирмы Epcos на основе феррита марки N87, который характеризуется относительно высокой индукцией насыщения при малых потерях на частотах до 500 кГц.The magnetic circuit of the transformer 5 can be made of two E-shaped cores B66317G1 (with a gap) and B66317G0 (without a gap) from Epcos based on ferrite grade N87, which is characterized by a relatively high saturation induction at low losses at frequencies up to 500 kHz.

Умножитель напряжения 7 может быть выполнен по несимметричной схеме учетверения напряжения с использованием диодов BYX101G фирмы Philips Semiconductors с обратным рабочим напряжением 9 кВ и «мягкой» характеристикой восстановления, которая снижает уровень помех при переключении диодов, и керамических высоковольтных конденсаторов типа К15-5 на номинальное напряжение 3 кВ.The voltage multiplier 7 can be made according to an asymmetric quadrupling of the voltage using BYX101G diodes from Philips Semiconductors with a reverse operating voltage of 9 kV and a "soft" recovery characteristic, which reduces the level of noise when switching diodes, and ceramic high-voltage capacitors of the K15-5 type to the rated voltage 3 kV.

Выходной фильтр 8 может быть выполнен по схеме двухзвенного RC-фильтра нижних частот с использованием резисторов номиналом 100 кОм и конденсаторов типа К15-5 на номинальное напряжение 6.3 кВ емкостью 4700 пФ. Конденсатор такого же типа и номинала может быть использован в качестве конденсатора 15.The output filter 8 can be made according to the scheme of a two-tier RC low-pass filter using 100 kΩ resistors and K15-5 capacitors for a rated voltage of 6.3 kV with a capacity of 4700 pF. A capacitor of the same type and rating can be used as capacitor 15.

Верхнее плечо делителя напряжения 9 может быть выполнено из пяти последовательно включенных толстопленочных высоковольтных (рабочее напряжение 2000 В) чип-резисторов с номинальным сопротивлением 10 МОм типа CHV2010-FX-1000 фирмы Bourns (допуск ±1%, температурный коэффициент сопротивления ±100 ррm/°С).The upper arm of the voltage divider 9 can be made of five series-connected thick-film high-voltage (operating voltage 2000 V) chip resistors with a nominal resistance of 10 MΩ, type CHV2010-FX-1000 from Bourns (tolerance ± 1%, temperature coefficient of resistance ± 100 ppm / ° FROM).

Интегратор 12 блока обратной связи 10 может состоять из выполненного на основе операционного усилителя (ОУ) интегратора с инвертирующим выходом и инвертирующего повторителя напряжения на основе ОУ, включенных последовательно. В качестве ОУ интегратора 12 и усилителя сигнала рассогласования 11 могут быть использованы микросхемы ADA4522 фирмы Analog Devices. Микросхемы выполнены по схеме «chopper stabilization» (модулятор-демодулятор, МДМ-ОУ), имеют внутренние цепи автоматической коррекции смещения и подавления высокочастотных пульсаций. Такая топология обеспечивает плоскую частотную зависимость спектральной плотности напряжения шумов во всей полосе частот ОУ, включая частотный диапазон фликкер-шума - 0.1-10 Гц, в пределах которого размах амплитуды напряжения шумов не превышает 120 нВ. Кроме того, МДМ-ОУ обладают малым током смещения (≤50 пА), малыми напряжением смещения (≤5 мкВ) и его температурным дрейфом - не хуже 22 нВ/°С. Такие характеристики позволяют использовать микросхему ADA4522 для построения прецизионных, малошумящих каскадов постоянного и квазипостоянного тока.The integrator 12 of the feedback unit 10 may consist of an op-amp-based integrator with an inverting output and an op-amp-based inverting voltage follower in series. The ADA4522 microcircuits from Analog Devices can be used as the op-amp for the integrator 12 and the error signal amplifier 11. The microcircuits are made according to the "chopper stabilization" scheme (modulator-demodulator, MDM-OA), have internal circuits for automatic offset correction and suppression of high-frequency pulsations. This topology provides a flat frequency dependence of the noise voltage spectral density in the entire op amp frequency band, including the flicker noise frequency range of 0.1-10 Hz, within which the noise voltage amplitude swing does not exceed 120 nV. In addition, MDM-OU have a low bias current (≤50 pA), low bias voltage (≤5 μV) and its temperature drift - no worse than 22 nV / ° С. These characteristics allow the ADA4522 to be used to build precision, low noise dc and quasi dc current stages.

В качестве резонансного конденсатора 17, включенного между крайними выводами первичной обмотки трансформатора 5, может быть использован высокочастотный многослойный керамический конденсатор C1206C104F3GEC производства фирмы Kemet номиналом 0.1 мкФ. Диэлектрик конденсатора NP0 (C0G) обладает хорошей температурной стабильностью - температурный коэффициент емкости близок к нулю, что обеспечивает стабильность резонансной частоты контура.A high-frequency multilayer ceramic capacitor C1206C104F3GEC manufactured by Kemet with a nominal value of 0.1 μF can be used as a resonant capacitor 17 connected between the extreme terminals of the primary winding of the transformer 5. The dielectric of the NP0 (C0G) capacitor has good temperature stability - the temperature coefficient of capacitance is close to zero, which ensures the stability of the resonant frequency of the circuit.

Блок токовой защиты 18 содержит транзистор 19, резистор 20 и токовый шунт 21. Один вывод шунта 21 соединен с шиной нулевого потенциала, а другой - с объединенными одноименными выводами транзисторов преобразователя напряжения 4 и с выводом резистора 20. Второй вывод резистора 20 подключен к выводу базы транзистора 19. Вывод эмиттера транзистора 19 соединен с шиной нулевого потенциала, а вывод коллектора - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения 2 и с выходом блока обратной связи 10. В качестве транзистора 19 может быть использован n-p-n транзистор общего применения ВС847 (UКЭmax=45 В, IКmax=0.1 А), а в качестве токового шунта 21 сопротивлением 0.33 Ом - три параллельно включенных резистора номинальным сопротивлением 1 Ом.The current protection unit 18 contains a transistor 19, a resistor 20 and a current shunt 21. One terminal of the shunt 21 is connected to the zero potential bus, and the other to the combined terminals of the same name of the transistors of the voltage converter 4 and to the terminal of the resistor 20. The second terminal of the resistor 20 is connected to the base terminal transistor 19. The output of the emitter of the transistor 19 is connected to the zero potential bus, and the collector output is connected to the control input of the adjustable voltage stabilizer 2 and to the output of the feedback unit 10. An npn transistor for general use ВС847 (U КЭmax = 45 V , I Kmax = 0.1 A), and as a current shunt 21 with a resistance of 0.33 Ohm - three resistors connected in parallel with a nominal resistance of 1 Ohm.

Регулируемый стабилизатор напряжения 2 содержит усилитель сигнала рассогласования 22, резистор 23, фильтр нижних частот (ФНЧ) 24 и регулирующий элемент 25, вход которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения 6, а выход - к входу ФНЧ 24, выход которого соединен с выводом средней точки первичной обмотки повышающего трансформатора 5. Выход усилителя сигнала рассогласования 22 подключен к управляющему выводу регулирующего элемента 25, измерительный вход - к первому выводу резистора 23, второй вывод которого соединен с выходом регулирующего элемента 25 и входом ФНЧ 24, а опорный вход - к выходу блока токовой защиты 18 и выходу блока обратной связи 10.Adjustable voltage regulator 2 contains an error signal amplifier 22, a resistor 23, a low-pass filter (LPF) 24 and a regulating element 25, the input of which is connected to the primary low-voltage source of constant voltage 6, and the output to the input of the LPF 24, the output of which is connected to the output of the middle points of the primary winding of the step-up transformer 5. The output of the mismatch signal amplifier 22 is connected to the control output of the control element 25, the measuring input to the first output of the resistor 23, the second output of which is connected to the output of the control element 25 and the input of the LPF 24, and the reference input to the output of the unit current protection 18 and the output of the feedback unit 10.

В качестве регулирующего элемента 25 может быть использован р-канальный МОП-транзистор с антипараллельным диодом STP10P6F6 фирмы STMicroelectronics, обладающий сверхмалым сопротивлением в открытом состоянии (~0.13 Ом), за счет чего разница между максимальным выходным напряжением стабилизатора 2 и напряжением первичного низковольтного источника постоянного напряжения 6 не превышает 50 мВ. Транзистор имеет сверхмалый «открывающий» заряд затвора, что позволяет подключить вывод затвора транзистора 25 напрямую к выходу усилителя сигнала рассогласования 22, в качестве которого также может быть использован МДМ-ОУ ADA4522. ФНЧ 24 может быть выполнен по схеме П-образного индуктивно-емкостного фильтра на основе двух конденсаторов емкостью 10 мкФ и индуктивного элемента номиналом 6.8 мкГн.As a regulating element 25, a p-channel MOS transistor with an antiparallel diode STP10P6F6 from STMicroelectronics can be used, which has an ultra-low resistance in the open state (~ 0.13 Ohm), due to which the difference between the maximum output voltage of the stabilizer 2 and the voltage of the primary low-voltage constant voltage source 6 does not exceed 50 mV. The transistor has an ultra-low "opening" gate charge, which allows you to connect the output of the gate of the transistor 25 directly to the output of the error signal amplifier 22, which can also be used as an ADA4522 MDM-op-amp. LPF 24 can be made according to the scheme of a U-shaped inductive-capacitive filter based on two 10 μF capacitors and an inductive element with a nominal value of 6.8 μH.

Для того чтобы при увеличении опорного напряжения или уменьшении напряжения ОС усилителя сигнала рассогласования 22 р-канальный транзистор 25 «приоткрывался», потенциал его затвора должен уменьшаться. Поэтому опорное напряжение подается на инвертирующий вход ОУ усилителя сигнала рассогласования 22, а измерительное (напряжение ОС) - на прямой вход.In order for the p-channel transistor 25 to "open slightly" with an increase in the reference voltage or a decrease in the OS voltage of the mismatch signal amplifier 22, the potential of its gate must decrease. Therefore, the reference voltage is fed to the inverting input of the op-amp of the error signal amplifier 22, and the measuring voltage (OS voltage) is fed to the direct input.

Задающий генератор 3 включает две последовательно соединенные интегральные микросхемы - двухтактный генератор 26 с регулируемой частотой генерации и длительностью паузы между импульсами и формирователь 27 сигналов управления МОП-транзисторами двухтактного преобразователя напряжения 4. Двухтактный генератор 26 может быть выполнен на основе микросхемы многофункционального двухтактного ШИМ-контроллера TL494 фирмы Texas Instruments. В качестве формирователя 27, обеспечивающего необходимую амплитуду и скорость нарастания и спада тока управления затворами МОП (MOSFET) транзисторов преобразователя напряжения 4, может быть использована микросхема двуканального драйвера управления силовыми MOSFET и IGBT транзисторами IR4427 фирмы International Rectifier.The master generator 3 includes two series-connected integrated circuits - a push-pull generator 26 with an adjustable generation frequency and a pause between pulses and a generator 27 of control signals for MOS transistors of a push-pull voltage converter 4. Push-pull generator 26 can be made on the basis of a multifunctional push-pull PWM controller chip TL494 from Texas Instruments. As a shaper 27, which provides the required amplitude and rate of rise and fall of the current for driving the gates of the MOSFET transistors of the voltage converter 4, a two-channel driver for controlling the power MOSFET and IGBT transistors IR4427 from International Rectifier can be used.

Управляемый источник опорного напряжения 1 содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 28 и высокостабильный источник опорного напряжения (ИОН) 29. Выход высокостабильного ИОН 29 подключен к входу опорного напряжения ЦАП 28. Вход высокостабильного ИОН 29 и вход питания ЦАП 28 подключены к выводу положительной полярности второго первичного низковольтного (+5 В) источника постоянного напряжения 30.The controlled reference voltage source 1 contains a digital-to-analog converter (DAC) 28 and a highly stable reference voltage source (RV) 29. The output of a highly stable reference voltage (RV) 29 is connected to the input of the reference voltage of the DAC 28. The input of a high-stability RON 29 and the power input of the DAC 28 are connected to the positive terminal the second primary low-voltage (+5 V) constant voltage source 30.

В качестве ЦАП 28 может быть использована микросхема прецизионного 16-разрядного ЦАП AD5541B фирмы Analog Devices. Для цифрового управления выходным напряжением ЦАП 28 может использоваться поддерживаемый микросхемой AD5541B универсальный интерфейс SPI, шина которого 31 может быть подключена, например, к управляющему блоку аналитического аппаратного комплекса, в составе которого возможно использовать предлагаемое устройство.As DAC 28, a precision 16-bit DAC AD5541B from Analog Devices can be used. For digital control of the output voltage of the DAC 28, a universal SPI interface supported by the AD5541B microcircuit can be used, the bus of which can be connected, for example, to the control unit of the analytical hardware complex, which can include the proposed device.

Микросхема AD5541B поддерживает режим однополярного выхода. При этом выходное напряжение ЦАП 28 лежит в диапазоне от 0 до UREF, где UREF - напряжение внешнего ИОН 29. Микросхема AD5541B имеет низкий уровень шумов (≤10 нВ/√Гц), малые температурный дрейф (≤0.05 ррm/°С) и коммутационные выбросы (~0.5 нВ/с). Интегральная нелинейность ЦАП составляет ±2 младших значащих бита (МЗБ), дифференциальная - ±1 МЗБ.The AD5541B chip supports single-ended output mode. In this case, the output voltage of the DAC 28 lies in the range from 0 to U REF , where U REF is the voltage of the external reference reference 29. The AD5541B microcircuit has a low noise level (≤10 nV / √Hz), low temperature drift (≤0.05 ppm / ° С) and switching surges (~ 0.5 nV / s). Integral nonlinearity of the DAC is ± 2 least significant bits (LSB), differential - ± 1 LSB.

Точность и стабильность выходного напряжения предлагаемого устройства преимущественно определяются шумовыми и дрейфовыми характеристиками используемого ИОН 29. В качестве высокостабильного ИОН 29 может быть использована микросхема прецизионного, сверхмалошумящего ИОН с выходным напряжением 3.3 В ADR4533B фирмы Analog Devices. Особенностью микросхемы является сочетание низкого уровня выходного шума (размах амплитуды напряжения шумов в частотном диапазоне фликкер-шума 0.1-10 Гц менее 2 мкВ), малого температурного дрейфа (температурный коэффициент напряжения не более 2 ррm/°С), высокой начальной точности и долговременной стабильности (начальная погрешность выходного напряжения не превышает ±0.02%; типовой долговременный дрейф составляет 25 ррm/1000 часов).The accuracy and stability of the output voltage of the proposed device are mainly determined by the noise and drift characteristics of the used ION 29. As a highly stable ION 29, a precision ultra-low-noise ION with an output voltage of 3.3 V ADR4533B from Analog Devices can be used. A feature of the microcircuit is a combination of a low output noise level (the amplitude of the noise voltage in the flicker noise frequency range of 0.1-10 Hz is less than 2 μV), a low temperature drift (the temperature coefficient of the voltage is not more than 2 ppm / ° С), high initial accuracy and long-term stability. (the initial error of the output voltage does not exceed ± 0.02%; typical long-term drift is 25 ppm / 1000 hours).

Работает высоковольтный стабилизированный источник питания следующим образом.The high-voltage stabilized power supply operates as follows.

Двухтактный генератор 26 формирует сигналы UЗИ1, UЗИ2 управления затворами МОП-транзисторов двухтактного преобразователя напряжения (ПН) 4 с частотой следования ƒЗГ (см. фиг. 2). Импульсы UЗИ2 сдвинуты относительно импульсов на время 0.5⋅ТЗГ, где ТЗГ - период следования импульсов, равный 1/ƒЗГ. Длительность импульсов Δton составляет 0.1⋅ТЗГ.The push-pull generator 26 generates signals U ZI1 , U ZI2 to control the gates of MOS transistors of a push-pull voltage converter (PN) 4 with a repetition rate ƒ ZG (see Fig. 2). Impulses U ZI2 pulses are shifted with respect to time 0.5⋅T MH where T MH - pulse repetition period equal to 1 / ƒ MH. The duration of the pulse Δt on 0.1⋅T MH.

С выхода задающего генератора 3 импульсы управления затворами МОП-транзисторов поступают на двухтактный ПН 4, являющийся параллельным резонансным преобразователем с питанием резонансного контура напряжением. Параллельный колебательный контур образован индуктивностью намагничивания Lμ трансформатора 5 и суммарной емкостью СΣ, которая включает емкость Ср резонансного конденсатора 17 и приведенную к первичной обмотке емкость вторичной обмотки С2': CΣ=Ср+С2'. Приведенная емкость С2' связана с собственной емкостью вторичной обмотки С2 соотношением: С2'=C2⋅kn 2, где kn - отношение числа витков вторичной n2 и первичной 2⋅n1 обмоток - kn=n2/2⋅n1 (n1 - число витков между крайним и центральным выводом первичной обмотки).From the output of the master oscillator 3, the control pulses of the MOS transistor gates are fed to the push-pull PN 4, which is a parallel resonant converter with a voltage supply to the resonant circuit. The parallel oscillatory circuit is formed by the magnetizing inductance L μ of the transformer 5 and the total capacitance C Σ , which includes the capacitance C p of the resonant capacitor 17 and the secondary capacitance C 2 'reduced to the primary winding: C Σ = C p + C 2 '. The reduced capacitance C 2 'is related to the own capacity of the secondary winding C 2 by the ratio: C 2 ' = C 2 ⋅k n 2 , where k n is the ratio of the number of turns of the secondary n 2 and primary 2⋅n 1 windings - k n = n 2 / 2⋅n 1 (n 1 is the number of turns between the extreme and central terminal of the primary winding).

Собственная резонансная частота ƒр колебательного контура определяется как:The natural resonance frequency ƒ p of the oscillatory circuit is defined as:

Figure 00000001
Figure 00000001

Частота ƒЗГ двухтактного генератора 26 настраивается так, чтобы выполнялось условие: ƒЗГ=ƒp. За время Δton нахождения ключей резонансного преобразователя в открытом состоянии энергия от регулируемого стабилизатора напряжения 2 поступает в колебательный контур или отбирается из контура. При этом амплитуда практически гармонического напряжения UCp(t) на резонансном конденсаторе 17 и первичной обмотке трансформатора 5 выравнивается с уровнем выходного напряжения UСТ регулируемого стабилизатора 2 - UCp=UСТ (см. фиг. 2). Таким способом осуществляется стабилизация и регулирование амплитуды напряжения первичной, и, соответственно, вторичной обмотки повышающего трансформатора 5.Frequency ƒZG push-pull generator 26 is adjusted so that the condition is met: ƒZG= ƒp... During the time Δton finding the keys of the resonant converter in the open state, the energy from the adjustable voltage regulator 2 enters the oscillatory circuit or is taken from the circuit. In this case, the amplitude of the practically harmonic voltage UCp(t) on the resonant capacitor 17 and the primary winding of the transformer 5 is aligned with the level of the output voltage UST adjustable stabilizer 2 - UCp= UST (see Fig. 2). In this way, stabilization and regulation of the voltage amplitude of the primary, and, accordingly, the secondary winding of the step-up transformer 5 is carried out.

При частоте коммутации преобразователя ƒЗГ=ƒp=100 кГц длительность открытого состояния ключей Δton составляет ~1 мкс.At a converter switching frequency преобразов ЗГ = ƒ p = 100 kHz, the duration of the open state of the keys Δt on is ~ 1 μs.

Как видно из эпюр напряжения на ключах (фиг. 2) резонансный режим работы ПН обеспечивает коммутацию транзисторов при нулевых напряжениях (ZVS - Zero Voltage Switching). Мягкая коммутация не только приводит к снижению динамических потерь, но и уменьшает уровень электромагнитных помех (ЭМП), создаваемых ПН 4, в том числе кондуктивных, которые могут воздействовать на выходное напряжение устройства.As can be seen from the voltage diagrams on the keys (Fig. 2), the resonant operating mode of the PN provides switching of transistors at zero voltages (ZVS - Zero Voltage Switching). Soft switching not only leads to a decrease in dynamic losses, but also reduces the level of electromagnetic interference (EMI) generated by PN 4, including conductive ones, which can affect the output voltage of the device.

Гармоническое напряжение UТ2(t) с амплитудой UТ2=kТР⋅UСТ, где kТР - коэффициент трансформации, определяемый отношением n2/n1, со вторичной обмотки повышающего трансформатора 5 подается на вход диодно-конденсаторного умножителя напряжения (УН) 7. Умножитель 7 с коэффициентом умножения kУН осуществляет умножение, выпрямление и сглаживание входного переменного напряжения. Выходное напряжение УН 7 подается на выходной фильтр низких частот 8, который осуществляет подавление высокочастотных пульсаций (шумов). На выходе фильтра 8 формируется выходное напряжение источника питания Uвых, амплитуда которого (без учета потерь) определяется выражением:Harmonic voltage U T2 (t) with amplitude U T2 = k TP ⋅U ST , where k TP is the transformation ratio determined by the ratio n 2 / n 1 , from the secondary winding of the step-up transformer 5 is fed to the input of the diode-capacitor voltage multiplier (VN) 7. Multiplier 7 with multiplication factor k UN carries out multiplication, rectification and smoothing of the input alternating voltage. The output voltage of the UN 7 is fed to the output low-pass filter 8, which suppresses high-frequency ripple (noise). At the output of the filter 8, the output voltage of the power supply U out is formed , the amplitude of which (without taking into account losses) is determined by the expression:

Figure 00000002
Figure 00000002

Для регулирования и стабилизации выходного напряжения источника питания используется контур отрицательной ОС (контур регулирования), включающий: делитель напряжения (ДН) 9, блок обратной связи 10, регулируемый стабилизатор напряжения 2, ПН 4, трансформатор 5, УН 7 и выходной фильтр 8.To regulate and stabilize the output voltage of the power supply, a negative feedback loop (control loop) is used, including: voltage divider (DN) 9, feedback unit 10, adjustable voltage stabilizer 2, PN 4, transformer 5, UN 7 and output filter 8.

Работает контур ОС следующим образом. На основе данных, в цифровом виде поступающих на вход ЦАП 28 управляемого источника опорного напряжения 1 от внешнего блока управления, на выходе ЦАП 28 формируется опорное напряжение UОП, соответствующее необходимому значению выходного напряжения источника Uвых. Рабочему диапазону выходного напряжения источника от 0 до UВЫХmax соответствует диапазон напряжения UОП на выходе ЦАП 28 - от 0 до UREF, где UREF - напряжение высокостабильного ИОН 29. Напряжение UОП поступает на вход опорного напряжения усилителя сигнала рассогласования 11, на измерительный вход которого подается напряжение UДН с выхода (центрального вывода) ДН 9. Коэффициент деления ДН 9 определяется отношением UВЫХmax/UREF, так как при максимальном выходном напряжении источника UВЫХmax амплитуда напряжения UДН на измерительном входе усилителя сигнала рассогласования 11 должна быть равна UREF. Напряжение рассогласования с выхода усилителя 11 поступает на вход интегратора 12. Выходное напряжение интегратора 12 подается на управляющий вход регулируемого стабилизатора напряжения 2. Выходное напряжение стабилизатора 2 UСТ и, в соответствии с (2), выходное напряжение источника UВЫХ будут изменяться таким образом, чтобы амплитуда напряжения UДН на измерительном входе усилителя сигнала рассогласования 11 совпала с опорным напряжением UОП.The OS contour works as follows. Based on the data, in digital form, fed to the input of the DAC 28 of the controlled reference voltage source 1 from the external control unit, the reference voltage U OP is formed at the output of the DAC 28, corresponding to the required value of the output voltage of the source U out . The operating range of the output voltage of the source from 0 to U OUTmax corresponds to the voltage range U OP at the output of the DAC 28 - from 0 to U REF , where U REF is the voltage of the highly stable ION 29. The voltage U OP is fed to the reference voltage input of the mismatch signal amplifier 11, to the measuring whose input voltage U DN is supplied from the output (central output) of DN 9. The division ratio of DN 9 is determined by the ratio U OUTmax / U REF , since at the maximum output voltage of the source U OUTmax, the voltage amplitude U DN at the measuring input of the mismatch signal amplifier 11 should be equal to U REF . Error voltage output from amplifier 11 is input to the integrator 12. The output voltage of the integrator 12 is supplied to the control input of the adjustable voltage regulator 2. The output voltage U 2 of stabilizer ST, and in accordance with (2), the output voltage U OUT source will change in such a way so that the voltage amplitude U DN at the measuring input of the mismatch signal amplifier 11 coincides with the reference voltage U OP .

Аналогичным образом, в случае изменения тока нагрузки и, соответственно, напряжения UВЫХ. действие контура ОС приведет к установлению такого значения напряжения UСТ, которое обеспечит выполнение равенства UДН=UОП и скомпенсирует изменение выходного напряжения.Similarly, in the case of a change in the load current and, accordingly, the voltage U OUT. the action of the feedback loop will lead to the establishment of such a voltage value U ST , which will ensure the fulfillment of the equality U DN = U OP and compensate for the change in the output voltage.

Входящий в контур ОС интегратор 12 совместно с усилителем сигнала рассогласования 11 обеспечивают пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования выходного напряжения. Такой тип регулирования обеспечивает устойчивость схемы и определяет астатический характер контура регулирования (отсутствие статической ошибки). Вместе с тем, недостатком ПИ-регулирования является значительная инерционность, обуславливающая большое время регулирования (установления) выходного напряжения. Обеспечивая высокую статическую стабильность выходного напряжения, такой контур регулирования не может обеспечить стабильность выходного напряжения при динамических (кратковременных и скачкообразных) изменениях тока нагрузки - динамическую стабильность.The integrator 12 included in the OC loop, together with the error signal amplifier 11, provides a proportional-integral (PI) law for regulating the output voltage. This type of control ensures the stability of the circuit and determines the astatic nature of the control loop (no static error). At the same time, the disadvantage of PI-regulation is a significant inertia, which causes a long time of regulation (settling) of the output voltage. Providing high static stability of the output voltage, such a control loop cannot ensure the stability of the output voltage with dynamic (short-term and abrupt) changes in the load current - dynamic stability.

Для улучшения динамической стабильности выходного напряжения, а также для снижения уровня высокочастотных пульсаций и импульсных помех в схему источника высокого напряжения введен дополнительный контур ОС (контур регулирования), включающий: ДН 9, последовательно включенные конденсатор 15 и резистор 14, усилитель сигнала рассогласования 11, резистор 16, УН 7.To improve the dynamic stability of the output voltage, as well as to reduce the level of high-frequency ripple and impulse noise, an additional feedback loop (control loop) is introduced into the high voltage source circuit, including: DN 9, capacitor 15 and resistor 14 connected in series, mismatch signal amplifier 11, resistor 16, UN 7.

Вывод низкого потенциала УН 7 не имеет прямой связи с шиной нулевого потенциала (см. фиг. 1). Выходной ток УН 7 протекает по цепи: вывод высокого потенциала УН 7 - выходной фильтр 8 - нагрузка - шина нулевого потенциала - цепи питания выходных каскадов ОУ 11, имеющие гальваническую связь с шиной нулевого потенциала, - резистор 16 - вывод низкого потенциала УН 7. Управляющим воздействием, формируемым дополнительным контуром ОС, является потенциал вывода низкого потенциала УН 7 относительно шины нулевого потенциала.The output of the low potential UN 7 has no direct connection with the zero potential bus (see Fig. 1). The output current UN 7 flows through the circuit: output of high potential UN 7 - output filter 8 - load - zero potential bus - power circuits of the output stages of OU 11, having a galvanic connection with the zero potential bus, - resistor 16 - output of low potential UN 7. By the control the impact formed by the additional loop of the OS is the potential of the output of the low potential of the UN 7 relative to the zero potential bus.

На измерительный вход усилителя сигнала рассогласования 11 подается напряжение ОС UОС с выхода УН 7 через RC-цепочку (14, 15), которая выполняет роль фильтра высоких частот. Усилитель сигнала рассогласования 11 сравнивает напряжение UОС с напряжением на опорном входе UОП и формирует на выводе низкого потенциала УН 7, соединенном с выходом усилителя 11 через резистор 16, такой потенциал относительно шины нулевого потенциала, который обеспечивает сохранение равенства UОС=UОП. В частности, если на выводе высокого потенциала УН 7 возникнет импульсная помеха положительной полярности (см. фиг. 3), то усилитель 11 сформирует на выводе низкого потенциала УН 7 компенсирующий импульс идентичной формы и амплитуды, имеющий отрицательную полярность относительно шины нулевого потенциала.To the measuring input of the mismatch signal amplifier 11, the OS voltage U OS is supplied from the output of the UN 7 through the RC-chain (14, 15), which acts as a high-frequency filter. The mismatch signal amplifier 11 compares the voltage U OS with the voltage at the reference input U OP and forms at the output of the low potential UN 7, connected to the output of the amplifier 11 through a resistor 16, such a potential relative to the zero potential bus, which ensures that the equality U OS = U OP is maintained. In particular, if an impulse noise of positive polarity occurs at the output of the high potential of the CN 7 (see Fig. 3), then the amplifier 11 will form a compensating pulse of the same shape and amplitude at the output of the low potential of the CN 7, having a negative polarity with respect to the zero potential bus.

На фиг. 3 приведены экспериментальные осциллограммы напряжений на выходе УН 7 UУН и на выходе всего устройства UВЫХ, иллюстрирующие работу дополнительного контура ОС. Осциллограммы на фиг. 4а получены при отключенном контуре ОС, а на фиг. 4б - при задействованном.FIG. 3 shows the experimental oscillograms of voltages at the output of the UN 7 U UN and at the output of the entire device U OUT , illustrating the operation of the additional circuit of the feedback. The oscillograms in Fig. 4a were obtained with the OC loop off, and in Fig. 4b - when activated.

Так как на измерительный вход усилителя сигнала рассогласования 11 подается напряжение ОС UДН с выхода ДН 9, то аналогичным образом, изменяя потенциал вывода низкого потенциала УН 7 относительно шины нулевого потенциала, усилитель 11 может компенсировать изменения выходного напряжения при динамических изменениях тока нагрузки. Так как амплитуда компенсирующего напряжения ограничена уровнем питающих напряжений ОУ 11 (±12 В), то применение дополнительного быстродействующего контура ОС не обеспечивает максимальную динамическую стабильность выходного напряжения, но улучшает ее.Since the measuring input of the mismatch signal amplifier 11 is supplied with the OS voltage U DN from the output of the DN 9, then in a similar way, by changing the potential of the output of the low potential of the UN 7 relative to the zero potential bus, the amplifier 11 can compensate for changes in the output voltage with dynamic changes in the load current. Since the amplitude of the compensating voltage is limited by the level of supply voltages of the op-amp 11 (± 12 V), the use of an additional high-speed feedback loop does not provide the maximum dynamic stability of the output voltage, but improves it.

Выходное напряжение ОУ 11 содержит суммарный сигнал рассогласования основного и дополнительного контура ОС. Выделение управляющего воздействия основного контура - управляющего напряжения регулируемого стабилизатора 2 - осуществляется передаточной функцией интегратора 12.The output voltage of the OA 11 contains the total mismatch signal of the main and additional loop of the OS. The selection of the control action of the main circuit - the control voltage of the adjustable stabilizer 2 - is carried out by the transfer function of the integrator 12.

Регулируемый стабилизатор напряжения 2 выполнен по схеме линейного стабилизатора компенсационного типа. Выходное напряжение стабилизатора 2 через резистор 23 поступает на измерительный вход усилителя сигнала рассогласования 22, где сравнивается с опорным напряжением UОП, поступающим с выхода интегратора 12 блока ОС 10. С выхода усилителя ошибки 22 напряжение рассогласования поступает на затвор р-канального МОП-транзистора 25, выполняющего роль регулирующего элемента. Выходное напряжение UСТ регулируемого стабилизатора 2 определяется соотношением UСТ=UОП. Таким образом, стабильность выходного напряжения стабилизатора 2 не зависит от стабильности первичного низковольтного источника постоянного напряжения 6 и определяется только шумовыми и дрейфовыми характеристиками ОУ усилителя сигнала рассогласования 22.Adjustable voltage stabilizer 2 is made according to the compensation-type linear stabilizer circuit. The output voltage of the stabilizer 2 through the resistor 23 is fed to the measuring input of the mismatch signal amplifier 22, where it is compared with the reference voltage U OP coming from the output of the integrator 12 of the OS unit 10. From the output of the error amplifier 22, the mismatch voltage is fed to the gate of the p-channel MOS transistor 25 , performing the role of a regulatory element. The output voltage U CT of the adjustable stabilizer 2 is determined by the relationship U CT = U OP . Thus, the stability of the output voltage of the stabilizer 2 does not depend on the stability of the primary low-voltage source of constant voltage 6 and is determined only by the noise and drift characteristics of the op-amp of the error signal amplifier 22.

ФНЧ 24 предотвращает воздействие на стабильность и точность работы контура ОС стабилизатора 2 высокочастотных помех, которые могут возникать при коммутации транзисторов ПН 4.LPF 24 prevents the impact on the stability and accuracy of the feedback loop of the stabilizer 2 of high-frequency interference that can occur when switching the PN 4 transistors.

Блок токовой защиты 18 обеспечивает защиту источника от перегрузки и токов короткого замыкания за счет ограничения выходного напряжения UСТ регулируемого стабилизатора напряжения 2. При значительном увеличении токов, притекающих через канал исток-сток МОП-транзисторов ПН 4, падение напряжения на токовом шунте 21 приоткрывает транзистор 19. В результате уменьшается значение управляющего напряжения регулируемого стабилизатора 2 (напряжения UОП ОУ 22), снижается его выходное напряжение UСТ и, соответственно, выходное напряжение ПН 4 и всего устройства. По окончании кратковременной перегрузки напряжение UСТ восстанавливается. При возникновении долговременного короткого замыкания, вызванного, например, неисправностью высоковольтной части устройства или нагрузки, падение напряжения на токовом шунте 21 стабилизируется на некотором уровне, при котором ток, протекающий через ключи ПН 4, не приводит к выходу их из строя. При этом транзистор 19 оказывается практически полностью открытым, а опорное напряжение UОП усилителя сигнала рассогласования 22 и, соответственно, выходное напряжение стабилизатора напряжения 2 и ПН 4 снижается практически до 0. В этом режиме, так как UОП→0, резистор 13 блока обратной связи 10 является нагрузочным для выходного ОУ интегратора 12.The current protection unit 18 provides protection of the source against overload and short-circuit currents by limiting the output voltage U CT of the adjustable voltage stabilizer 2. With a significant increase in the currents flowing through the source-drain channel of the PN 4 MOS transistors, the voltage drop across the current shunt 21 slightly opens the transistor 19. As a result, the value of the control voltage of the adjustable stabilizer 2 (voltage U OP OP 22) decreases, its output voltage U CT decreases and, accordingly, the output voltage of PN 4 and the entire device. At the end of the short-term overload, the voltage U CT is restored. In the event of a long-term short circuit caused, for example, by a malfunction of the high-voltage part of the device or load, the voltage drop across the current shunt 21 stabilizes at a certain level at which the current flowing through the PN 4 switches does not lead to their failure. In this case, the transistor 19 turns out to be almost completely open, and the reference voltage U OP of the mismatch signal amplifier 22 and, accordingly, the output voltage of the voltage stabilizer 2 and PN 4 decreases to almost 0. In this mode, since U OP → 0, the resistor 13 of the reverse block communication 10 is load for the output op-amp integrator 12.

Таким образом, в предлагаемом источнике питания применено несколько независимых схемных решений, повышающих качество выходного напряжения.Thus, the proposed power supply uses several independent circuit solutions that improve the quality of the output voltage.

Выполнение блока регулируемого стабилизатора напряжения 2 по схеме линейного стабилизатора компенсационного типа с собственной петлей ОС обеспечивает стабильность выходного напряжения по входу и исключает влияние шума и дрейфа напряжения первичного низковольтного источника постоянного напряжения 6 на выходное напряжение устройства.The implementation of the block of an adjustable voltage stabilizer 2 according to the scheme of a linear stabilizer of the compensation type with its own loop of the OS ensures the stability of the output voltage at the input and excludes the influence of noise and voltage drift of the primary low-voltage source of constant voltage 6 on the output voltage of the device.

Исполнение управляемого источника опорного напряжения 1 на основе АЦП 28 и высокостабильного ИОН 29 повышает начальную точность, повторяемость, долговременную и температурную стабильность выходного напряжения, снижает уровень шума выходного напряжения в низкочастотном диапазоне фликкер-шума - 0-10 Гц (краткосрочную временную нестабильность). Причем, при использовании в интеграторе 12 и в качестве усилителей сигнала рассогласования 11 и 22 сверхмалошумящих прецизионных МДМ-ОУ (например, ADA4522), перечисленные выше параметры выходного напряжения определяются только характеристиками используемой микросхемы ИОН 29.The execution of a controlled reference voltage source 1 based on ADC 28 and a highly stable ION 29 increases the initial accuracy, repeatability, long-term and temperature stability of the output voltage, reduces the noise level of the output voltage in the low-frequency range of flicker noise - 0-10 Hz (short-term time instability). Moreover, when using ultra-low-noise precision MDM-OA (for example, ADA4522) in the integrator 12 and as amplifiers of the mismatch signal 11 and 22, the above parameters of the output voltage are determined only by the characteristics of the ION 29 microcircuit used.

Применение в блоке обратной связи 10 дополнительного быстродействующего контура ОС повышает динамическую стабильность выходного напряжения и значительно снижает уровень шумов в частотном диапазоне выше 10 Гц (уменьшает амплитуду пульсаций).The use of an additional high-speed feedback loop in the feedback unit 10 increases the dynamic stability of the output voltage and significantly reduces the noise level in the frequency range above 10 Hz (reduces the ripple amplitude).

Применение параллельного резонансного преобразователя напряжения сужает ширину спектра и ослабляет уровень ЭМП, создаваемых преобразователем, в том числе кондуктивных, которые могут проникать на выход устройства. Кроме того, ZVS-режим транзисторов резонансного ПН позволяет, за счет снижения динамических потерь в ключах, повысить частоту переключения (100 кГц) по сравнению с ближайшим аналогом (45 кГц), что смещает спектр шума ПН в более высокочастотную область и повышает эффективность выходного фильтра 8. Таким образом, применение в качестве ПН 4 резонансного преобразователя уменьшает амплитуду пульсаций в выходном напряжении устройства.The use of a parallel resonant voltage converter narrows the spectrum width and attenuates the level of EMF generated by the converter, including conductive ones, which can penetrate the output of the device. In addition, the ZVS mode of the resonant PN transistors allows, by reducing the dynamic losses in the switches, to increase the switching frequency (100 kHz) compared to the closest analogue (45 kHz), which shifts the PN noise spectrum to a higher frequency region and increases the efficiency of the output filter. 8. Thus, the use of a resonant converter as PN 4 reduces the amplitude of the ripple in the output voltage of the device.

Дополнительно амплитуду пульсаций можно уменьшить за счет использования в УН 7 диодов с мягкой характеристикой восстановления, которая снижает уровень высокочастотных помех и выбросов напряжения при переключении диодов (например, BYX101G).Additionally, the ripple amplitude can be reduced by using 7 diodes in the VL with a soft recovery characteristic, which reduces the level of high-frequency interference and voltage surges when switching diodes (for example, BYX101G).

Описанные схемотехнические решения снижают суммарную нестабильность выходного напряжения источника по сравнению с ближайшим аналогом, а также уменьшают уровень электромагнитных помех, создаваемых устройством.The described circuit solutions reduce the total instability of the output voltage of the source in comparison with the closest analogue, and also reduce the level of electromagnetic interference generated by the device.

Введение в схему источника питания блока токовой защиты повышает надежность работы устройства.The introduction of a current protection unit into the power supply circuit increases the reliability of the device.

Использование для регулировки выходного напряжения источника стандартного интерфейса SPI расширяет диапазон применения предлагаемого устройства.The use of the standard SPI interface to regulate the output voltage of the source expands the range of application of the proposed device.

Наиболее успешно заявленное устройство может быть промышленно применимо как высоковольтный источник питания в составе аналитических приборов и комплексов, для которых степень надежности полученной аналитической информации определяется качеством питающего напряжения, уровнем ЭМП, создаваемых высоковольтным источником питания, его надежностью. При этом высокое качество питающего напряжения определяется такими параметрами, как низкий уровень пульсаций, малая долговременная и краткосрочная временная нестабильность, малая температурная нестабильность, высокая начальная точность и повторяемость.The most successfully declared device can be industrially applied as a high-voltage power source as part of analytical instruments and complexes, for which the degree of reliability of the obtained analytical information is determined by the quality of the supply voltage, the level of EMF generated by the high-voltage power source, and its reliability. At the same time, the high quality of the supply voltage is determined by such parameters as low ripple level, low long-term and short-term temporary instability, low temperature instability, high initial accuracy and repeatability.

В частности, предлагаемый высоковольтный стабилизированный источник питания может быть использован в канале питания источника ионов масс-спектрометра для формирования ускоряющего потенциала (1-5.5 кВ) между ионизационной камерой и коллимирующей линзой (ускоряющим электродом).In particular, the proposed high-voltage stabilized power supply can be used in the power channel of the ion source of the mass spectrometer to form an accelerating potential (1-5.5 kV) between the ionization chamber and the collimating lens (accelerating electrode).

Источники информацииSources of information

1. Tamuri A.R., Bidin N., Daud Y.M. High voltage power supply for electro-optics applications // International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences. 2010. Vol. 3. №. 2. P. 143-147.1. Tamuri A.R., Bidin N., Daud Y.M. High voltage power supply for electro-optics applications // International Journal of Research and Reviews in Applied Sciences. 2010. Vol. 3. No. 2.P. 143-147.

2. Патент на изобретение US 7477529 B2, H02M 3/335, High-Voltage Power Supply, опубл. 13.01.2009.2. Invention patent US 7477529 B2, H02M 3/335, High-Voltage Power Supply, publ. 13.01.2009.

3. Рахманов B.B., Бакакин Г.В., Главный В.Г., Меледин В.Г., Наумов И.В. Управляемый высоковольтный стабилизированный источник питания фотоэлектронного умножителя // ПТЭ. 2006. №5. С. 90-92.3. Rakhmanov V.B., Bakakin G.V., Chief V.G., Meledin V.G., Naumov I.V. Controlled high-voltage stabilized power supply of a photomultiplier tube // PTE. 2006. No. 5. S. 90-92.

Claims (7)

1. Высоковольтный стабилизированный источник питания, содержащий управляемый источник опорного напряжения, регулируемый стабилизатор напряжения, последовательно соединенные задающий генератор и двухтактный транзисторный преобразователь напряжения, повышающий трансформатор, являющийся нагрузкой преобразователя напряжения, причем первичная обмотка трансформатора выполнена по схеме со средней точкой, вывод которой соединен с выходом регулируемого стабилизатора напряжения, вход которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения, диодно-конденсаторный умножитель напряжения, подключенный к вторичной обмотке повышающего трансформатора, выходной фильтр и делитель напряжения, а также блок обратной связи, входы которого соединены с центральным выводом делителя напряжения и с выходом управляемого источника опорного напряжения, а выход подключен к управляющему входу регулируемого стабилизатора напряжения, отличающийся тем, что в состав блока обратной связи входят последовательно соединенные усилитель сигнала рассогласования, интегратор и резистор, соединенный одним выводом с выходом интегратора, а вторым - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения, причем опорный вход усилителя сигнала рассогласования подключен к выходу управляемого источника опорного напряжения, измерительный вход - к центральному выводу делителя напряжения и к выводу резистора, последовательно соединенного с конденсатором, второй вывод которого подключен к выводу высокого потенциала умножителя напряжения, а выход усилителя сигнала рассогласования, соединенный с входом интегратора, присоединен также к выводу резистора, причем второй вывод резистора подключен к выводу вторичной обмотки трансформатора, соединенному с выводом низкого потенциала умножителя напряжения.1. High-voltage stabilized power supply containing a controlled reference voltage source, an adjustable voltage stabilizer, a master oscillator connected in series and a push-pull transistor voltage converter, a step-up transformer, which is a load of the voltage converter, and the primary winding of the transformer is made according to the circuit with a midpoint, the output of which is connected to the output of an adjustable voltage stabilizer, the input of which is connected to the primary low-voltage source of constant voltage, a diode-capacitor voltage multiplier connected to the secondary winding of the step-up transformer, an output filter and a voltage divider, as well as a feedback unit, the inputs of which are connected to the central output of the voltage divider and to the output of a controlled reference voltage source, and the output is connected to the control input of an adjustable voltage stabilizer, characterized in that the feedback unit includes after mutually connected error signal amplifier, integrator and resistor connected by one terminal to the integrator output, and the second to the control input of the adjustable voltage stabilizer, and the reference input of the error signal amplifier is connected to the output of the controlled reference voltage source, the measuring input to the central terminal of the voltage divider, and to the terminal of the resistor connected in series with the capacitor, the second terminal of which is connected to the terminal of the high potential of the voltage multiplier, and the output of the error signal amplifier connected to the input of the integrator is also connected to the terminal of the resistor, and the second terminal of the resistor is connected to the terminal of the secondary winding of the transformer connected to the output of the low potential of the voltage multiplier. 2. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что между крайними выводами первичной обмотки повышающего трансформатора включен конденсатор, причем собственная резонансная частота параллельного колебательного контура, образованного суммарной емкостью, состоящей из емкости конденсатора и приведенной емкости вторичной обмотки, и индуктивностью намагничивания трансформатора, совпадает с частотой задающего генератора.2. The power supply according to claim 1, characterized in that a capacitor is connected between the extreme terminals of the primary winding of the step-up transformer, and the natural resonance frequency of the parallel oscillatory circuit formed by the total capacitance consisting of the capacitance of the capacitor and the reduced capacitance of the secondary winding, and the magnetizing inductance of the transformer, coincides with the frequency of the master oscillator. 3. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что введен блок токовой защиты, содержащий транзистор, резистор и токовый шунт, один вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, а другой - с объединенными одноименными выводами транзисторов двухтактного преобразователя напряжения и с выводом резистора, второй вывод которого подключен к выводу базы транзистора, причем вывод эмиттера транзистора соединен с шиной нулевого потенциала, а вывод коллектора - с управляющим входом регулируемого стабилизатора напряжения и с выходом блока обратной связи.3. The power supply according to claim 1, characterized in that a current protection unit is introduced containing a transistor, a resistor and a current shunt, one terminal of which is connected to the zero potential bus, and the other to the combined terminals of the same name of transistors of a push-pull voltage converter and with a resistor terminal , the second terminal of which is connected to the terminal of the base of the transistor, and the terminal of the emitter of the transistor is connected to the zero potential bus, and the terminal of the collector is connected to the control input of the adjustable voltage stabilizer and to the output of the feedback unit. 4. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что регулируемый стабилизатор напряжения содержит усилитель сигнала рассогласования, резистор, фильтр нижних частот и регулирующий элемент, вход которого подключен к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения, а выход - к входу фильтра нижних частот, выход которого соединен с выводом средней точки первичной обмотки повышающего трансформатора, причем выход усилителя сигнала рассогласования подключен к управляющему выводу регулирующего элемента, измерительный вход - к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с выходом регулирующего элемента и входом фильтра нижних частот, а опорный вход - к выходу блока токовой защиты и к выходу блока обратной связи.4. The power supply according to claim 1, characterized in that the adjustable voltage regulator contains an error signal amplifier, a resistor, a low-pass filter and a regulating element, the input of which is connected to the primary low-voltage constant voltage source, and the output to the input of the low-pass filter, the output which is connected to the output of the midpoint of the primary winding of the step-up transformer, and the output of the error signal amplifier is connected to the control output of the control element, the measuring input to the first output of the resistor, the second output of which is connected to the output of the control element and the input of the low-pass filter, and the reference input to the output of the current protection unit and to the output of the feedback unit. 5. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что задающий генератор выполнен на базе последовательно включенных специализированных интегральных микросхем двухтактного генератора с регулируемой частотой генерации и длительностью паузы между импульсами и формирователя сигналов управления транзисторами двухтактного преобразователя напряжения.5. The power supply according to claim 1, characterized in that the master oscillator is made on the basis of series-connected specialized integrated circuits of a push-pull generator with an adjustable generation frequency and pause duration between pulses and a signal generator for controlling transistors of a push-pull voltage converter. 6. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что управляемый источник опорного напряжения содержит цифро-аналоговый преобразователь и высокостабильный источник опорного напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения цифро-аналогового преобразователя, а вход - к первичному низковольтному источнику постоянного напряжения, к которому также подключен вход питания цифро-аналогового преобразователя.6. The power supply according to claim 1, characterized in that the controlled reference voltage source contains a digital-to-analog converter and a highly stable reference voltage source, the output of which is connected to the reference voltage input of the digital-to-analog converter, and the input to the primary low-voltage DC voltage source, to which the power input of the digital-to-analog converter is also connected. 7. Источник питания по п. 1, отличающийся тем, что вход выходного фильтра соединен с выводом высокого потенциала умножителя напряжения, а выход - с выводом высокого потенциала делителя напряжения, крайние выводы которого соединены с выводами для подключения нагрузки.7. The power supply according to claim 1, characterized in that the input of the output filter is connected to the output of the high potential of the voltage multiplier, and the output is connected to the output of the high potential of the voltage divider, the extreme outputs of which are connected to the terminals for connecting the load.
RU2020139639U 2020-12-01 2020-12-01 HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY RU202966U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139639U RU202966U1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020139639U RU202966U1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU202966U1 true RU202966U1 (en) 2021-03-17

Family

ID=74874234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020139639U RU202966U1 (en) 2020-12-01 2020-12-01 HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU202966U1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209671U1 (en) * 2021-12-13 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY
RU2774628C1 (en) * 2021-09-28 2022-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук Ionization pulse generator
CN118092572A (en) * 2024-04-23 2024-05-28 成都芯正微电子科技有限公司 Linear power supply generating circuit with variable wide voltage and output waveform
WO2024153044A1 (en) * 2023-01-19 2024-07-25 江苏朴芃医疗科技有限公司 Power supply system, control method, and vascular calcification treatment device
CN120566896A (en) * 2025-07-29 2025-08-29 东海实验室 Pressure-controlled digital adjustable ultrasonic high-voltage power supply

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3596165A (en) * 1969-07-24 1971-07-27 Tektronix Inc Converter circuit having a controlled output
US4150424A (en) * 1978-04-04 1979-04-17 International Telephone And Telegraph Corporation Dynamic current balancing for power converters
SU1513584A1 (en) * 1986-12-17 1989-10-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Voltage converter
RU2551118C1 (en) * 2014-05-28 2015-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Pulse voltage source

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3596165A (en) * 1969-07-24 1971-07-27 Tektronix Inc Converter circuit having a controlled output
US4150424A (en) * 1978-04-04 1979-04-17 International Telephone And Telegraph Corporation Dynamic current balancing for power converters
SU1513584A1 (en) * 1986-12-17 1989-10-07 Научно-Исследовательский Институт Интроскопии Voltage converter
RU2551118C1 (en) * 2014-05-28 2015-05-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Pulse voltage source

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2774628C1 (en) * 2021-09-28 2022-06-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук Ionization pulse generator
RU209671U1 (en) * 2021-12-13 2022-03-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY
RU2787116C1 (en) * 2021-12-17 2022-12-28 Акционерное общество "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (АО "НПЦАП") Secondary power supply source
RU2793569C1 (en) * 2022-06-15 2023-04-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) Ionization pulse generator
RU217706U1 (en) * 2022-12-08 2023-04-13 Общество с Ограниченной Ответственностью "Марафон" (ООО "Марафон") Multichannel high voltage power supply for photomultiplier tubes
WO2024153044A1 (en) * 2023-01-19 2024-07-25 江苏朴芃医疗科技有限公司 Power supply system, control method, and vascular calcification treatment device
RU218645U1 (en) * 2023-04-20 2023-06-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт государственный технологический университет) High voltage stabilized power supply
RU2824473C1 (en) * 2024-02-06 2024-08-08 Акционерное общество "Авиационная электроника и коммуникационные системы" (АО "АВЭКС") Method of pulse voltage stabilization on load
CN118092572A (en) * 2024-04-23 2024-05-28 成都芯正微电子科技有限公司 Linear power supply generating circuit with variable wide voltage and output waveform
CN120566896A (en) * 2025-07-29 2025-08-29 东海实验室 Pressure-controlled digital adjustable ultrasonic high-voltage power supply

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU202966U1 (en) HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY
US7839215B2 (en) Method and apparatus for power converter for class D audio power amplifiers
US6049473A (en) Harmonic-injection control technique for three-phase, discontinuous-conduction-mode, high-power-factor boost rectifiers with improved line-transient response
US12438462B2 (en) Switching converter and oscillator thereof
CA2139027A1 (en) Circuit arrangement
US11349389B2 (en) Boost converter with high power factor
US20250219543A1 (en) Control circuit and switching power supply thereof
JP2007116823A (en) Control circuit and control method for DC-DC converter
CN113176803A (en) High-voltage switch power supply feedback loop and high-voltage switch power supply
US10581321B1 (en) Flyback converter with multiplier signal control circuit and method
KR20150038231A (en) Switching control circuit and switching power device
RU209671U1 (en) HIGH VOLTAGE STABILIZED POWER SUPPLY
US11451143B2 (en) Boost converter for improving output stability
US6473322B2 (en) AC-DC converter
CN213718259U (en) LED drive circuit and control circuit thereof
CN112188682B (en) Control circuit and control method of LED driving circuit and LED driving circuit
WO2019056830A1 (en) Current sampling circuit
TW202337118A (en) Constant on time converter control circuit and constant on time converter
CN1066293C (en) Synchronous power source
RU2728284C1 (en) Pulse current stabilizer
RU2811067C1 (en) Voltage stabilizer
US20240414823A1 (en) Led driving circuit
Chae et al. Pulse current generator with improved waveform fidelity for high-voltage capacitively coupled plasma systems
CN223680960U (en) Power supply circuit
RU2235353C2 (en) Stabilized converter of constant voltage