Групування силових перемикачів
Номер патенту: 100418
Опубліковано: 25.12.2012
Формула / Реферат
1. Модулятор потужності (1), який має у складі:
- сукупність перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів;
- джерело електроживлення (10), приєднане до входів (26) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для подачі до них потужності;
- трансформаторний вузол (30), первинну сторону (32) якого приєднано до виходів (28) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів і вторинну сторону (34) якого приєднано до виходів (39);
- пристрій (24) перемикання, приєднаний до зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для надання сигналів керування для щонайменше вмикання або вимикання зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів; причому зазначений пристрій (24) перемикання налаштовано надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у перший момент часу і надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у другий момент часу, відмінний від зазначеного першого моменту часу, причому зазначена друга підгрупа є відмінною від зазначеної першої підгрупи.
2. Модулятор потужності за п. 1, який відрізняється тим, що зазначене джерело електроживлення (10) включає з'єднувальний пристрій (14), який забезпечує приєднання вузла (12; 12A-F) джерела потужності до більш, ніж одної перемикної секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів.
3. Модулятор потужності за п. 2, який відрізняється тим, що зазначений з'єднувальний пристрій (14) також включає перемикачі (16) для приєднання і від'єднання вибраних перемикних секцій (22; 22А- Е) генераторів імпульсів.
4. Модулятор потужності за п. 1, який відрізняється тим, що зазначене джерело електроживлення (10) включає джерело (12; 12A-F) потужності для кожної перемикної секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів.
5. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що зазначений трансформаторний вузол (30) включає спільний трансформатор (38), до первинної сторони (32) якого приєднано щонайменше дві з зазначених перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів, внаслідок чого вони є магнітно з'єднаними.
6. Модулятор потужності за п. 5, який відрізняється тим, що зазначені щонайменше дві з зазначених перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів приєднано до зазначеної первинної сторони (32) зазначеного спільного трансформатора (38) електрично і окремо одна від одної.
7. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що зазначений трансформаторний вузол (30) має один трансформатор (38A-F) для кожної підгрупи (25А-F).
8. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що зазначені перемикні секції генераторів імпульсів є твердотільними перемикними секціями (22; 22А-Е) генераторів імпульсів з електронно керованими вмиканням і вимиканням.
9. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного менш ніж одною сек.
10. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного часом, меншим за найменший час між повтореннями імпульсів у зазначеній перемикній секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів.
11. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного менш ніж 200 мкс.
12. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зазначені перемикні секції генераторів імпульсів зазначеної першої підгрупи (25А) налаштовані генерувати імпульси першої напруги, а зазначені перемикні секції генераторів імпульсів зазначеної другої підгрупи (25В) налаштовані генерувати імпульси другої напруги, відмінної від зазначеної першої напруги.
13. Модулятор потужності за п. 12, який відрізняється тим, що зазначені перша і друга напруги мають протилежні полярності.
14. Модулятор потужності за п. 12 або п. 13, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлені один від одного часом, меншим за час зміни між зазначеними першою і другою напругами зазначеними перемикними секціями (22; 22А-Е) генераторів імпульсів.
15. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу повторюються.
16. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що вихідна потужність зазначеного трансформаторного вузла (30) перевищує 1 кВт.
17. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-16, який відрізняється тим, що вихідна напруга зазначеного трансформаторного вузла (30) перевищує 1 кВ.
18. Спосіб генерування імпульсів напруги, який включає операції:
- заряджання (210) сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів;
- щонайменше приєднання або від'єднання (220) перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25А-Е) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів до і від, відповідно, навантаження (40) через трансформаторний вузол (30) у перший момент часу; і
- щонайменше приєднання або від'єднання (230) перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25А-Е) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів до і від, відповідно, навантаження (40) через трансформаторний вузол (30) у другий момент часу; відмінний від зазначеного першого моменту часу,
причому друга підгруп є відмінною від зазначеної першої підгрупи.
19. Вузол (20) генераторів імпульсів, який має у складі:
- сукупність перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів, кожна з яких у цій сукупності має вхід (26) для отримання постачання потужності і має вихід (28) для подачі імпульсів напруги до трансформаторного вузла;
- пристрій (24) перемикання, приєднаний до зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для забезпечення сигналів керування для щонайменше вмикання або вимикання зазначеної сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів (22; 10 22А-Е), причому зазначений пристрій (24) перемикання налаштовано надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у перший момент часу і надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у другий момент часу, відмінний від зазначеного першого моменту часу, а зазначена друга підгрупа є відмінною від зазначеної першої підгрупи.
Текст
Реферат: Модулятор потужності включає сукупність перемикних секцій (22) генераторів імпульсів, джерел електроживлення (10) і трансформаторний вузол (30). Пристрій (24) перемикання приєднано до зазначеної сукупності перемикних секцій (22) генераторів імпульсів для надання сигналів керування для їх вмикання і/або вимикання. Пристрій (24) перемикання налаштовано надавати сигнали керування для вмикання і/або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи у перший момент часу і надавати сигнали керування для вмикання і/або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи у другий момент часу, відмінний від першого моменту часу, причому друга підгрупа є відмінною від першої підгрупи. UA 100418 C2 (12) UA 100418 C2 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується взагалі силових систем, зокрема, силових систем і способів генерування силових імпульсів. Силові імпульси мають широке застосування. У багатьох випадках виникає потреба в імпульсах дуже великої миттєвої потужності. Типовими областями застосування є радіолокаційні системи, прискорювачі часток, стерилізаційне обладнання до потужних лазерів. Смільним для цих систем є те що вони потребують послідовностей силових імпульсів дуже високих миттєвих напруги і/або струму. Поширеним способом отримання таких силових імпульсів є застосування різних типів модуляторів потужності з використанням накопичення енергії при помірній напрузі і перетворення коротких імпульсів напруги у високовольтні. Існують численні варіанти таких систем, розроблених у минулому столітті. Успішними такими більш сучасними системами є описані у патентах США 5 905 646 і 6 741 484 і відомі взагалі як системи LCW. У цих системах сукупність модулів генерування імпульсів, з'єднаних паралельно, приєднано до спільних первинних обмоток трансформаторі ї спільними кінцями. Контрольованим вмиканням розряду цих модулів з точним збігом можна отримати імпульс дуже високої потужності. Таке обладнання є на ринку і використовується у багатьох областях застосування. Внаслідок екстремальних вимог до потужності і/або напруги існують деякі обмеження для їх робочих параметрів. У типових системах частота повторення імпульсів становить від 1 5000 Гц, а їх тривалість становить від 0,5 до 20 мкс. При підвищенні частоти повторення, середня потужність зростає і це може створити ускладнення. Модулі генерування імпульсів мають відновлюватись у проміжках між імпульсами, і час такого відновлення має бути коротшим за часовий проміжок між імпульсами. Модулі генерування імпульсів звичайно заряджаються до певної напруги протягом відновлення. Під час імпульсу вивільняються звичайно приблизно 10 % накопиченої енергії і напруга знижується. Якщо потрібно, щоб наступний імпульс мав іншу напругу, модулі генерування імпульсів необхідно заряджати до цієї нової напруги, тобто потрібно витратити певний час на перехід до нової напруги. Якщо нова напруга перевищує напругу, що залишилась після останнього імпульсу, достатньо просто мати потрібний час для накопичення енергії. Однак, якщо нова напруга є нижчою за попередню, необхідно виконати певні операції для зниження напруги в усіх модулях генерування імпульсів. Це створює певні технічні труднощі і, крім того, значна частина накопиченої енергії може бути втрачена. Якщо вихідну напругу необхідно змінювати швидко, втрати накопиченої енергії можуть бути дуже значними. За формою сучасні силові імпульси є плоскими з максимально крутими переднім і заднім фронтами. Для забезпечення цього використовуються різні способи формування імпульсу. Якщо потрібною є інші форми імпульсу, схеми формування імпульсів мають бути повністю перебудовані для кожної форми імпульсу. Крім того, якщо форму імпульсу необхідно змінювати для кожного наступного імпульсу, виникає необхідність у створенні схем динамічного формування імпульсів. Задачею винаходу є збільшення гнучкості генерування імпульсів високої потужності. Іншою задачею винаходу є збільшення гнучкості у забезпеченні розділення імпульсів, напруги в імпульсі і/або форми імпульсу. Поставлені задачі вирішено через застосуванні пристроїв і способів, визначених у Формулі винаходу. Взагалі, згідно з першим аспектом, модулятор потужності включає сукупність перемикних секцій генераторів імпульсів, джерела електроживлення і трансформаторного вузла. Джерело електроживлення має з'єднання з входами сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів для подачі потужності до них. Первинна сторона трансформаторного вузла з'єднана з виходами сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів. Вихід трансформаторного вузла приєднано до вторинної сторони трансформаторного вузла. Модулятор потужності також включає пристрій перемикання, з'єднаний з сукупністю перемикних секцій генераторів імпульсів і призначений для забезпечення керуючих сигналів для вмикання або вимикання сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів. Пристрій перемикання призначено надавати керуючі сигнали для щонайменше вмикання або вимикання перемикної секції генераторів імпульсів першої підгрупи сукупності імпульсів при перемиканні секцій генераторів у перший момент часу і надавати керуючі сигнали для щонайменше вмикання або вимикання перемикної секції генераторів імпульсів другої підгрупи сукупності імпульсів при перемиканні секцій генераторів у другий момент часу. Другий момент часу відрізняється від першого моменту часу, а друга підгрупа відрізняється від першої підгрупи. Другим аспектом є спосіб генерування послідовності імпульсів напруги, який включає заряджання сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів. Цей спосіб також включає приєднання або від'єднання генераторів імпульсів першої підгрупи сукупності перемикних секцій 1 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 генераторів імпульсів, відповідно, до і від навантаження через трансформаторний вузол у перший момент часу. Цей спосіб також включає приєднання або від'єднання генераторів імпульсів другої підгрупи сукупності перемикних секцій, відповідно, до і від навантаження через трансформаторний вузол у другий момент часу. Другий момент часу відрізняється від першого моменту часу, а друга підгрупа відрізняється від першої підгрупи. У третьому аспекті вузол генераторів імпульсів включає сукупність перемикних секцій генераторів імпульсів. Кожна з сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів має вхід для подачі потужності і має вихід, призначений надсилання імпульсів напруги до трансформаторного вузла. Вузол генераторів імпульсів, крім того, включає пристрій перемикання, з'єднаний з сукупністю перемикних секцій генераторів імпульсів для надання керуючих сигналів для вмикання або вимикання цієї сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів. Пристрій перемикання призначено надавати керуючі сигнали для вмикання або вимикання перемикної секції генераторів імпульсів першої підгрупи сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів у перший момент часу і надавати керуючі сигнали для вмикання або вимикання перемикної секції генераторів імпульсів другої підгрупи сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів у другий момент часу. Другий момент часу відрізняється від першого моменту часу, а друга підгрупа відрізняється від першої підгрупи. Одною з переваг винаходу є те, що модулятор потужності може бути використаний для забезпечення більшої різноманітності імпульсів або послідовностей імпульсів. Далі розглядаються об'єкти і переваги винаходу з посиланнями на креслення, в яких: фіг. 1 - блок-схема втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 2 - схема прикладу імпульсів напруги різної амплітуди; фіг. 3 - блок-схема іншого втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 4A-E - схеми, що ілюструють інші приклади імпульсів напруги різної амплітуди; фіг. 5 - блок-схема ще одного втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 6 - схема прикладу пакетів імпульсів напруги; фіг. 7 - блок-схема іншого втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 8A-B - схеми прикладів довгих імпульсів напруги; фіг. 9 - блок-схема ще одного втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 10A-C - схеми прикладів імпульсів напруги змінних амплітуд; фіг. 11 - схема прикладу імпульсів напруги різної полярності; фіг. 12 - блок-схема ще одного втілення модулятора потужності згідно з винаходом; фіг. 13 - блок-схема іншого втілення модулятора потужності згідно з винаходом; і фіг. 14 - схема операцій втілення способу згідно з винаходом. У кресленнях відповідні числові позначення використано для однакових або відповідних елементів. Фіг. 1 ілюструє загальний модулятор потужності згідно з втіленням винаходу. Модулятор 1 потужності включає вузол 20 генераторів імпульсів, який має сукупність перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. Джерело 10 електроживлення приєднано до входів 26 сукупності перемикних секцій 22 генераторів імпульсів для подачі до неї потужності. Джерело 10 електроживлення включає одне або декілька джерел 12 потужності. Трансформаторний вузол 30 включає у цьому втіленні один спільний трансформатор 38, з первинною стороною 32, сердечник 36 і вторинну сторону 34. Первинна сторона 32 з'єднана з виходами 28 сукупності перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. Трансформаторний вузол 30 має вихід 39, приєднаний до вторинної сторони 34 трансформаторного вузла 30 і приєднаний до навантаження 40, на яке подаються короткі високовольтні імпульси. Пристрій 24 перемикання приєднано до сукупності 22 перемикних секцій генераторів імпульсів для надання керуючих сигналів на вмикання і/або вимикання сукупності перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. Перемикні секції 22 генераторів імпульсів розділено на різні підгрупи 25A-B. Ці підгрупи є різними, але у деяких втіленнях щонайменше частково перекриваються. Пристрій 24 перемикання забезпечує керуючі сигнали для вмикання і/або вимикання першої підгрупи 25A сукупності перемикних секцій 22 генераторів у перший момент часу. Подібним чином пристрій 24 перемикання 24 забезпечує керуючі сигнали для вмикання і/або вимикання другої підгрупи 25A сукупності перемикних секцій 22 генераторів у другий момент часу, відмінний від зазначеного першого моменту часу. Підвищення гнучкості, забезпечене структурою згідно з фіг. 1 можна бачити на прикладах застосування різних втілень винаходу. У першому прикладі задачею є генерування послідовності імпульсів, які почергово мають дві різні амплітуди напруги Va і Vb, де Va > Vb (фіг. 2). У цьому прикладі прийнято, що Va утричі 2 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 перевищує VВ. Зрозуміло, співвідношення між амплітудами може бути і іншим. Обидві напруги Va і Vb є позитивними. Фіг. 3 ілюструє втілення схеми, яка забезпечує таку послідовність імпульсів. Тут потрібні вихідні напруги Va, Vb мають становити 20 і 60 кВ, відповідно, при тривалості імпульсу 10 мкс, частоті повторення імпульсів 500 Гц і середній вихідній потужності 6 кВт. Отже, миттєва потужність в імпульсі становить 1,2 МВТ. Базові блоки: джерело 10 електроживлення, яке включає у цьому втіленні два джерела потужності 12A і 12B. Джерело потужності 12A дає постійну напругу Va, а відношення VA/Va відповідає коефіцієнту трансформації трансформаторного вузла 30, описаного нижче. Джерело потужності 12B дає постійну напругу Vb, де VB/Vb=VA/Va. У цьому втіленні коефіцієнт трансформації становить 50:1, що дає вихідні напруги джерел потужності 12A, 12B Va=1200 В і Vb=400 В, відповідно. Вузол 20 генераторів імпульсів включає у цьому втіленні дві перемикні секції генераторів імпульсів 22A, 22B. Джерело потужності 12A приєднано до перемикної секції 22A генераторів імпульсів. У цьому прикладі перемикна секція 22А генераторів імпульсів включає накопичувач 51 енергії, який має конденсатор 52A. Конденсатор 52A заряджається джерелом потужності 12A до напруги Va. Секція 22А генераторів імпульсів включає також перемикач 53, який має у цьому типовому втіленні перемикач типу IGBT (Польовий біполярний транзистор). Цей перемикач вмикається подачею на затвор напруги, тобто імпульсу керування, і перемикач вимикається зняттям цього сигналу. Такий сигнал на перемикання пристрою надходить від пристрою 24 перемикання. Вузол 20 генераторів імпульсів у цьому втіленні включає також схему 55А сплощення імпульсів, приєднану до емітера IGBT 54A для створення імпульсу напруги постійної амплітуди. Діод 56A між негативним полюсом конденсатора 52A і виходом схеми 55А сплощення імпульсів захищає від піків напруги, зокрема, пов'язаних з вимиканням секції 22А генераторів імпульсів 22A. Інші приклади потужних перемикачів, придатних для використання, включають твердотільні перемикачі, MosFets або IGTC (Польові керовані тиристори), що керуються при вмиканні і/або вимиканні. Бажано, щоб MosFets і IGTC можна було контролювати як при вмиканні, так і при вимиканні. Перемикна секція 22В генераторів імпульсів у цьому втіленні має відповідні частини, хоча конденсатор 52B заряджається джерелом потужності 12B до напруги Vb. Секція 22В генераторів імпульсів, крім того, має блокувальний 57, включений послідовно між виходом схеми 55А сплощення імпульсів і трансформаторним вузлом 30. Блокувальний діод 57 відвертає зміщення уперед діоду, вбудованого IGBT 54B, яке може спричинити протікання дуже великого струму від перемикної секції 22А генераторів імпульсів під час запуску IGBT 54A. Блокувальний діод 57 є легко доступним. Одним з варіантів є паралельне включення діодів одного типу як діодів 56A, 56B. Для струму 1000-2000 A звичайно достатніми є два-три добре охолоджуваних паралельні діоди. Виходи перемикних секцій 22A, 22B генераторів імпульсів приєднано паралельно до первинної обмотки 32 трансформатора 38 трансформаторного вузла 30. Як було зазначено, цей трансформатор забезпечує напругу, що відповідає відношенню VB/Vb=VA/Va. Вторинну обмотку 34 трансформатора 38 приєднано до навантаження 40. У цьому втіленні перемикні секції 22A і 22B генераторів імпульсів розділено на дві підгрупи 25A-B, тобто підгрупа 25A включає перемикну секцію 22А генераторів імпульсів, а підгрупа 25B включає секцію 22В генераторів імпульсів. Пристрій 24 перемикання 24 виконано як переміжний перемикач на IGBT 54A і IGBT 54B. Внаслідок цього первинна обмотка 32 трансформатору 38 отримує імпульси амплітуд, що чергуються і потім перетворюються у напругу переміжних амплітуд, які подаються у навантаження 40. У типовому випадку менше 10 % енергії, накопиченої у конденсаторах 52A, 52B, вивільняються у кожному імпульсі, тобто 90 % енергії залишаються у конденсаторах 52A, 52B негайно після закінчення імпульсу. Якщо одна і та ж секція генераторів імпульсів має використовуватись для створення різних вихідних напруг, напругу на конденсаторах необхідно змінювати відповідним чином. Якщо напруга має бути збільшена, необхідно мати час для заряджання конденсатора до належної напруги, який визначається, головним чином, опором лінії енергопостачання. Більш складною є ситуація, коли напруга наступного імпульсу є нижчою. У такому випадку накопичуючий конденсатор має вивільняти частину його енергії перед новим імпульсом. Оскільки накопичена у конденсаторі енергія є звичайно значною, така операцію є не тривіальною. Взагалі викидання такої значної енергії робить енергетичний к. к. д. дуже низьким. Але використання двох окремих секцій генераторів імпульсів згідно з винаходом робить зміну напруги зайвою і замість цього енергія, що накопичується у конденсаторах, може бути збережена для наступного імпульсу тієї ж напруги. Загальне споживання енергії є значно 3 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 меншим. Для цього пристрій 24 перемикання 24 пристосовано надавати керуючі сигнали на вмикання і, бажано, вимикання першої підгрупи 25A перемикної секції 22А генераторів імпульсів з наявної сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів у перший момент часу. Крім того, пристрій 24 перемикання 24 пристосовано надавати керуючі сигнали на вмикання і, бажано, вимикання другої підгрупи 25В перемикної секції 22В генераторів імпульсів у другий момент часу, відмінного від першого. Конфігурація фіг. 3 може також бути використана для створення іншої послідовності імпульсів. Може бути забезпечена будь-яка комбінація амплітуд імпульсів Va і Vb, якщо вибрати належні ємкості, напруги живлення і діодів тощо. Фіг. 4A-D ілюструють деякі типові приклади. На фіг. 4A зображено регулярну послідовність двох імпульсів з амплітудою Vb і одного імпульсу амплітудою Va, отриману дворазовим вмиканням секції 22B генераторів імпульсів підряд і одноразовим вмиканням секції 22А генераторів імпульсів з подальшим повторенням цих операцій. На фіг. 4B напруги Va і Vb генеруються почергово, але з різними різницями часів відносно попереднього імпульсу. На фіг. 4C напруги Va і Vb також генеруються почергово, але з регулярними інтервалами. Це забезпечується доки два послідовні імпульси одної амплітуди розділені у часі на проміжок, більший за час відновлення відповідної секції генераторів імпульсів. На фіг. 4D послідовність імпульсів є повністю нерегулярною як за порядком двох амплітуд, так і за моментами імпульсів. У цих прикладах імпульси мають однакову тривалість. Однак, якщо вимикання секцій 22А, 22В генераторів імпульсів є керованим, можна також змінювати тривалість імпульсів, регулярно або нерегулярно. Фахівцю зрозуміло, що можливі варіанти є практично необмеженими. Один приклад можливих імпульсів ілюстровано фіг. 4E. На фіг. 5 ілюстровано втілення, відмінне від ілюстрованого фіг. 3. Подібні частини не розглядаються. У цьому втіленні джерело 10 електроживлення включає лише один вузол 12 джерела потужності, приєднаний до 4 окремих перемикних секцій 22A-D генераторів імпульсів через з'єднувальне улаштування 14. Таке рішення може бути прийнятним, якщо повна потужність є достатньо низькою і може бути покрита одним джерелом потужності. З'єднувальне улаштування 14 забезпечує приєднання вузла 12 джерела потужності до більш, ніж одної секції 22A-D генераторів імпульсів, і включає також перемикач 16 для приєднання і від'єднання вибраної секції генераторів імпульсів. Перемикач 16 у цьому втіленні керується пристроєм 24 перемикання для приєднання перемикної секції генераторів імпульсів, яку заплановано вмикати для генерування наступного імпульсу. Пристрій 24 перемикання також контролює вихідну напругу вузла 12 джерела потужності згідно з бажаною напругою наступного імпульсу. Чотири перемикні секції 22A-D генераторів імпульсів розділено на дві підгрупи 25A і 25B, кожна з яких пристосована забезпечувати певну вихідну напругу. Для цього перемикні секції 22A і 22B генераторів імпульсів у цьому втіленні налаштовано вмикатись і вимикатись одночасно під керуванням пристроєм 24 перемикання. Подібним чином перемикні секції 22C і 22D генераторів імпульсів також налаштовано вмикатись і вимикатись одночасно під керуванням пристроєм 24 перемикання. Підгрупа 25B у цьому втіленні має блокувальний діод 57 для кожної секції 22C, 22D генераторів імпульсів у другій підгрупі 25B. Трансформатор 38 має дві придатні для окремого приєднання обмотки 32A і 32B первинної сторони. Отже, обмотки 32A і 32B є електрично розділеними, але об'єднаними магнітно. У цьому втіленні одну секцію 22A, 22C генераторів імпульсів від кожної підгрупи приєднано до першої обмотки 32A і одну секцію 22B, 22D генераторів імпульсів від кожної підгрупи приєднано до першої обмотки 32В. Спільний для обмоток діод 56 захищає відповідні приєднані секції генераторів імпульсів від піків. Описані вище принципи можуть бути розширені і передбачати розділення будь-якої кількості перемикних секцій генераторів імпульсів на будь-яку кількість підгруп. У типовій конфігурації підгрупи є комплементарними, тобто кожна секція генераторів імпульсів належить до лише до одної підгрупи. Однак, залежно від застосування можуть виникнути ситуації, коли підгрупи можуть перекриватись, тобто одна секція генераторів імпульсів може належати до декількох підгруп, які не є ідентичними. Різні підгрупи можуть також включати різні кількості перемикних секцій генераторів імпульсів. Такі конфігурації підгруп дозволяють генерувати і інші типи послідовностей імпульсів. Наприклад, можуть бути конфігуровані три підгрупи для забезпечення різних напруг і генерування вихідних імпульсів трьох різних амплітуд. Цей спосіб може бути узагальнений для будь-якої кількості напруг. У другому прикладі вимогою є генерування пакету імпульсів. У такому втіленні виходом є пакет з 5 імпульсів (фіг. 6). Імпульси є дуже короткими і коротким є період між імпульсами кожного пакету. Напруги кожного імпульсу у пакеті є однаковими. Звичайно (але не завжди) період часу між імпульсами кожного пакету може становити порядку декількох мкс, а період між 4 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пакетами може становити декілька мс. Такі пакети можуть використовуватись, наприклад, у радіолокаційних системах. Головною складністю таких застосувань є те, що дуже короткий період між імпульсами є значно коротшим за час відновлення секції генераторів імпульсів. Фіг. 7 ілюструє типове втілення модулятора потужності, здатного генерувати такі пакети імпульсів. У цьому втілені тривалість кожного пакету становить 4 мкс, а час між кінцем імпульсу і наступним імпульсом у цьому пакеті становить 2 мкс, тобто частота повторення у пакеті становить 167 kГц. Частота повторення пакету становить 400 Гц, тобто різниця часів між початками двох послідовних пакетів становить 2,5 мс. Слід зазначити, що шкала часу на фіг. 6 не є лінійною у наведених межах. Потужність вихідного імпульсу - 50 кВт і напруга - 100 кВ. Єдиний вузол 12 джерела потужності забезпечує одну напругу для 5 перемикних секцій 22A-E генераторів імпульсів вузла 20 генераторів імпульсів. У цьому втіленні кожна з перемикних секцій 22A-E генераторів імпульсів формує власну підгрупу 25A-E. Оскільки усі перемикні секції 22A-E генераторів імпульсів працюють на одній напрузі, перемикачі у з'єднувальному улаштуванні 14 відсутні. В іншому варіанті різні перемикні секції 22A-E генераторів імпульсів можуть бути приєднані до одного вузла джерела потужності або у різних групах до декількох таких вузлів. Трансформаторний вузол 30 включає у цьому втіленні 5 трансформаторів 38A-E, кожний з яких приєднано до виходів перемикних секцій 22A-E генераторів імпульсів відповідних підгруп 25A-E. Виходи секцій 22A-E приєднано до трансформаторів 38A-E через окремі схеми 55 сплощення імпульсів. Залежно від застосування, якщо сплощеність імпульсів не є важливою, схеми 55 можуть бути відсутні. Навантаження 40 приєднано до вторинної сторони 34 трансформаторів 38A-F через діодні ланцюги 37. Пристрій 24 перемикання у цьому втіленні пристосовано забезпечувати перемикні секціє 22A-E генераторів імпульсів окремими сигналами на вмикання і відмикання, розділеними бажаним часом між імпульсами. Наприклад, якщо секція 22A генераторів імпульсів вмикається у момент t0, секція 22B генераторів імпульсів вмикається у момент t1, секція 22C генераторів імпульсів вмикається у момент t2, секція 22D генераторів імпульсів вмикається у момент t3 і секція 22E генераторів імпульсів вмикається у момент t4, і, таким чином, формується пакет імпульсів (фіг. 6). Таке втілення може генерувати дуже тісно генеровані імпульси, навіть коли джерело потужності не може перезаряджати модулі достатньо швидко для створення цих імпульсів лише одним модулем або одною підгрупою модулів. Такий спосіб може бути реалізований з декількома секціями генераторів імпульсів у кожній підгрупі. Кожна підгрупа модулів з її джерелом потужності можна розглядати як окрему модуляторну систему, яка не потребує взаємодії з іншими групами модулів. Підгрупи можуть мати спільні частини системи, наприклад, частини трансформатора, імпульсо-формуючі частини, захисні діоди, джерела електроживлення тощо. Якщо виникає потреба мати декілька вузлів джерел потужності, може з'явитись потреба у багатофазних вхідних потужних трансформаторах для зниження коливань потужності і гармонік і спрощення м'якого запуску, а також у лінійних фільтрах. Такі рішення є відомими і перелічені проблеми не є суттєвими згідно з базовими концепціями винаходу. У третьому прикладі розглядається вимога мати на виході тривалі імпульси. Це втілення передбачає (фіг. 8A) вихідний імпульс потужністю 140 кВ, 14 МВт протягом 250 мкс при частоті повторення 160 Гц. Це дає середню потужність 560 кВт. Існуючі технології дозволяють отримати імпульси такої потужності, але типові генератори імпульсів не можуть витримувати таку потужність протягом такого тривалого часу. Фіг. 9 ілюструє втілення модулятора потужності, здатного забезпечувати такі довгі імпульси. Це втілення має схожість з втіленням на фіг. 7 і може бути модифіковане для генерування пакетів імпульсів або довгих імпульсів залежно від потрібних потужності і тривалості. У цьому втіленні джерело 10 електроживлення включає 6 джерел потужності 12A-F з схемами корекції коефіцієнта потужності і накопичувача енергії. Кожне джерело 12A-F потужності може створювати пікову потужність приблизно 3 МВт при напрузі 1000 В. З'єднувальне налаштування 14 включає у цьому втіленні схему швидкого перезарядження для з'єднання входів 26 перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. Вузол 20 генераторів імпульсів включає у цьому втіленні 144 перемикні секції 22 генераторів імпульсів, згруповані у 6 підгруп 25A-F по 24 секції 22 генераторів імпульсів у кожній. У цьому прикладі перемикання секцій 22 генераторів імпульсів базується на перемикачах IGBT з можливим електронним керуванням вмикання і вимикання. Інші варіанти сплощення імпульсів і захисту від піків не розглядаються. Трансформаторний вузол 30 включає у цьому втіленні 6 трансформаторів 38A-F, кожний з яких приєднаний до виходів 20 перемикних секцій 22 генераторів імпульсів відповідної підгрупи 25A-F. Трансформатори 38A-F перетворюють імпульси напругою 1000 В первинної сторони 32 у 5 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бажані імпульси 140 кВ вторинної сторони 34. Навантаження 40 приєднано до вторинних сторін 34 трансформаторів 38A-F через 200 кВ діодний ланцюг 37. У цьому втіленні кожна секція 22 генераторів імпульсів базується конденсаторі 94 мкф, який заряджається до 1 кВ джерелом електроживлення. При розрядженні конденсатора напруга падає. Це падіння до певної міри може бути компенсоване схемою компенсації падіння. Звичайно 10 %-не падіння є прийнятним. Отже, кожна секція 22 генераторів імпульсів може вносити 8,75 Дж у кожний розряд протягом 15 мкс. Сумарно від кожної підгрупи імпульси довжиною 15 мкс складаються і дають 24×8.75=210 Дж, тобто 14 МВт. Отже, одна підгрупа 25AF може дати імпульси довжиною 15 мкс потрібних потужності і напруги. Для отримання потрібної тривалості імпульсу 250 мкс, групування перемикних секцій 22 генераторів імпульсів у підгрупи 25A-F сполучають з добре контрольованим електронним вмиканням і вимиканням. У цьому втілені важливим також є вибір перемикача, наприклад, з перемиканням IGBT, для забезпечення контрольованого вимикання перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. Пристрій 24 перемикання налаштовано вмикати перемикні секції 22 генераторів імпульсів першої підгрупи 25A на 15 мкс. Одночасно з вимиканням пристроєм 24 перемикання секцій 22 генераторів імпульсів першої підгрупи 25A, перемикні секції 22 генераторів імпульсів першої підгрупи 25B вмикаються на додаткові 15 мкс. Ці дії повторюються доки усі 6 підгруп 25A-F не внесуть 15 мкс кожна, тобто усього 90 мкс. Коли перемикні секції 22 генераторів імпульсів першої підгрупи 25A вимикаються, схема швидкого перезаряджання з'єднувального улаштування 14 забезпечує відновлення перемикних секцій 22 генераторів імпульсів. До перемикних секцій 22 генераторів імпульсів у перші підгрупі 25A мають бути подані загалом 210 Дж. Оскільки джерела потужності 12A може забезпечити потужність приблизно 3 МВт при напрузі 1000 В, час відновлення перемикних секцій 22 генераторів імпульсів у першій підгрупі 25A може бути скорочений до менш, ніж 75 мкс. Інакше кажучи, перемикні секції 22 генераторів імпульсів у першій підгрупі 25A вже стають готовими до нового розряду, коли шоста підгрупа 25F закінчує розподілення потужності через 90 мкс після початку. Це означає, що перемикні секції 22 генераторів імпульсів у першій підгрупі 25A можуть бути увімкнені одночасно з вимиканням перемикних секцій 22 генераторів імпульсів у шостій підгрупі 25F, і процедура може бути повторена. Якщо спрацюватимуть перші 4 підгрупи 25A-D 4 рази кожна, шоста підгрупа 25F два рази і п'ята підгрупа 25E два рази з кінцевою тривалістю 10 мк, буде отримано повний імпульс тривалістю 3x4x15+2x2x15+10=250 мкс. Для отримання імпульсу тривалістю 250 мкс одна підгрупа генераторів імпульсів має додати ще 10 мкс до кінця наведеної послідовності імпульсів. Це зробити легко, оскільки вимикачам може бути електронно надана команда на вмикання і вимикання у будь-який момент. Це уможливлюється належним керуванням моментами часу вмикання і вимикання перемикних секцій 22 генераторів імпульсів пристроєм 24 перемикання. Таким чином імпульс тривалістю 250 мкс складається з коротших імпульсів від різних підгруп з контрольованим їх розташуванням у часі. Це ілюструється фіг. 8B, де різними літерами позначено індивідуальні імпульси від відповідних підгруп. Ця процедура повторюється з частотою 160 Гц, забезпечуючи середню потужність 560 кВт. Утворення довгих імпульсів об'єднанням ряду коротших імпульсів дозволяє також отримати імпульс, напруга якого контрольовано змінюється з часом. На фіг. 10A показано імпульс напруги, який починається з відносно низької напруги з подальшим нарощуванням до максимального значення. Для цього підгрупи перемикних секцій генераторів імпульсів з послідовно зростаючими вихідними напругами з'єднують з забезпеченням точного керування. У цьому прикладі використано щонайменше 5 підгруп і тому повний імпульс складається з п'яти різних рівнів н напруги. Фіг. 10B і 10C ілюструють необмежуючі приклади з іншими формами імпульсу, які можуть бути реалізовані з використанням описаного способу. У четвертому прикладі вимогою до вихідних імпульсів є їх переміжна полярність. у цьому втіленні передбачено генерувати біполярні імпульси (фіг. 11), тобто позитивні імпульси, переміжені негативними. Для цього використано місткову схему, яка включає перемикні секції генераторів імпульсів. Фіг. 12 ілюструє втілення модулятора потужності, здатного генерувати такі біполярні імпульси. У цьому втіленні 4 секції 22A-D генераторів імпульсів розділено на дві підгрупи 25A-B. Для кожної з перемикних секцій 22A-D генераторів імпульсів перемикач 54E-H (IGBT) приєднано до виходу для забезпечення селективного заземлення виходу. Перемикні секції 22A, C генераторів імпульсів першої підгрупи 25A приєднано до першого кінця 31 відповідної первинної обмотки 32 трансформатора 38. Подібним чином перемикні секції 22B, D генераторів імпульсів другої підгрупи 25A приєднано до другого кінця 31 відповідної первинної обмотки 32 трансформатора 38. Деякі позначення, спільні з попередніми втіленнями, відсутні для спрощення. Перемикачі IGBT 54E-H керуються пристроєм 24 перемикання. 6 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Операції виконуються за такою процедурою. У момент t5 початку першого, позитивного імпульсу (фіг. 11). Перемикачі IGBT 54A, 54C у першій підгрупі 25A вмикаються і позитивна напруга потрапляє на перший кінець 31 первинної обмотки 32. Одночасно вмикаються перемикачі IGBT 54F, 54H для приєднання другого кінця 33 первинних обмоток 32 до землі. При вимиканні у момент t6 (фіг. 11) спочатку вимикаються перемикачі IGBT 54A, 54C і через короткий час (звичайно декілька мкс) вимикаються перемикачі IGBT 54F і 54H. Це дозволяє згаснути перехідним напругам і струмам без пошкодження перемикачів IGBT 54A, 54C. У момент t7 початку другого, негативного імпульсу (фіг. 11) перемикачі IGBT 54B, 54D у другій підгрупі 25B вмикаються, і позитивна напруга потрапляє на другий кінець 33 первинних обмоток 32. Одночасно перемикачі IGBT 54E, 54G вмикаються для приєднання першого кінця 31 первинних обмоток 32 до землі. Цим подається протилежна полярність напруги на первинні обмотки 32 трансформатора. Після закінчення імпульсу у момент t8 (фіг. 11) перемикачі IGBT 54B, 54D розмикаються, і через короткий час розмикаються перемикачі IGBT 54E, 54G. Цикл повторюється з моменту t9 (фіг. 11). У випадку втілень з генеруванням позитивних імпульсів різних амплітуд моменти вмикання і вимикання, а також тривалість можуть бути змінені у будь-яких комбінаціях (фіг. 4A-E і відповідний опис). Якщо у модуляторі потужності використовується потужний вихідний пристрій, наприклад, клістрон або електронна гармата іншого типу, слід брати до уваги навантаження має залежний від напруги імпеданс. Якщо забезпечується нормальна максимальна потужність, існує певний імпеданс. Якщо потужність є меншою за максимальну, імпеданс буде іншим. Оскільки схеми модуляторів потужності часто налаштовано на конкретний імпеданс, такі операції можуть іноді створити складності. Винахід вирішує проблеми, пов'язані з залежністю імпедансу від напруги. Синхронізацією певної кількості перемикних секцій генераторів імпульсів к підгрупі для створення імпульсу напруги забезпечується гнучкість формування імпульсу. При подачі першого високовольтного імпульсу на клістрон може бути використана певна кількість перемикних секцій генераторів імпульсів. Замість подачі імпульсу дещо нижчої напруги на клістрон може бути використана інша підгрупа з меншою кількістю секцій генераторів імпульсів. Імпеданс навантаження буде вищим, ніж при першій напрузі, і вищий вихідний імпеданс секцій схеми формування імпульсу з меншою кількістю секцій генераторів імпульсів буде у достатній мірі відповідати новому навантаженню, щоб забезпечити належну плоскісність і викид імпульсу напруги на навантаженні. Якщо є засіб і час для зміни вихідної напруги перемикних секцій генераторів імпульсів, можуть бути використані підгрупи, що перекриваються, в іншому разі використовуються підгрупи без перекриття. У більшості клістронів і твистронів струм обмежується просторовими зарядами і може змінюватись у межах 3/2 потужності залежно від напруги. Отже, відношення V/l, імпеданс навантаження, змінюється зворотно пропорційно до квадратного кореню з напруги. Наприклад, якщо напруга зменшується до половини максимальної, імпеданс навантаження зростає у 1,414 разів. Тому для відповідності до нового імпедансу необхідно використовувати лише 1/1,414, тобто 0,707 або 70 % перемикних секцій генераторів імпульсів порівняно з їх кількістю при максимумі. Якщо при максимальній напрузі використовуються 3 перемикні секцій генераторів імпульсів, необхідно працювати з двома такими секціями при половинній напрузі (67 %). Втілення модулятора потужності з фіг. 1, наприклад, можна використати у випадку, коли відсутні засоби зміни вихідної напруги перемикних секцій генераторів імпульсів. Однак, при цьому необхідно забезпечити засіб заряджання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи 25B для зниження напруги. Фіг. 13 ілюструє втілення модулятора потужності, в якому передбачено достатньо часу для зміни вихідної напруги перемикних секцій генераторів імпульсів між двома вихідними напругами. Тут навантаження 40 є клістронного типу. У цьому втіленні перша підгрупа 25A і друга підгрупа 25B мають дві спільні перемикні секції генераторів імпульсів. Для максимального імпульсу напруги використовується підгрупа 25A і джерело 12 потужності контролюється пристроєм 24 перемикання 24 для забезпечення належної напруги. Коли напругу імпульсу знижують до половини максимуму, перемикні секції 22 генераторів імпульсів другої підгрупи 25B можуть частково розрядитись через демпфувальну схему 58. Якщо після цього необхідно генерувати імпульси нижчої напруги, це може бути зроблено другою підгрупою 25B. Таке рішення є консервативним з точки зору струму і використання потужності. При половинній напрузі струм знижується більш, ніж наполовину, а саме, приблизно до 35 % повної напруги. Отже, незважаючи на меншу кількість секцій генераторів імпульсів, кожною перемикною секцією генераторів імпульсів перемикається струм, менший, ніж при повній 7 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 потужності. На фіг. кожного разу перемикається лише приблизно половину струму повної потужності. Це знижує кількість перемикних секцій генераторів імпульсів, що є прийнятним з точки зору, наприклад, нагрівання. Перемикні секції генераторів імпульсів матимуть нижчу температуру, ніж при повній потужності. У більшості застосувань бажаним є "добре сформований" імпульс з крутими переднім і заднім фронтами і суттєво плоскою вершиною. Однак, можливість адаптувати імпеданс на первинній стороні трансформатора відкриває можливість створювати імпульси інших форм. Вмикання перемикних секцій генераторів імпульсів під час роботи інших таких секцій і/або вимикання деяких перемикних секцій генераторів імпульсів, коли інші продовжують працювати, дозволяє створювати імпульси складної форми завдяки змінам імпедансу після вмикання і/або вимикання. Фіг. 14 містить схему операцій втілення способу згідно з винаходом. Створення послідовності імпульсів напруги починається операцією 200. Операцією 210 заряджається сукупність перемикних секцій генераторів імпульсів. Операцією 220 генератори імпульсів першої підгрупи сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів приєднуються до або від'єднуються від, відповідно, навантаження через трансформаторний вузол у перший момент часу. Операцією 230 генератори імпульсів другої підгрупи сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів приєднуються до або від'єднуються від, відповідно, навантаження через трансформаторний вузол у другий момент часу, відмінний від першого моменту часу. Друга підгрупа є відмінною від першої підгрупи. Процедура закінчується операцією 299. Перемикні секцій генераторів імпульсів бажано будувати згідно з принципами, описаними у US 5 905 646 і US 6 741 484 B2, включених у даний документ посиланням. Можуть бути використані і інші типи перемикних секцій генераторів імпульсів, а також перемикачів. Перемикні секції генераторів імпульсів потребують використання високовольтних конденсаторів і схем формування імпульсів. Такі рішення часто базуються на таких перемикачах, як тиратрони або кремнієві керовані випрямлячі з перемиканням. Такі перемикачі дозволяють електронно кероване вмикання. Однак, вадою таких перемикачів є неможливість іх вимикання за потреби. Вони залишаються у ввімкненому стані до повного заряджання. Це означає, що для деяких з описаних втілень такі рішення не є придатними. У бажаних втіленнях бажаними є перемикачі з керованими вмиканням і вимиканням. У втіленнях, описаних вище, головними блоками, важливими для операцій модулятора, потужності, є джерело електроживлення, вузол генераторів імпульсів і трансформаторний вузол. Конструкція кожного блоку є практично незалежною від інших і тому є припустимими більшість комбінацій альтернатив для забезпечення виконання операцій, щонайменше згідно з певними вимогами до потужності або напруги. Це означає, що різні частини рішень у різних втіленнях можуть бути комбіновані в інші технічно можливі конфігурації. Однак, оскільки ці блоки на практиці працюють разом, слід надати уваги вибору альтернатив, прийнятних для усіх блоків модулятора потужності. У деяких втіленнях, описаних вище, відзначено конкретні бажані комбінації. Зокрема, джерело електроживлення може включати одне джерело потужності або декілька джерел. Якщо є стільки джерел потужності, скільки є перемикних секцій генераторів імпульсів, кожна така секція може бути постійно приєднана до одного джерела потужності. Перемикні секції генераторів імпульсів, які забезпечують однакові вихідні напруги, можуть бути постійно приєднані до спільного джерела потужності. Якщо перемикні секції генераторів імпульсів створюють різні напруги, необхідно забезпечити щонайменше одне джерело потужності для кожної вихідної напруги або встановити перемикачі, які приєднуватимуть джерела потужності до перемикних секцій генераторів імпульсів, які дають однакові вихідні напруги. Трансформаторний вузол може бути приєднаний різними шляхами. Кожна перемикна секція генераторів імпульсів може мати власний трансформатор, і вони можуть бути з'єднані між собою на вторинній стороні. Можна встановити спільний трансформатор, з приєднанням до нього декількох перемикних секцій генераторів імпульсів. Ці секції можуть бути об'єднані магнітно через приєднання до первинних сторін спільного трансформатора, з'єднаних або не з'єднаних електрично. Типова частота повторення імпульсі становить від 1 до 1000 Гц або навіть до 15000 Гц, тобто типовий найнижчий можливий проміжок між імпульсами становить від приблизно 70 мкс до 1 сек. Коли для різних підгруп використовуються різні напруги, найбільш критичним є час зміни між різними напругами, що мають бути прикладені. Перемикні секції генераторів імпульсів взагалі потребують деякого часу на перехід від одної напруги до іншою, і винахід стає особливо корисним, якщо різниця між моментами вмикання або вимикання для двох підгруп є меншою за час такої зміни. 8 UA 100418 C2 5 10 Винахід є найбільш ефективним при високих вихідних напругах і/або потужностях, зокрема, вище 1 кВ або 1 кВт, відповідно. Ця ефективність взагалі зростає з напругою і/або потужністю, оскільки у цьому випадку є мало альтернатив. Винахід найбільш бажано використовувати для потужностей вище 10 кВт, найкраще вище 50 кВт, а також для напруг вище 10 кВ, найкраще вище 100 кВ. Втілення, описані вище, є лише ілюстративними прикладами винаходу. Зрозуміло, що у цих втіленнях можуть бути реалізовані різні модифікації, комбінації і зміни у межах концепцій і об'єму винаходу. Зокрема, різні часткові рішення у різних втіленнях можуть бути об'єднані в інші технічно можливі конфігурації. Об'єм винаходу визначено супроводжуючою Формулою винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Модулятор потужності (1), який має у складі: - сукупність перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів; - джерело електроживлення (10), приєднане до входів (26) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для подачі до них потужності; - трансформаторний вузол (30), первинну сторону (32) якого приєднано до виходів (28) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів і вторинну сторону (34) якого приєднано до виходів (39); - пристрій (24) перемикання, приєднаний до зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для надання сигналів керування для щонайменше вмикання або вимикання зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів; причому зазначений пристрій (24) перемикання налаштовано надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у перший момент часу і надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у другий момент часу, відмінний від зазначеного першого моменту часу, причому зазначена друга підгрупа є відмінною від зазначеної першої підгрупи. 2. Модулятор потужності за п. 1, який відрізняється тим, що зазначене джерело електроживлення (10) включає з'єднувальний пристрій (14), який забезпечує приєднання вузла (12; 12A-F) джерела потужності до більш ніж одної перемикної секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів. 3. Модулятор потужності за п. 2, який відрізняється тим, що зазначений з'єднувальний пристрій (14) також включає перемикачі (16) для приєднання і від'єднання вибраних перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів. 4. Модулятор потужності за п. 1, який відрізняється тим, що зазначене джерело електроживлення (10) включає джерело (12; 12A-F) потужності для кожної перемикної секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів. 5. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що зазначений трансформаторний вузол (30) включає спільний трансформатор (38), до первинної сторони (32) якого приєднано щонайменше дві з зазначених перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів, внаслідок чого вони є магнітно з'єднаними. 6. Модулятор потужності за п. 5, який відрізняється тим, що зазначені щонайменше дві з зазначених перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів приєднано до зазначеної первинної сторони (32) зазначеного спільного трансформатора (38) електрично і окремо одна від одної. 7. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що зазначений трансформаторний вузол (30) має один трансформатор (38A-F) для кожної підгрупи (25А-F). 8. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що зазначені перемикні секції генераторів імпульсів є твердотільними перемикними секціями (22; 22А-Е) генераторів імпульсів з електронно керованими вмиканням і вимиканням. 9. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного менш ніж одною сек. 10. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-9, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного часом, меншим за найменший час між повтореннями імпульсів у зазначеній перемикній секції (22; 22А-Е) генераторів імпульсів. 9 UA 100418 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 11. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-10, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлено один від одного менш ніж 200 мкс. 12. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що зазначені перемикні секції генераторів імпульсів зазначеної першої підгрупи (25А) налаштовані генерувати імпульси першої напруги, а зазначені перемикні секції генераторів імпульсів зазначеної другої підгрупи (25В) налаштовані генерувати імпульси другої напруги, відмінної від зазначеної першої напруги. 13. Модулятор потужності за п. 12, який відрізняється тим, що зазначені перша і друга напруги мають протилежні полярності. 14. Модулятор потужності за п. 12 або п. 13, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу відокремлені один від одного часом, меншим за час зміни між зазначеними першою і другою напругами зазначеними перемикними секціями (22; 22А-Е) генераторів імпульсів. 15. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-14, який відрізняється тим, що зазначені моменти часу повторюються. 16. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-15, який відрізняється тим, що вихідна потужність зазначеного трансформаторного вузла (30) перевищує 1 кВт. 17. Модулятор потужності за будь-яким з пп. 1-16, який відрізняється тим, що вихідна напруга зазначеного трансформаторного вузла (30) перевищує 1 кВ. 18. Спосіб генерування імпульсів напруги, який включає операції: - заряджання (210) сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів; - щонайменше приєднання або від'єднання (220) перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25А-Е) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів до і від, відповідно, навантаження (40) через трансформаторний вузол (30) у перший момент часу; і - щонайменше приєднання або від'єднання (230) перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25А-Е) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів до і від, відповідно, навантаження (40) через трансформаторний вузол (30) у другий момент часу; відмінний від зазначеного першого моменту часу, причому друга підгрупа є відмінною від зазначеної першої підгрупи. 19. Вузол (20) генераторів імпульсів, який має у складі: - сукупність перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів, кожна з яких у цій сукупності має вхід (26) для отримання постачання потужності і має вихід (28) для подачі імпульсів напруги до трансформаторного вузла; - пристрій (24) перемикання, приєднаний до зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів для забезпечення сигналів керування для щонайменше вмикання або вимикання зазначеної сукупності перемикних секцій генераторів імпульсів (22; 22А-Е), причому зазначений пристрій (24) перемикання налаштовано надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів першої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у перший момент часу і надавати сигнали керування для щонайменше вмикання або вимикання перемикних секцій генераторів імпульсів другої підгрупи (25A-F) зазначеної сукупності перемикних секцій (22; 22А-Е) генераторів імпульсів у другий момент часу, відмінний від зазначеного першого моменту часу, а зазначена друга підгрупа є відмінною від зазначеної першої підгрупи. 10 UA 100418 C2 11 UA 100418 C2 12 UA 100418 C2 13 UA 100418 C2 14 UA 100418 C2 15 UA 100418 C2 16 UA 100418 C2 17 UA 100418 C2 18 UA 100418 C2 19 UA 100418 C2 20 UA 100418 C2 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 21
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюPlurality of switched pulse generator sections
Автори англійськоюCrewson, Walter Frederich John, Lindholm, Mikael Rolf
Назва патенту російськоюГруппа силовых переключателей
Автори російськоюКрюсон Волтер Фредерик Джон, Линдголм Микаель Рольф
МПК / Мітки
МПК: H03K 17/28, H03K 3/57, H02M 7/48, H03K 17/296, H03K 17/284, H03K 17/0412
Мітки: групування, перемикачів, силових
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/23-100418-grupuvannya-silovikh-peremikachiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Групування силових перемикачів</a>
Попередній патент: Спосіб одержання біциклічних гуанідинів з використанням циклічної тіосечовини
Наступний патент: Спосіб відкритої розробки обводнених родовищ м’яких корисних копалин
Випадковий патент: Застосування вінборону для профілактики гастропатії, індукованої ібупрофеном