Високовольтне біполярне стабілізуюче джерело напруги

Високовольтне біполярне стабілізуюче джерело напруги, що містить підсилювач сигналу непогодження, виходом з'єднаний з першим контактом штирового з'єднувача та інвертуючим входом інвертуючого підсилювача, неінвертуючий вхід якого з'єднаний з шиною нульового потенціалу, інвертуючий підсилювач виходом з'єднаний з п'я тим контактом штирового з'єднувача, двополярне джерело опорної напруги з'єднане з шиною нульового потенціалу і входом підключене до виводів для підключення джерела живлення, а виходом позитивної полярності з'єднане з другим контактом штирового з'єднувача і виходом негативної полярності підключене до шостого контакту штирового з'єднувача, подільник напруги зворотного зв'язку, вхід якого з'єднаний з виходом фільтра і виводом для підключення навантаження, другий вивід якого з'єднаний з шиною нульового потенціалу, а ви хід з'єднаний з інвертуючим входом підсилювача сигналу непогодження, неінвертучий вхід якого підключений до шини нульового потенціалу, штировий з'єднувач, одна із двох перемичок якого ввімкнена між першим і третім контактами, а друга - між четвертим і шостим контактами, а четвертий контакт підключений до низьковольтного боку подільника напруги зворотного зв'язку, високовольтний перемикач, один вихід якого підключений до входу фільтра, а другий - до датчика струм у, який другим виводом з'єднаний з шиною нульового потенціалу, а першим виводом також підключений до інвертуючого та неінвертуючого входів захисних компараторів, неінвертуючий та інвертуючий вхо 2 (19) 1 3 77759 Винахід належить до електротехніки, зокрема до джерел вторинного електроживлення, та може бути використаний для електроживлення джерел іонів статичних мас-спектрометрів, формуючих, в залежності від полярності джерела напруги, пучки позитивного або негативного заряду. Відомий „Высоковольтный стабилизатор с изменяемой полярностью выходного напряжения" [авторское свидетельство СССР № 1330617, G05 F 1/569, бюллетень „Открытия, изобретения„ № 30, 1987г.], який містить послідовно з'єднані регулятор напруги, транзисторний перетворювач, помножувач і фільтр та вузол керування, який складається з підсилювача сигналу непогодження та джерела опорної напруги, з'єднаний своїм входом з виходом стабілізатора через гасячий RC ланцюг подільника вихідної напруги, датчик струму навантаження, компаратор, резистор зміщення, перший і другий резистори, послідовний конденсаторне резистивний ланцюг позитивного зворотного зв'язку, діод, ланцюг із двох послідовно з'єднаних діодів, діодний міст, два розділяючих діоди, джерело напруги вставки і різнополюсні джерела напруги. До недоліків цього пристрою слід віднести те, що в ньому відсутня можливість комп'ютерного керування вихідною напругою, а його схемне рішення ускладнює пристрій та обмежує стабільність високої напруги, надійність, коефіцієнт корисної дії, що знижує конкурентоспроможність пристрою. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонуємого є „Високовольтне біполярне стабілізуюче джерело напруги постійного струму" [патент України № 64832, Н 02 М 3/335, G 05 F 1/573, бюлетень „Промислова власність" № 3, 2004 р.], яке містить підсилювач сигналу непогодження, підсилювач інвертуючий, два широтномодулюючі компаратори, генератор напруги трикутної форми, два транзисторні ключі, високовольтний трансформатор, подільник напруги зворотного зв'язку, двополярне джерело опорної напруги, поляризоване реле, два вузла комутації, вузол сигналізації високої напруги, датчик струму, два задатчика порога спрацювання, два захисні компаратори, три розв'язальні діоди, навантаження, виводи для підключення первинного джерела живлення Еп, виводи для підключення джерела живлення Еп. ст, виводи для підключення навантаження та виводи для зв'язку з комп'ютером. Недоліки цього пристрою полягають в тому, що в ньому недостатньо використовуються сучасні схемні рішення з використанням останніх досягнень прогресивних технологій, що ускладнює пристрій та обмежує стабільність високої напруги, а захист від перевантажень лише обмежує їх, але не відмикає високовольтних вузлів пристрою від первинного джерела живлення, що негативно впливає на його надійність. Пристрій що пропонується, уникає вищевказаних недоліків. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити високовольтне біполярне стабілізуюче джерело напруги постійного струму шляхом виве 4 дення з нього інвертуючого каскаду підсилювача сигналу непогодження, двох широтномодулюючих компараторів, генератора напруги трикутної форми, двох транзисторних ключів, високовольтного трансформатора, помножувача напруги, двох вузлів комутації, вузла сигналізації високої напруги, трьох розв'язальних діодів та введення в нього реле твердотілого, регулятора напруги, високовольтного модуля, стабілітрона, RS тригера, резистора з метою забезпечення спрощення пристрою, підвищення стабільності високої напруги, надійності в роботі, коефіцієнту корисної дії та його конкурентоспроможності. При цьому проводиться заміна чотирьох високовольтних реле на високовольтний перемикач і поляризованого реле - на штировий з'єднувач і дві перемички, без зміни їх функціонального призначення. На Фіг. представлена функціональна схема високовольтного біполярного стабілізуючого джерела напруги. Пристрій містить реле твердотіле 1, регулятор напруги 2, високовольтний модуль 3, стабілітрон 4, RS тригер 5, високовольтний перемикач 6, фільтр 7, подільник напруги 8 зворотного зв'язку, підсилювач 9 сигналу непогодження, підсилювач 10 інвертуючий, штировий з'єднувач 11 (з двома перемичками), двополярне джерело 12 опорної напруги, да тчик 13 струму, задатчики 14, 15 порога спрацювання, захисні компаратори 16, 17, навантаження 18, резистор 19, а також виводи 20, 21 для підключення первинного джерела живлення Еп.ст., виводи 22, 23, 27 для підключення первинного джерела живлення Еп.ст.1, виводи 24, 25 для підключення первинного джерела живлення Еп.ст., виводи 26, 28, 29 для зв'язку з комп'ютером, виводи 30, 31 для підключення навантаження. Підсилювач 9 сигналу непогодження виходом з'єднаний з контактом 1к штирового з'єднувача та інвертуючим входом підсилювача 10 інвертуючого. Неінвертуючий вхід підсилювача 10 інвертуючого з'єднаний з шиною нульового потенціалу, а ви хід його підключений до контакту 5к штирового з'єднувача. Двополярне джерело 12 опорної напруги з'єднане з шиною нульового потенціалу і входом підключене до виводів «+», «-» для підключення джерела живлення Еп.ст., а ви ходом позитивної полярності з'єднане з контактом 2к штирового з'єднувача і виходом негативної полярності підключене до контакту 6к штирового з'єднувача. Подільник напруги 8 зворотного зв'язку входом з'єднаний з виходом фільтра 7 і виводом 30 для підключення навантаження 18, яке підключене з другого боку до виводу 31, з'єднаного з шиною нульового потенціалу. Вихід подільника напруги 8 зворотного зв'язку з'єднаний з інвертуючим входом підсилювача 9 сигналу непогодження, неінвертуючий вхід якого підключений до шини нульового потенціалу. Одна із двох перемичок штирового з'єднувача 11 ввімкнена між контактами 1к, 3к, а друга - між контактами 4к, 6к (при позитивній полярності високої напруги), а контакт 4к підключений до подільника напруги 8 зворотного зв'язку з його низьковольтного боку. Високо 5 77759 6 вольтний перемикач 6 одним виходом позитивної полярності високовольтного модуля 3 підключений до входу фільтра 7, а другим вихочерез високовольтний перемикач 6 з'єднується з дом підключений до входу датчика 13 струму, а входом фільтра 7, а ви хідний вивід негативної потакож підключений до інвертуючого входу захиснолярності високовольтного модуля 3 через високого компаратора 17 та неінвертуючого входу за хисвольтний перемикач 6 з'єднується з входом датчиного компаратора 16, а датчик 13 струму з другого ка 13 струму. Крім цього, необхідно встановити боку з'єднаний з шиною нульового потенціалу. перемички штирового з'єднувача 11 в положення, Земляні виводи захисних компараторів 16, 17 коли вихід підсилювача 9 сигналу непогодження з'єднані з шиною нульового потенціалу. Задатчик через перемичку штирового з'єднувача 11 14 порога спрацювання підключений між «-» джепідключається до анода стабілітрона 4, а вивід рела живлення Еп.ст. (вивід 24) і шиною нульового негативної полярності двополярного джерела 12 потенціалу, а ви хід його з'єднаний з інвертуючим опорної напруги через другу перемичку штирового входом захисного компаратора 16. Задатчик 15 з'єднувача 11 підключається до низьковольтного порога спрацювання підключений між «+» джерела боку подільника 8 напруги зворотного зв'язку. При живлення Еп.ст. (вивід 25) і шиною нульового понадходженні сигналу логічного нуля на вивід 28 на тенціалу, а ви хід його з'єднаний з неінвертуючим виході Q RS тригера з'являється логічний нуль, входом захисного компаратора 17. Виходи захисякий надходить до виводу 29 для зв'язку з них компараторів 16, 17 підключені до входу R комп'ютером та до керуючого виходу тврдотілого RS тригера 5 та через резистор 19 підключені до реле 1. Твердотіле реле 1 вмикається і напруга виводу 26 для керуючого сигналу (логічна одиниджерела живлення Еп.сил. через регулятор напруги 2 надходить до високовольтного модуля 3. В ця, логічний нуль). Вхід S RS тригера 5 через якості високовольтного модуля 3 використовується резистор підключений до «+» джерела живлення DC-DC перетворювач. На виході високовольтного Еп.ст.1 (вивід 27), а вхід R RS тригера 5 через памодуля 3 з'являється висока напруга позитивної ралельний RC ланцюг з'єднаний з шиною нульовополярності, яка через високовольтний перемикач 6 го потенціалу. Вихід Q RS тригера 5 підключений і фільтр 7 надходить до подільника напруги 8 зводо виводу 29 та з'єднаний з керуючим виходом ротного зв'язку і навантаження 18. З двополярного твердотілого реле 1, вхід якого підключений до джерела 12 опорної напруги через перемичку «+» джерела живлення Еп.ст.1 (вивід 23). Силовий штирового з'єднувача опорна напруга негативної вхід твердотілого реле 1 підключений до «+» джеполярності надходить до низьковольтного боку рела живлення Еп.сил. (вивід 21), а вихід його через подільника напруги 8 зворотного зв'язку. Напруга регулятор напруги 2 підключений до вхідного випорівняння, величина і фаза якої визначається воду позитивної полярності високовольтного морізницею між опорною напругою і напругою зводуля 3, вхідний вивід негативної полярності якого ротного зв'язку, подається на вхід підсилювача 9 з'єднаний з шиною нульового потенціалу. Ви хідний сигналу непогодження і підсилена надходить чевивід позитивної полярності високовольтного морез перемичку штирового з'єднувача 11 до аноду дуля 3 підключений до одного із входів високостабілітрона 4, складається з напругою вольтного перемикача 6, а вихідний вивід негативстабілітрона 4 і надходить до керуючого входу ної полярності його підключений до другого входу регулятора напруги 2. Зміна величини високої нависоковольтного перемикача 6. Високовольтний пруги приводить до зміни напруги порівняння, яка перемикач 6 з'єднує вихідний вивід позитивної підсилившись, регулює величину напруги, що розполярності високовольтного модуля 3 з входом поділяється між регулятором напруги 2 і високофільтра 7, а вихідний вивід негативної полярності вольтним модулем 3 таким чином, що напруга високовольтного модуля через датчик 13 струму порівняння зменшується по абсолютній величині, з'єднує з шиною нульового потенціалу. Керуючий а висока напруга стабілізується. Струм високої вхід регулятора напруги 2 з'єднаний з катодом напруги протікає по ланцюгу: високовольтний стабілітрона 4, анод якого підключений до контаквивід позитивної полярності високовольтного моту 3к штирового з'єдн увача. Виводи 20 «-» Еп.с ил. та дуля 3, замкнуті контакти високовольтного пере22 «-» Еп.ст.1 з'єднані з шиною нульового помикача 6, фільтр 7, подільник напруги 8 зворотнотенціалу. го зв'язку і навантаження 18, замкнуті контакти Високовольтне біполярне стабілізуюче джерештирового з'єднувача 11, двополярне джерело 12 ло напруги працює таким чином. Стабілізація виопорної напруги, шина нульового потенціалу, датсокої напруги позитивної або негативної полярчик 13 струму, замкнуті контакти високовольтного ності пристрою здійснюється компенсаційним перемикача 6, вивід негативної полярності високометодом послідовного типу з регулюванням напрувольтного модуля 3. ги на вході високовольтного модуля. В статичному Для отримання високої напруги негативної постані на вхід S RS тригера надходить логічна лярності необхідно спочатку вимкнути високу наодиниця. На виході Q RS тригера з'являється пругу, подаючи на вивід 26 логічний нуль (вимилогічна одиниця, яка надходить на керуючий вихід кання високої напруги), який надходить через твердотілого реле. При цьому твердотіле реле резистор 19 до входу R RS тригера 5. При цьому відмикає джерело живлення Еп.сил від входу регуна виході Q RS тригера 5 з'являється логічна лятора напруги і висока напруга пристрою одиниця, яка подається на вивід 29 (інформація відсутня. про стан високої напруги) та на керуючий вихід Для отримання високої напруги позитивної потвердотілого реле 1. Твердотіле реле 1 відмикає лярності необхідно встановити високовольтний «+» джерела живлення Еп.сил. від входу регулятора перемикач 6 в положення, коли вихідний вивід 7 77759 8 напруги 2 і зникає висока напруга на виводі 30 та рівню логічної одиниці, і високовольтне біполярне навантаженні 18 високовольтного біполярного стабілізуюче джерело напруги працює в звичайстабілізуючого джерела напруги. Потім необхідно ному режимі стабілізації високої напруги. встановити високовольтний перемикач 6 в полоПри виникненні аварійного режиму високоження, коли вихідний вивід негативної полярності вольтного біполярного стабілізуючого джерела високовольтного модуля 3 через високовольтний напруги позитивної або негативної полярності на перемикач 6 з'єднується з входом фільтра 7, а неінвертуючий вхід захисного компаратора 16 повихідний вивід позитивної полярності високодається напруга більш негативної величини, ніж вольтного модуля 3 через високовольтний перенапруга на інвертуючому вході цього компаратора, микач 6 і датчик 13 струму з'єднується з шиною або на інвертуючий вхід захисного компаратора 17 нульового потенціалу. При цьому необхідно встаподається напруга більш позитивної величини, ніж новити перемички штирового з'єднувача 11 в понапруга на неінвертуючому вході цього компараложення, коли вихід підсилювача 10 інвертуючого тора, відповідно. На виході компаратора 16 або на через перемичку штирового з'єднувача 11 виході компаратора 17 відповідно, з'являється підключається до анода стабілітрона 4, а вивід сигнал, що відповідає рівню логічного нуля при позитивної полярності двополярного джерела 12 наявності на виводі 26 сигналу логічна одиниця. опорної напруги через другу перемичку штирового Цей сигнал подається на вхід R RS тригера і на з'єднувача 11 підключається до низьковольтного його виході Q з'являється логічна одиниця, яка боку подільника напруги 8 зворотного зв'язку. надходить до інформаційного виводу 29 та до кеВ подальшому стабілізація високої напруги неруючого ви ходу твердотілого реле 1. Твердотіле гативної полярності здійснюється таким чином як і реле 1 відмикає первинне джерело живлення Еп.сил стабілізація високої напруги позитивної полярі висока напруга вимикається. Таким чином ності. відбувається захист від перевантаження і виходу із При роботі високовольтного біполярного ладу високовольтного біполярного стабілізуючого стабілізуючого джерела напруги без аварійних джерела напруги. режимів і наявності високої напруги позитивної або Використання пропонуємого технічного негативної полярності від датчика 13 струму на рішення дозволяє отримати високовольтне неінвертуючий вхід захисного компаратора 16 побіполярне стабілізуюче джерело напруги, яке подається напруга позитивної полярності, або на будовано на сучасному рівні з використанням осінвертуючий вхід захисного компаратора 17 потанніх досягнень в галузі високовольтних джерел дається напруга негативної полярності відповідно. живлення, що спрощує пристрій, забезпечує преВідносно напруги, що подається на інвертуючий цизійну стабільність високої напруги, економічність вхід захисного компаратора 16 і неінвертуючий та високу надійність в експлуатації. вхід захисного компаратора 17, напруга на Схема пристрою промакетована, перевірена її неінвертуючому вході захисного компаратора 16 працездатність, розроблені робочі креслення, вимає позитивне значення, а на інвертуючому вході готовлений дослідний зразок. При проведенні визахисного компаратора 17 має негативне значення пробувань отримані позитивні результати. Впровідповідно. Захисні компаратори 16, 17 мають вадження планується при виробництві масвихідні каскади з відкритими колекторами і при спектрометра МИ1201СГ в 2004 p., а також при наявності на виводі 26 сигналу логічна одиниця на виробництві інших мас-спектрометрів серії МИ виході захисних компараторів 16, 17 і на вході R 1201 в наступні роки. RS тригера з'являється сигнал, що відповідає 9 77759 10 11 Комп’ютерна в ерст ка М. Клюкін 77759 Підписне 12 Тираж 26 прим. Мін іс т ерство освіт и і науки України Держав ний департ амент інт електуальної власност і, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інстит ут промислової в ласност і”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601