Анодный блок питания для кв усилителя мощности: Блок питания для ум на гу 81м. Описание усилителя и блока питания

Содержание

Блок питания кв ум

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. Что-то не так? Пожалуйста, отключите Adblock.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Зачем нужны резисторы параллельно конденсаторам в блоках питания ламповых усилителей

Бестрансформаторные КВ усилители мощности


Немного поднатаскался я в сборке КВ аппаратуры и решил приступить к сборке мощного усилителя. Но встал вопрос о питании данного аппарата. Если для ум на гу 50 трансформатор не проблема, то для ум на 2х ги7б поиск источника развязки от сети такой мощности становится проблематичным, если не сказать больше. Решил я делать его бестрансформаторным.

Знаю, что опасно выходит но с другой стороны у меня есть довольно хорошее заземление. Да и совет всегда полезен, может кто-то собирал. На данный момент из емкостей для умножителя есть 10 шт. Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6. Конденсаторы Panasonic. Часть 4. Полимеры — номенклатура. Главной конструктивной особенностью таких конденсаторов является полимерный материал, используемый в качестве проводящего слоя.

Полимер обеспечивает конденсаторам высокую электрическую проводимость и пониженное эквивалентное сопротивление ESR. Номинальная емкость и ESR отличается в данном случае высокой стабильностью во всем рабочем диапазоне температур. А повышенная емкость при низком ESR идеальна для решения задач шумоподавления и ограничения токовых паразитных импульсов в широком частотном диапазоне.

Читать статью. STM32G0 — средства противодействия угрозам безопасности. Результатом выполнения требований безопасности всегда является усложнение разрабатываемой системы. Особенно чувствительными эти расходы стали теперь, в процессе массового внедрения IoT.

Обладая мощным набором инструментов информационной безопасности, микроконтроллеры STM32G0 производства STMicroelectronics, объединив в себе невысокую цену, энергоэффективность и расширенный арсенал встроенных аппаратных инструментов, способны обеспечить полную безопасность разрабатываемого устройства. До 48 слоев. Быстрое прототипирование плат. Монтаж плат под ключ. Чтоб кондёры не стрельнули. Ну тоя погорячился с экономить решил.

Антон приветствую! Собирал усилитель также на двух ГИ7Б , с бестрансформаторным питанием. Всё отлично написанно на странице DL2KQ. Напряжение на холостом ходу примерно При нагрузке в 2 ампера падение напряжения до Паралельно каждому конденсатору обязательно ставить выравнивающие резисторы.

У меня установлены К 2 ватта. Желательно предусмотреть мягкий старт. Иначе вышибает сетевые предохранители. По анодной цепи желательно дополнитьно дроссель. Всё хорошо изолировать. Лампочки охлаждать хорошо, особенно катоды , иначе «стреляют».

Спасибо, все понял на счет резисторов как-то и не подумал даже. Мягкий старт реализован так:-последовательно с фазным проводом установлен мощный NTC , через пару секунд он замыкается с помощью реле. Можно поставить просто мощный резистор на несколько ом. Дополнительный дроссель желательно ставить между анодным дросселем и самим блоком питания.

При этом между анодным дросселем и дополнительным желательно поставить предохранитель. Это на случай если ВЧ с анода проникнет на вход блока питания — хорошо взрываются електролиты. Дополнительный дроссель наматол просто на ферритовом кольце примерно 20 мм диаметром , до заполнения , хорошо изолировал.

От обоих выводов на минус питания кондесаторы 0. Между Анодным и дополнительным дросселями установлен специальный быстрый предохранитель на 2 ампера 1 киловольт.

Он пару раз спасал блок питания при простреле ламп и один раз при настройке , когда подбирал анодный дроссель. Сигнал раскачки подаётся в катодный дроссель. Но скажу сразу мучение- если есть автоматический антенный тюнер в трансивере. Так ка усилитель теперь не у меня , то переделать увы не могу, а хотелось бы.

Я тут , пока ещё , я только малость уже русский язык подзабывать начал , пока набью вы уже несколько сообщений накидаете. Вот с аварийным отключением как то не заморачивался , было одн раз при первых испытаниях , когда небыло ещё софтстарта, вышибло автомат , но лампы потращали малость , и ничего, живы остались. У нас тут перебои с электричеством редко бывают. За последние 15 лет один раз на 15 секунд выключали Всё я спать , завтра в 5 на работу , если что можете написать в ЛС.

Почитаю как буду дома. Смещение общее для обоих ламп. Вот кстати тоже интересная страничка по усилителям. Когда собирал свой кое какие рекомендации по компановке , деталям и. You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account. Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Restore formatting. Only 75 emoji are allowed. Display as a link instead. Clear editor. Upload or insert images from URL. Prev 1 2 Next Page 1 of 2. Recommended Posts. Posted February 18, edited. Фото начала сборки конструкции ум прилагаю. Edited February 18, by nerosa.

Share this post Link to post Share on other sites. Студенческое спонсорство. Posted February 18, Нет такая конструкция не пойдёт.

Лампы должны нормально продуваться для охлаждения. Надёжней последовательно-паралельное соединение конденсаторов. А с рабочим на в только пойдёт на пользу. STM32G0 — средства противодействия угрозам безопасности Результатом выполнения требований безопасности всегда является усложнение разрабатываемой системы. Производство печатных плат До 48 слоев. На фото мой блок питания. Размер х мм , высотой около мм Edited February 18, by radioserg.

Трансформатор от микроволновки вместо умножителя не катит? Два киловольта Нет не катит. Его надо будет переделывать. Убирать шунтирующую обмотку иначе он перегреется быстро.

Конечно же делай. Никто тебя не отговаривает. И сам тоже инфу почитай. Я тут , пока ещё , я только малость уже русский язык подзабывать начал , пока набью вы уже несколько сообщений накидаете Вот с аварийным отключением как то не заморачивался , было одн раз при первых испытаниях , когда небыло ещё софтстарта, вышибло автомат , но лампы потращали малость , и ничего, живы остались. Да , катодный дроссель , он же и накальный Всё я спать , завтра в 5 на работу , если что можете написать в ЛС.

Posted February 19, Join the conversation You can post now and register later. Reply to this topic Go To Topic Listing. Мелкие хитрости НЕ по радиоэлектронике.


Бестрансформаторный PA на трех ГУ-50

Поиск на HamQTH. Russian Internet Callbook. CCleaner 3. UltraISO 9. TuneUp Utilities.

Блок питания УМ. был у меня КВ усилитель мощности на ГИ-7Б = ССЫЛКА В анодного, там напряжения подавались.

Мощный бестрансформаторный блок питания Заманчивая идея избавиться от крупногабаритного и очень тяжелого силового трансформатора в блоке питания усилителя мощности передатчика, давно озадачивает радиолюбителей. Особенно, эта идея привлекательна для участников радиоэкспедиций, где каждый лишний килограмм массы аппаратуры ощущается «собственным горбом». В различных радиолюбительских изданиях прошлых лет публиковались конструкции бестрансформаторных блоков питания. Но это, как правило, были устройства относительно маломощные, предназначенные для питания передатчиков мощностью Я довольно продолжительное время экспериментирую с бестрансформаторными блоками питания, и мне приходилось использовать различные схемы выпрямителей с умножением напряжения питающей сети. Для выходного каскада трансивера на лампе ГУ сделал удвоитель напряжения на В. Четырехкратный умножитель-выпрямитель задействовал для питания анодных цепей усилителя мощности на четырех лампах Г Применение современных малогабаритных электролитических конденсаторов позволяет сконструировать и изготовить мощный высоковольтный блок питания небольшого размера и веса. Предлагаю, как вариант, блок питания для усилителя мощности на лампе ГУБ, включенной по схеме с общим катодом с выходной мощностью 1,5 кВт подводимая 3 кВт. Это бестрансформаторный десятикратный умножитель-выпрямитель напряжения.

Немного поднатаскался я в сборке КВ аппаратуры и решил приступить к сборке мощного усилителя. Но встал вопрос о питании данного аппарата. Если для ум на гу 50 трансформатор не проблема, то для ум на 2х ги7б поиск источника развязки от сети такой мощности становится проблематичным, если не сказать больше. Решил я делать его бестрансформаторным.

Усилитель мощности далее — УМ изготовлен на диапазоны 80, 40, 20, 14 и 10 метров.

Просмотр полной версии : Постройка мощного блока питания для р Страницы : [ 1 ] 2. И так, построить новый усилитель меня сподвигнуло Во первых, ставилась задача использовать раскачку от трансивера в приделах ватт, так как в длительных и затяжных Contest трансивер в паре с усилителем из двух Гу 71 по схеме с общей сеткой на вторые сутки работы больше напоминал утюг Второе, так как я трепетно люблю НЧ диапазоны, вопреки традиции стараюсь готовить сани летом

Публикация на сервере конструктивного оформления усилителя в стиле HI-END возбудила интерес к нему со стороны многих радиолюбителей. Пришлось идти навстречу пожеланиям коллег и подготовить полное и подробнейшее описание схемы усилителя и методики его изготовления, а также методики настройки и проверки. Собственно сам усилитель построен по самой распространенной схеме и имеет две небольшие особенности: Входной сигнал подается не сразу в катод лампы, а через автотрансформатор на ферритовом кольце, это позволило более тщательно согласовать трансивер ALINCO DX с усилителем и снизить мощность возбуждения. Принципиальная схема блока питания:. Блок питания усилителя выдает постоянное напряжение или вольт для питания анодной цепи. Трансформатор анодного напряжения отдельный, использовался магнитопровод и первичная обмотка силового трансформатора ТС можно применить любой из ряда ТС ТС Вторичные обмотки намотаны проводом ПЭЛ-2 диаметром 0,4 мм и каждая обмотка выдает переменное напряжение Вольт.

Предлагаю капитальный комплекс: УМ на двух ГИ-7Б, выходная мощность вт, все диапазоны, бестрансформаторный блок питания в, входные .

Поэтому я никого не агитирую, а просто хочу сказать, что анодный трансформатор — деталь тяжелая и необязательная в усилителе. Написанная статья является описанием изготовленного усилителя, а не научным трудом, претендующим на открытие. Каждый выбирает то , что ему по душе.

Итак, поиски готового анодного трансформатора не увенчались успехом, но зато удалось раздобыть 8 трансформаторов ТАН Вт. Вся схема Рис. Трансформаторный блок Рис. Вторичные анодные обмотки каждого из трансформаторов ТАН Рис. Трансформаторы Тр1-Тр4 и дроссель Дра прикручены через изолирующие прокладки.

Отсутствие в бестрансформаторном выпрямителе силового трансформатора и дросселя фильтра, обладающих значительной индуктивностью, определяет его высокие динамические свойства.

Правила форума. RU :: Правила :: Голосовой чат :: eHam. Последняя К странице: Показано с 1 по 15 из Добавить тему форума в del. Закладках Разместить в Ссылки Mail.

Продам усилитель на ГУ Цена грн. Раскачка в сетку. Все диапазоны.


Анодный блок питания для лампового усилителя мощности — Описания устройств — Технический раздел — Каталог статей

Цель данной статьи не сделать открытие или научить кого-то, а просто поделиться опытом изготовления анодного блока питания далее (АБП) для ламповых усилителей мощности. АБП выдает +900/1300/1800В (без нагрузки), ток нагрузки до 0,6 (0,8)А и переменное ~ 12В 7А (или постоянное стабилизированное +12В 8А) для питания накальных цепей.

Итак, поиски готового анодного трансформатора не увенчались успехом, но зато удалось раздобыть 8 трансформаторов ТАН-107 (150Вт).

Вся схема (Рис. 1) разделена на 4 самостоятельных выпрямителя, по 2 трансформатора в каждом. Трансформаторный блок (Рис. 2) установлен на прямоугольной пластине толщиной 2мм с ребрами жесткости. Вторичные анодные обмотки каждого из трансформаторов ТАН-107 (Рис. 3) соединены так что получилось ~160В 0,6А, а для двух трансформаторов ~320В 0,6А. Каждый выпрямитель выдает по 450В, два – 900В, при включении тумблера S1 – 1350В, S1 и S2 – 1800В.

Трансформаторы Тр1-Тр4 и дроссель Дра прикручены через изолирующие прокладки. Выход анодного напряжения через разъем СР-75 (Рис. 4). Весь АБП собран в горизонтальном корпусе от старого компьютера, изготовлена фальшпанель (Рис. 5). Родной импульсный БП оставлен и переделан (увеличены емкости выходных электролитических конденсаторов, нагружены шины +5В и +12В резисторами 12 и 36 Ом соответственно, общая минусовая шина отрезана от корпуса ИБП), и используется для питания цепей накала металлокерамических ламп. Почему так? Потому что напряжение сети колеблется от 180 до 250В, а напряжение накала с трансформатора от 10 до 14В, что не сильно увеличивает срок службы ламп. Поэтому с помощью переключателя можно выбрать два варианта накала – переменное ~ 12В 7А или постоянное стабилизированное +12В 8А.

Предусмотрен разъем DB9 (от СОМ-порта) для дистанционного управления работой АБП. Выходное высокое напряжение включается тумблером S4 с передней панели или дистанционно с усилителя мощности – контактором К2 ТКД203. Смонтирован маленький вентилятор от процессора ПК (на схеме не показан), так, на всякий случай, пусть дует.

После окончательной сборки АБП стал «неподъемным».

Прошу простить за возможные ошибки. Не ошибается тот – кто ничего не делает…

UR5YCW, Мельничук Василий, г. Черновцы, Украина.

БЛОК ПИТАНИЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ

   Ничто так не выдаёт консерватизм, чем изготовление ламповых усилителей звука. А может это просто признак особого изысканного вкуса настоящих аудиофилов? В любом случае собрать такой УНЧ представляется прикольным и теоретически выгодным занятием. Как знать, сколько подобный шедевр будет стоить спустя 20 лет. Тут один только внешний вид лампового усилителя уже делает достойной установку его на самом видном месте кабинета. А звук.. Ну это каждый решит после прослушки для себя сам. В общем приступая к сборке самого усилителя, вначале продумайте сам блок питания. Это вам не 12В взятые из БП ATX. Здесь должны присутствовать минимум два напряжения разной величины и мощности. Напряжение накала берётся в пределах 5,5 — 6,5В и чаще всего подаётся на схемы переменным, сразу с обмоток трансформатора, а питание анодов достигает 300 и даже 500В. При уже постоянной форме тока.

   Несмотря на то, что в последнее время наметилась стойкая тенденция к импульсным источникам питания всего и вся, рекомендую всё-же забыть на время про электронные трансформаторы и задействовать старый добрый ТС180 (ТС160) от любого чёрно-белого лампового телевизора. Тому есть две причины. Во-первых обычный трансформатор прощает невнимательность монтажа и не взорвётся, как электронный, при случайных боках и замыканиях, а во-вторых цена ЭТ может быть весьма и ввесьма, в отличии от обычных ТС, коих у многих хватает в закромах. Представляется правильным собрать один универсальный блок питания с анодным и накальным напряжением, и питать от него или один конкретный ламповый усилитель (спрятав сам БП подальше), или собирая другие ламповые схемы переключать его при необходимости на них. На каждый ламповый УНЧ блоков питания не напасёшся:)

   Смотрим схему простого блока питания лампового усилителя:


   По питанию 220В ставим модный пластмассовый тумблер 250В 5А с зелёной подсветкой. Не забываем про предохранители — один на пару ампер по сети, второй трёхамперник по накалу, и третий по высоковольтному напряжению анода. В отличии от электронных трансформаторов, где предохранители сгорают последними, здесь они выполнят свою миссию, так как даже и без них блок питания выдержит кратковременные замыкания выходов. За что я и уважаю трансы в железе. Диоды для двухполупериодных мостов или собираем из советских КД202 с нужной буквой, или берём готовый диодный мост на подходящее напряжение и ток. Если у вас усилитель на пару ламп типа 6П14П с небольшой мощностью выхода, диодный мост выпрямителя пойдёт и советский коричневый КЦ405 или КЦ402. Накал выпрямлять следует только для входных ламп первого одного — двух каскадов. Дальше влияние постоянного накала сводится к нулю и это будет только расход тепла на диодах.

   Можно питать накал от моста с конденсатором 4700 — 10000мкФ, а можно и КРЕН5 поставить. и не стремитесь на входные лампы подавать строго 6,3В — лучше питать их немного заниженным напряжением вплоть до 5В. Так что обычная пятивольтовая КРЕНка и всё будет ОК. Обязательно советую поставить пару светодиодов — индикаторов напряжения анода и накала. Во-первых красиво, а во-вторых информативно, сразу видны возможные проблемы с питанием.

   Корпус лучше делать делезный, точнее из листового алюминия — он обрабатывается очень удобно. Или просто взять готовый подходящих размеров, где просверлить гнёзда под кнопку сети, светодиоды и разъёмы. Сеть тоже вводите в корпус не просто через дырку, а подключив штеккером к специальному сетевому гнезду. Лично я делаю только так на всех конструкциях — это удобно.

   Конденсаторы фильтров анода берём чем больше — тем лучше. Минимум два по 300 микрофарад. Напряжение на них должно быть на 100В выше, чем напряжение на выходе БП. Если у вас схема рассчитана на 250В, то берём конденсатор на 350. Конечно я это правило выполняю далеко не всегда, а бывает вообще ставлю один к одному, но вы так не делайте и в этом с меня пример не берите. Резистор на 47 Ом 5 ватт уточняем по конкретной схеме лампового усилителя. Для простого однотактного его хватит, а для мощного двухтактника надо вообще ставить дроссель. Выдиратся он из любого лампового телевизора и называется ДР-0,38. Трансформатор питания перед установкой в БП обязательно послушайте на предмт гудения и жужжания. А то купите, рассчитете и соберёте под него корпус, а он гудит громче вечернего Пинк Флойда. Будет большой облом. И напоследок порекомендую все диоды шунтировать конденсаторами на 0,01-0,1 мкФ с соответствующими напряжениеми. 

   Все вопросы — на форум по БП

   Форум по обсуждению материала БЛОК ПИТАНИЯ ЛАМПОВОГО УСИЛИТЕЛЯ



Russian HamRadio — KB УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ-1.

Хороший современный KB усилитель мощности для работы в радиолюбительском эфире довольно сложное и трудоемкое устройство, о чем свидетельствуют мировые цены на западе на усилители, хотя бы по отношению к стоимости трансиверов среднего класса.

В распоряжении многих радиолюбителей стран СНГ, а именно на них рассчитана данная публикация, находится большое количество трансиверов с выходной мощностью порядка 10-15 Вт, как — hоmе made, так и привезенных, как правило, с различных распродаж (по известным причинам), которые с успехом используются ими при проведении как повседневных QSO, так и при работе в различных testax. Однако не всегда работа на QRP доставляет огромное удовольствие, особенно при работе с редким DХ да еще в бешеном — «pile’up». Поэтому большая часть радиолюбителей со временем рано или поздно начинает думать об увеличении мощности своего аппарата.

Однако постройка хорошего — Power’a, имеющего сравнительно малые размеры, приличный внешний вид и удовлетворительные технические характеристики, несмотря на кажущуюся схемную простоту, только на первый взгляд простое дело. Во-первых, сразу же встает вопрос, чему отдать предпочтение, лампе или транзистору? Многолетняя практика эксплуатации, как первых, так и вторых показала, что ламповые усилители гораздо проще в изготовлении и менее критичны к условиям эксплуатации (имеются в виду усилители с Рвых,> 150 Вт), а вес анодных трансформаторов практически компенсируется весом радиаторов, необходимых для охлаждения мощных транзисторов. Транзисторы же более капризны, особенно к перегрузкам, по­этому эксперименты с ними, учитывая стоимость мощных транзисторов, иногда обходятся очень дорого. Но и при постройке лампового усилителя, несмотря на кажущуюся его схемную простоту, приходится извести кучу металла, а он теперь не валяется во дворах заводов, затратить массу времени на компоновку, по много раз вязать и развязывать жгуты (если таковые вообще в наличии) прежде, чем выйдет что-то путное. То не там просверлил, то одна деталь налезает на другую и т.д. Этот сложный тернистый путь пройден и автором, пока не была отработана универсальная конструкция усилителя на двух лам­пах ГИ-7Б. а потом просто появился спортивный интерес — делать усилители на тех лампах, которые попадаются в руки. В процессе чего был накоплен материал, к которому добавлен многолетний опыт авторов публикаций на эту тему в различной литературе, что и легло в основу материала, которым хотелось бы поделиться с читателем.

Вниманию коротковолновиков предлагается полное схемное и конструктивное описание нескольких вариантов конструкций простых, но весьма надежных и экономичных усилителей мощности на хорошо зарекомендовавших себя и доступных (правда, к сожалению в настоящее время дорогих) отечественных лампах. Все описанные нижа усилители были реально изготовлены и прошли в течение двух, трех лет испытание, как в повседневной работе, так и в условиях — test’ov при круглосуточной работе преимущественно на передачу. Усилители предназначены для совместной работы с трансиверами (передатчиками), имеющими выходную мощность 5-40 Вт.

Публикуемый материал рассчитан на широкий круг радиолюбителей, не имеющих специального технического образования и опыта постройки подобных конструкций, поэтому некоторые вопросы, возможно, на чей-то взгляд освещены слишком подробно.

Следует сразу заметить для критики, что в данной статье авторами выражено только свое видение решения этого вопроса, и поэтому изложенный материал не претендует на бесспорность как в суждениях и схемных решениях, так и в практической реализации конструкций усилителей и их отдельных узлов.

Основные задачи, которые мы попытались решить в данной публикации — это:

— создание универсальной конструкции усилителя, позволяющей собрать ее радиолюбителю, не имеющему большого опыта в постройке подобных устройств и не обладающему высокой квалификацией:

-возможность без серьезных переделок использовать в схеме усилителя наиболее часто встречающиеся отечественные генераторные лампы;

— применение в конструкции максимального числа общедоступных деталей заводского изготовления;

— возможность применения при изготовлении и настройке усилителя минимума оборудования и измерительных приборов.

Усилители эксплуатировались с различными типами трансиверов; UW3DI-2; RA3AO; Эфир-М; Волна, UA1FA [передающая приставка), на СВ и 10-метровом диапазоне для раскачки использовались ONWA и LINCOLN. Во всех случаях качество выходного сигнала однозначно определялось качеством сигнала используемого трансивера.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСИЛИТЕЛЕЙ.

В усилителях использованы лампы ГИ-7Б (2шт.), ГУ-72 (2шт.), ГМИ-11, ГУ-74Б, 6П45С, 6П42С, 6П36С (4 шт.) в классе АВ1 (в режиме SSB и классе С (режим CW).

Диапазон рабочих частот………………………………. 1.8-28,7 МГц

Вид излучения…………………………………..

……………SSB, CW, RTTY

Мощность, подводимая к анодной цепи в течение длительного времени в режиме “нажатия” (зависит от мощности возбуждения и ограничивается мощностью источника анодного напряжения)……..650 Вт.(max.)

Мощность в нагрузке в полосе частот 1,8-28,7 МГц (в зависимости

от КПД выходного контура на данном диапазоне)………

.. 300-350 Вт

Входное (выходное) сопротивление усилителя………….. 75 (50) Ом

Мощность, потребл, от сети в режиме -нажатия-…….700 Вт (max)

в режиме молчания………………………………………………130 Вт

в режиме приема…………………………………………………..60 Вт

Габаритные размеры усилителя (без ножек), мм

. … 352 х 153 х 350.

Масса усилителя…………………………………………………..около 25 кг

Во всех приведенных ниже схемах и сборочных чертежах нумерация элементов и деталей, выполняющих одно и то же назначение, со­хранена от схемы (чертежа) к схеме (чертежу), Если на схеме нет какого-то очередного номера элемента либо размера на чертеже, это значит, что он был на предыдущей схеме (чертеже) и соответственно, вновь появляющиеся элементы имеют номер, не встречающийся ранее.

1. БЛОКИ ПИТАНИЯ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ.

Принципиальная схема блока питания (в дальнейшем БП) изображена на рис.1 (а, б, в).

БП для питания усилителя мощности на

2х лампах ГИ-7Б.

БП для питания усилителя мощности для ГМИ-11 и 2х ламп ГУ-72.

БП для питания усилителя мощности для лампы ГУ-74.

БП для всех вариантов усилителей (за исключением бестрансформаторных) собраны по схеме удвоения напряжения, что обусловлено типом применяемых для получения анодного напряжения трансформаторов. Выпрямитель анодного напряжения выполнен на четырех диодах КД210В. В практике принято для каждого плеча схемы удвоения на каждые тысячу вольт выпрямленного напряжения использовать по одному диоду, поэтому они включены последовательно по два в каждом плече. Данный тип диодов позволяет применять их в последовательном включении без шунтирования резисторами. При использовании же диодов старых типов параллельно им необходимо включить резисторы для равномерного распределения обратного напряжения (из расчета 750-1000 кОм на 1000В напряжения) зашунтировать их конденсаторами 0,01-0,05 мкФ для предохранения от электрического (не теплового!) пробоя кратковременными импульсами, по разным причинам возникающими в цепях. Как показала трехлетняя практика эксплуатации усилителей (по приведенным схемам было изготовлено несколько вариантов таких усилителей на различных лампах), в усилителях можно абсолютно спокойно применять выпрямитель с удвоением напряжения и электролитическими конденсаторами в качестве емкостной нагрузки, причем качество сигнала практически зависит только от качества сигнала применяемого передатчика. Габаритная мощность трансформатора питания может быть всего на 10-15% больше мощности, подводимой к оконечному каскаду. Кроме того, при этом его вторичная обмотка имеет в два раза меньшее число витков, а сечение провода наоборот увеличивается, что облегчает намотку трансформатора.

Величина анодного напряжения выбрана не только от типа трансформатора, но и с учетом получения большего значения величины эквивалентного сопротивления анодной нагрузки (Rэ=Ua/2la), так как при малом Rэ лампы работают с большими анодными токами (мало Ua), вследствие чего из-за увеличения требуемой мощности раскачки уменьшается КПД каскада

Учитывая применение в усилителях схемы включения ламп с общим катодом, источник обеспечивает также полный набор остальных напряжений, необходимых для работы усилителя: экранной и управляю­щей сеток, накала и служебных напряжений для питания цепей автоматики и сигнальных цепей. Несущественные различия имеются только в схеме питания накальных цепей, она выполняется в зависимости от напряжения накала конкретной лампы, при этом используются различные накальные трансформаторы. В БП применены только трансформаторы промышленного изготовления, которые прошли Государственные испытания в предельных режимах эксплуатации и обеспечивают возможность непрерывной круглосуточной работы при номинальных напряжениях и токах в жестких климатических условиях повышая тем самым надежность при эксплуатации усилителя. А. учитывая то, что средняя мощность усилителя при работе в режиме SSB составляет порядка 30% от пиковой, а пики полной мощности при этом достаточно кратковременны. с усилителя можно получить большую выходную мощность. Правда, если при этом Вы собираетесь использовать усилитель для работы цифровыми видами излучения (т.е. предполагается постоянное присутствие несущей) возможны просадки анодного напряжения непосредственно до величины {эффективной) напряжения выходной обмотки трансформатора, что приведет к появлению искажений. В данном случае выходную мощность необходимо снизить. Кроме того, сетевые обмотки этих трансформаторов содержат отводы, позволяющие использовать трансформаторы при повышенном либо пониженном напряжении питающей сети. А наличие отводов во вторичных обмотках позволяет в широких пределах варьировать величиной анодного напряжений. Все сказанное ни в коей мере не исключает Вашей инициативы по самостоятельному изготовлению трансформаторов при отсутствии возможности приобретения заводских экземпляров. Просто при их изготовлении необходимо учитывать вышесказанное. Сам расчет трансформаторов на железе ШЛ здесь не приводится, так как он неоднократно приводился в различной литературе, например, см. [2] .

Блок питания усилителя обеспечивает;

— анодное напряжение…………………………..1330 (1500) В /500 мА

— стабилизированное напряжение экранной сетки… 300 В / 50 мА

— стабилизированное напряжение управл, сетки …..100 В / 50 мА

— напряжение нахала (переменное) .. 26 В / 2,1 А (12,6 В / 7,0 А)

— напряжение питания реле………………………………..24 В / 700 мА

— напряж. питания сигнальных ламп (перемени.} … 6,3 В / 700 мА

Так как при использовании ламп ГИ-7Б в схемах с общей сеткой нет необходимости в отдельном источнике напряжения смещения (рис.1а), величину напряжения анода можно увеличить до 1500 вольт за счет использования для этой цели дополнительно включаемых последовательно обмоток 15-16 и 21-22 трансформаторов Тр.1 и Тр.2. Конденсаторы С1- С8 типа К50- 20 при этом необходимо поменять на К50-7, рассчитанные на рабочее напряжение 450 В.

Включается БП (рис.1б) нажатием кнопки S1 -ВКЛ.”. При этом питание подается только на нахальный трансформатор Тр.З. С этого же трансформатора получается напряжение для выпрямителей, питающих цепи управляющей сетки, сигнальные лампочки, реле и вентиля­тор. Использование отдельного макального трансформатора позволяет, во-первых, включать напряжение питания анода только при наличии напряжения накала и прогрева ламп, во-вторых, сразу после включения напряжения накала лампа запирается отрицательным напряжением на управляющей сетке и, в третьих, это позволяет использовать усилитель в дежурном режиме с выключением высокого напряжения при длительной работе радиостанции только на прием,

Все усилители снабжены вентиляторами для обдува ламп, что может пригодиться в жаркое время года, при работе в соревнованиях, а также при работе RTTY и PACKET. Выпрямитель для питания вентилятора (рис. 16) собран на VD15, У016иС13, С14. Конденсаторы С13. С14 — по 470 мкФ, и при этой емкости напряжение на вентиляторе при нагрузке будет равно 12 В. Для включения питания вентилятора служит кнопка S2 ВЕНТ-. Желающие могут параллельно кнопке поставить термореле [например, РБ5-2), тогда вентилятор будет автоматически включаться при достижении температуры 60°. В вариантах схемы усилителя на лампах, работающих только при принудительном охлаждении, используется вентилятор типа ВВФ71М, имеющий относительно малые габариты и достаточную производительность — 45 куб, метров воздуха в час.

В паспорте на металлостеклянные и металлокерамические лампы сказано, что охлаждение на лампы должно подаваться до включения напряжения накала и прекращаться не ранее, чем через три минуты после выключения напряжения накала. Поэтому включение блока питания в данном случае [рис.1 а, в) производится следующим образом: при нажатии кнопки 81 ВКЛ. включается только вентилятор, а служебное напряжение и напряжение накала появляются при включении кнопки S2 -НАК”, а при выключении накала вентилятор продолжает работать. Для долголетней и бесшумной работы вентилятор необходимо обязательно периодически чистить и смазывать,

Для получения анодного, экранного и напряжения смещения применены два трансформатора ТА262-127/220-50 Тр.1 и Тр.2, вторичные обмотки обоих трансформаторов включены последовательно. При нажатии кнопки S3 “АНОД” срабатывает реле К1, которое своими контактами подключает к сети (через предохранители FU1 и FU2) первичные обмотки трансформаторов, R1 и R2 служат для ограничения скачка тока заряда конденсаторов С1-С8 при включении питания усилителя, их величина 3-10 Ом, R3-R6 наоборот дли разряда С1-С8 при выключении питания. HaR9 — R13 происходит падение напряжения до напряжения стабилизации VD11-VD13, включенных в цепь экранной сетки (рис,16, в).

Резисторы RLJJ1 и RUJ2 предназначены для измерения тока анода и экранной сетки соответственно. Сопротивление резисторов зависит от типа применяемых приборов. Так, для приборов типа М2001 с то­ком полного отклонения 1,0 мА их сопротивления равны 0,28 и 2,8 Ом соответственно, при этом их шкалы будут соответствовать 500 и 50 мА, В базовой конструкции измерение тока экранной сетки не предусмотрено и резистор RUJ2 стоит на любителя.

Источник напряжения смещения управляющей сетки лампы (рис.1б, в] также выполнен по схеме удвоения напряжения на диодах VD5, VD6 и конденсаторах СЮ, СИ, далее напряжение смещения стабилизируется VD14. Переменные резисторы R22 и R23 пред­назначены для установки тока покоя ламп в режиме SSB и CW соответственно. Выбор режима производится переключателем S4 “SSB-CW”.

Для сглаживания пульсаций анодного напряжения применены электролитические конденсаторы марки К50-20. Часто в литературе пишется, что их применение в связи с тяжелым тепловым режимом внутри корпуса усилителя нежелательно и приводятся многочисленные доводы. Однако двадцатилетний личный опыт обслуживания ЭВМ типа “Минск-32-, iEC-1022- и “EC-1Q4S”, работающих круглосуточно месяцами баз выключения питания доказал, что ведут себя они очень надежно. Единственное, чего не любят эти конденсаторы — так это длительного простоя без напряжения. Так что если при первом включении усилителя или при его включении после длительного простоя (три месяца и более). Вам будут указывать на фон, не волнуйтесь — пара дней работы в эфире, и все встанет на свое место. Кроме того, конденсаторы отделены перегородкой от места установки ламп.

В розетку ХР2 в случае возникновения необходимости можно включить трансивер либо какое-нибудь вспомогательное устройство.

Разьем ХРЗ +24В (-Ч2В) может использоваться для управления коммутацией антенн или, например, питания электронного ключа,

В БП для усилителя на 2-х ГИ-7Б (рис.1 а) для получения служебного напряжения применены два конденсатора (С12, С15). Это сделано на тот случай, если Вы не достанете нужного трансформатора из серии ТН, а Вам попадется трансформатор, имеющий различные по току макальные обмотки, например ТН-56, В этом случае, чтобы получить необходимый ток накала, необходимо комбинировать обмотками, а для получения служебного напряжения Вы легко перейдете на схему удвоения, используя только одну обмотку 6,3 В, как это показано на рис.1а.1 (это касается и других схем).

2. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ СХЕМ УСИЛИТЕЛЕЙ.

Лучше всего для постройки усилителей подходят лампы, у которых вывод анода расположен отдельно от других выводов и находится сверху. При такой конструкции лампы при монтаже усилителя проще разделить друг от друга анодные, сеточные и накальные цепи, что уменьшит вероятность их взаимного влияния, а соответственно и склонность усилителя к самовозбуждению при включении.

Принципиальная схема высокочастотной части усилителей мощности приведена на рис.2

Схема анодной части базового усилите­ля является общей для всех вариантов и выполнена по схеме параллельного питания. Анодный контур представляет собой традиционный П-контур, состоящий из диапазонных катушек L4 и L5, анодного конденсатора С20. конденсатора связи с антенной С21. Единственной особенностью схемы является включение антенного входа приемника в горячий конец П-контура выходного каскада, что дало дополнительную селекцию сигнала на приеме. При таком включении появилась возможность настройки контура на передачу в холодном” режиме. Это исключило режим перенапряжения усилителя при расстроенном контуре в режиме настройки, так как она производится в режиме приема без подачи высокого напряжения и излучения сигнала в эфир, причем положения органов настройки в режиме приема и передачи практически совпадают, небольшое различие наблюдается только на диапазоне 10 метров. Чтобы лампа не шумела во время приема за счет остаточного тока через нее (иначе стабилитроны не будут работать), запирающее лампу отрицательное напряжение выбрано достаточно большим.

Предварительно проведенные эксперименты показали, что при нормированном входном сопротивлении приемника RBX равном 75 (50) Ом, емкость конденсатора связи С19, включенного в “горячий” конец контура, должна быть не менее 15 пФ. 8 противном случае сигнал на входе приемного тракта будет иметь большое затухание, однако при этом величина емкости конденсатора в диапазоне 10 метров становится соизмеримой с величиной емкости анодного конденсатора С20, что и приводит к некоторой разнице в настройках. Кроме того, суммарная емкость этих конденсаторов становится уже значительной для диапазона 10 метров, в связи с чем могут возникнуть трудности с настройкой контура на передачу, так как при передаче С19 подключается параллельно конденсатору С20, поэтому последний должен иметь как можно меньшую начальную емкость (за исключением варианта Д. рис.2а).

От применения на входе усилителя широкополосных трансформа­торов (ШПТ), повышающих входное напряжение возбуждения вдвое (для схем с общим катодом) пришлось отказаться. Были проведены многочисленные эксперименты, использовались кольца проницаемостью от 1000 до 20 ВЧ. изменялись число витков и шаг скрутки, для компенсации завала на ВЧ применялся последовательный контур, из­менялась схема включения ШПТ, и все равно были получены пример­но одни и те же результаты. На частотах выше 11 МГц амплитуда сигнала начинала падать, а на 28 МГц ее уровень был в два раза ниже уровня входного сигнала. Таким образом, выяснилось, что одним ШПТ нельзя перекрыть полосу практически в 28 МГц, чего и следовало ожидать; применяя несколько ШПТ, получаем те же входные диапазонные контуры.

Применение входных диапазонных контуров на входе усилителя значительно усложняет и удорожает его конструкцию. Это также приводит к усложнению схемы коммутации, т.к. потребуются дополнительные реле для коммутации контуров, либо механическая связь переключателей входных и выходного П-контуров.

(Продолжение следует.)

Владимир Дроган (UYOUY)

Радиохобби 4/2001

УМ на двух ГИ-7Б.

КВ усилитель мощности на двух лампах ГИ-7Б.

Усилитель с использованием двух ламп ГИ-7Б выполнен по традиционной схеме. Несмотря на то, что данная лампа разработана для работы в импульсном режиме при анодной модуляции, при подаче напряжения возбуждении в катод лампы, и условии использования только левой части анодно-сеточных характеристик и принятии дополнительных мер согласования каскадов по сопротивлению, удается получить удовлетворительную линейность усиления благодаря эффекту возникновения автоматической обратной связи по току.

Блок усилителя.

Конструкция усилителя проста и дополнительных пояснений не требует. На рис.1 приведена электрическая принципиальная схема блока усилителя мощности. При проектировании усилителя была предпринята попытка уменьшить вдвое эквивалентное сопротивление ламп на частоте 29,7 МГц. В виду того, что полученное эквивалентное сопротивление ламп достаточно высоко, реализация индуктора с достаточно высоким КПД для диапазона 10 м не представляется возможным. Для этого были использованы два дополнительных индуктора — L2, L3. Входное сопротивление катодной части усилителя при максимальном входном сигнале равно 43 Ом, то есть близко к 50 Ом. Однако вопреки бытующему мнению, обойтись без дополнительного согласования выходного каскада трансивера с входной частью усилителя невозможно.

Электронно-вакуумные приборы представляют собой реактивную нагрузку. А это значит, что входное сопротивление лампы изменяется с изменением уровня напряжения возбуждения и соответственно с изменением протекающего через лампу тока. Т.е. при максимальном напряжении возбуждения в катод, отрицательной полуволной сигнала, будет получено минимальное входное сопротивление, равное в данном случае 43 Ом. При минимальном уровне напряжения входное сопротивление лампы становится чрезвычайно большим, обусловленным током покоя и статическими параметрами лампы. При переходе уровня сигнала возбуждения на положительную полуволну, входное сопротивление лампы стремится к бесконечности и будет, практически, определятся межэлектродными емкостями и частотой сигнала возбуждения.

В таких условиях ни использование согласующих трансформаторов, ни автоматические антенные тюнеры современных трансиверов не в состоянии обеспечить согласование трансиверов с выходными каскадами. Игнорирование необходимости принятия дополнительных мер для согласования трансивера с усилителем ведет к нарушению линейной работы выходного каскада трансивера и возникновению повышенного уровня интермодуляционных искажений в самом усилителе.

Основные параметры ламп в используемом усилителе:

  • Напряжение анода лампы, В ………………….. 2500
  • Напряжение накала, В ………………………. 12,6… 13,2
  • Максимальный анодный ток ламп, А…………..0,7
  • Ток покоя, мА……………………………………50

Высоковольтный блок питания.

На рис.2 приведена электрическая принципиальная схема высоковольтного блока питания. Высоковольтный блок питания выполнен в отдельном корпусе, с минимально возможным числом компонентов. Для ограничения зарядного тока конденсатора фильтра, включение выполнено по двухступенчатой схеме. Высокое напряжение от блока питания к усилителю подается через коаксиальные разъемы и коаксиальный кабель. В целях повышения безопасности экранная оплетка кабеля соединена с корпусом блока питания и усилителя. Мощность трансформатора для работы только в режиме SSB должна быть не менее 1 кВт.

Если предполагается использовать все виды модуляции, мощность трансформатора должна быть не менее 1,5 кВт. Выходное напряжение блока питания должно быть при отдаваемом токе 50 мА (ток покоя усилителя) не менее 2500 В. Для уменьшения опасности возникновения перенапряжений, на выходе блока питания, связанных с переходными процессами во время эксплуатации усилителя и холостым ходом трансформатора, на выходе фильтра установлено нагрузочное сопротивление R4. Кратковременные перенапряжения могут достигать значительных величин и вызывать возникновение дуги внутри корпуса лампы.

При вводе в работу усилителя необходимо помнить, что при установке новой лампы или если она не использовалась более 3-х месяцев, необходимо начинать ее использование при пониженной генерируемой мощности. Только убедившись, что лампы восстановили вакуум и стабильны, следует переходить на использование усилителя при максимальной выходной мощности. Практика показала, что первое время при вводе ламп в эксплуатацию, рекомендуется использовать их в течение какого то времени примерно на 50% отдаваемой мощности. После чего, постепенно, если не возникает электрических пробоев, лампы вводятся на полную расчетную мощность. Наиболее ответственным в этот период является момент настройки выходного контура в резонанс при помощи КПЕ со стороны анодов ламп, т.к. это соответствует возникновению максимального суммарного напряжения на аноде. Контроль за режимом ламп осуществляется с помощью миллиамперметра в цепи питания управляющих сеток.

При резонансе контура и достаточной мощности возбуждения возникает максимальная амплитуда переменного напряжения на аноде, в связи с чем остаточное напряжение на аноде становится ниже минимально допустимого, в результате возникает эффект перехвата электронного потока сетками ламп. Управление этим процессом осуществляется своевременным увеличением передачи мощности в нагрузку с помощью выходного переменного конденсатора Pi-контура или регулированием мощности возбуждения усилителя. И то и другое ведет к уменьшению переменного напряжения на аноде и вместе с этим к уменьшению тока управляющих сеток.

Схема управления

Блок управления усилителем выполнен по упрощенной схеме, и не имеет каких либо особенностей. На рис.3 приведена электрическая принципиальная схема блока управления. Стабилизатор +27В выполнен на ИМС КРЕН12А. Для выбора рабочей точки ламп использована схема на транзисторах VT2, VT3. Предохранитель FU2, предотвращает повреждение ламп и полупроводниковых приборов в катодной части ламп в случае возникновения разряда внутри корпуса лампы. На транзисторе VT4 выполнена схема защиты по току управляющей сетки лампы. Ток отсечки выбирается меньше максимального тока одной лампы, так как изначально предполагается использовать только левую часть анодно-сеточных характеристик ламп. Данная мера обеспечит так же защиту обеих ламп по токам сеток.

Элементы схемы управления коммутационных реле на транзисторе VT1 обеспечивают необходимую последовательность переключения реле. При срабатывании защиты по току сетки ламп, функция «reset» выполняется выключением и повторным включением выключателя S3 «Standby». Реле К1 уменьшает электродинамические нагрузки на компоненты схемы и накальные цепи ламп. Задержка составляет 1…2с. Неоновые лампы установленные в выключателях, представляют собой нелинейные элементы, которые снимают возникающие перенапряжения в цепях обусловленные переходными процессами.

Согласование усилителя с нагрузкой

Согласование усилителя с нагрузкой не отличается от типовой. На вход усилителя подается сигнал возбуждения, примерно 30% от необходимого для полного возбуждения. При полностью введенном роторе конденсатора Pi-контура со стороны антенны, вращением ротора конденсатора Pi-контура со стороны анодов ламп, находится резонанс контурной системы. Резонанс определяется по максимальному току управляющих сеток. Если ток сеток отсутствует или имеется обратный ток, то необходимо увеличить мощность возбуждения.

Получив максимум сеточного тока, который не должен превышать максимально допустимого, необходимо выводить пластины конденсатора со стороны подключения антенны, подавая тем самым запасенную контуром мощность в нагрузку. При этом необходимо контролировать, каким либо методом, мощность, отдаваемую в фидер. При полученном максимуме передачи энергии в фидер, ток экранной сетки будет стремиться к минимуму. После чего можно увеличить снова мощность возбуждения и повторить процедуру. Это делается до тех пор, пока не будет получен максимальный анодный ток при минимальном токе управляющих сеток и полной мощности в фидере.

ALC

Определив необходимую максимальную мощность возбуждения, можно установить порог срабатывания ALC резистором R7 расположенным в блоке усилителя.

Детали

В данном усилителе были использованы следующие коммутационные реле. Реле, которые были использованы в высоковольтном блоке питания:

  • К1 РПУ-ОУХЛ4 220/8А;
  • К2 РПУ-ОУХЛ4 24-27/8А;

Реле, которые были использованы в схеме управления:

  • К1 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;
  • К2 РЭС22 паспорт РФ4.523.023-00;
  • КЗ РПВ2/7 паспорт РС4.521.952;
  • К4 РЭВ14 паспорт РФ4.562.001-00;
  • К5 РЭС9 паспорт РС4.529.029-00;

Основные параметры усилителя на двух лампах ГИ-7Б

При расчете привязка сделана к напряжению на анодах ламп (2500 В) и току покоя для двух ламп (0,05 А). Расчет линейного усилителя производился при помощи программы «RF Amplifier’s Developer 2001».

Результаты расчета параметров анодной цепи усилителя для одной лампы

  • Анодное напряжение лампы, В ……………………………………………………………….. 2500
  • Максимально допустимое напряжение сетки, В ……………………………………………… 80
  • Анодный ток лампы в режиме несущей, А…………………………………………………… 0,35
  • Ток покоя лампы, А…………………………………………………………………………… 0,025
  • Угол отсечки анодного тока, град…………………………………………………………….. 96,41
  • Максимальный ток анода, А ………………………………………………………………….. 1,034
  • Максимальный анодный ток первой гармоники, А…………………………………………. 0,531
  • Усиление лампы при минимальном остаточном напряжении………………………………. 4,308
  • Коэффициент напряженности режима лампы……………………………………………….. 0,904
  • Амплитудное значение переменного напряжения генерируемого анодом лампы, В……… 2260
  • Минимальное остаточное напряжение на аноде, В………………………………………….. 240
  • Максимальная амплитуда суммарного напряжения на аноде, В………………………….… 4160
  • Колебательная мощность на аноде лампы, Вт……………………………………………….. 600,03
  • Коэффициент для SSB сигнала с учетом пикфактора (р-4) ………………………………… 0,35
  • Средняя колебательная мощность SSB сигнала, Вт ………………………………………… 73,504
  • Максимальная мощность, подводимая к аноду, Вт………………………………………… 875
  • Средний КПД лампы для SSB сигнала………………………………………………………..0,23
  • Средняя подводимая к аноду мощность, Вт………………………………………………… 319,583
  • КПД лампы …………………………………………………………………………………… 0,686
  • Максимальная мощность, рассеиваемая на аноде, Вт ……………………………………… 274,97
  • Средняя мощность, рассеиваемая на аноде, Вт …………………………………………… 246,079
  • Мощность, рассеиваемая на аноде при токе покоя, Вт …………………………………… 62,5
  • Эквивалентное сопротивление анодной цепи лампы, Ом………………………………… 4256

Параметры для второй гармоники

  • Пиковый анодный ток второй гармоники, А ………………………………………………….0,194
  • Колебательная мощность второй гармоники, Вт……………………………………………. 219,22
  • Эквивалентное сопротивление анода для второй гармоники, Ом …………………………. 11649

Параметры для третьей гармоники

  • Пиковый анодный ток третьей гармоники, А………………………………………………… 0,032
  • Колебательная мощность третьей гармоники, Вт……………………………………………. 36,16
  • Эквивалентное сопротивление анода для третьей гармоники, Ом ………………………… 70625

При определении основных параметров для двух ламп, выбранный параметр необходимо увеличить или уменьшить в 2 раза исходя из математической логики.

Результаты расчета дополнительного анодного контура для снижения эквивалентного сопротивления лампы вдвое на частоте 29,7 МГц

  • Эквивалентное сопротивление анода лампы, Ом…………………………………………… 4256
  • Сопротивление трансформации, Ом………………………………………………………… 2128
  • Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………………………… 10
  • Выходная емкость лампы, пФ …………………………………………………………………. 4,5
  • Q — нагруженное значение…………………………………………………………………….. 12
  • Частота, МГц………………………………………………………………………………….. 29,7
  • Индуктивность, мкГн…………………………………………………………………………… 2

Таблица 1.

Частота, МГц

1,85

3,6

7,05

10,12

14,15

18,1

21,2

24,9

Cin, пФ

374

163

55

30

30

30

30

30

L, мкГн

19,03

9,78

4,99

3,12

1,63

1

0,73

0,53

Cout, пф

2251

1157

591

491

533

552

558

564

Q

12

12

12

13,6

19,1

24,6

28,0

33,9

 

Индуктор выполняется из посеребренной медной трубки диаметром 6 мм. Требование к конструкции — высокая добротность ненагруженного индуктора. Результаты расчета значений элементов анодного П-контура усилителя для диапазонов 160…12 м (для двух ламп) приведены в табл.1.

В ходе расчета были использованы следующие исходные данные:

  • Эквивалентное сопротивление анодов ламп, Ом…………………………………………………. 2126
  • Сопротивление нагрузки контура, Ом………………………………………………………….… 50
  • Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………………………………..20
  • Выходная емкость ламп, пФ…………………………………………………………………….…..9
  • Минимальное значение емкости анодного КПЕ + запас емкости для настройки, пФ………… 30
  • Q — нагруженное значение………………………………………………………………………….12

Таблица 2.

Частота, Мгц

1,85

3,6

7,05

10,12

14,15

18,1

21,2

24,9

28,6

L, мкГн

17,43

8,18

3,39

1,49

1,2

0,58

0,32

0,12

0,43

L, мкГн +20%

20,92

9,82

4,07

1,79

1,44

0,7

0,38

0,14

0,52

Диаметр каркаса, мм

50

50

50

50

40

40

40

40

40

Диаметр провода, мм

1,5

1,5

1,5

1,5

6

6

6

6

6

Расстояние между витками, мм

3

3

3

3

8

8

8

8

8

Количество витков

30

16,5

8,8

5,2

7,4

4,3

2,9

1,6

3,6

 

Параметры выходного П-контура из 3-х соединенных последовательно индукторов приведены в табл. 2. Влияние элементов металлического шасси на индукторы было принято равным 20%.

Результаты расчета анодного П-контура усилителя для диапазона 10м (для двух ламп)

  • Частота, МГц ………………………………………….29,7
  • Емкость конденсатора Сinp пФ ……………………… 30
  • Индуктивность катушки, мкГн ……………………….0,43
  • Емкость конденсатора Couf пФ ……………………… 352
  • Q полученное………………………………………….19,1

При этом были использованы следующие исходные данные:

  • Эквивалентное сопротивление анодов ламп, Ом ………………………1063
  • Сопротивление нагрузки контура, Ом…………………………………. 50
  • Паразитная емкость монтажа, пФ…………………………………………20
  • Минимальное значение емкости анодного КПЕ + запас емкости для настройки, пФ……………30

Таблица 3.

Частота, Мгц

1,85

3,6

7,05

10,12

14,15

18,1

21,2

24,9

29,7

Cin, пФ

2677

1355

670

454

312

234

193

158

126

L, мкГн

3,69

1,89

0,97

0,67

0,48

0,38

0,32

0,27

0,23

Cout, пф

2838

1458

745

519

371

290

248

211

177

 

Результаты расчета входных согласующих П-контуров усилителя приведены в табл. 3. При этом были использованы следующие исходные данные:

  • Входное сопротивление контуров, Ом ………………………….50
  • Выходное сопротивление контуров, Ом ………………………..43
  • Паразитная емкость монтажа, пФ………………………………20
  • Входная емкость ламп, пФ……………………………………… 24
  • Q — нагруженное значение………………………………………3

Таблица 4.

Частота, Мгц

1.85

3,6

7.05

10.12

14.15

18.1

21.2

24.9

28.6

L, мкГн

3,69

1,89

0,97

0,67

0,48

0,38

0,32

0,27

0,24

L, мкГн + 20%

4,43

2,27

1,16

0,8

0,58

0,46

0,38

0,32

0,29

Внутренний диаметр L, мм

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Диаметр провода L, мм

1

1

1

1

1

1

1

1

1

Расстояние между витками L, мм

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

1,5

Количество витков L

20

11,9

7,5

5,8

4,7

4,1

3,7

3,3

3,1

Q нагруженная

34

41

47

50

52

53

54

55

56

КПД

0,91

0,93

0,94

0,94

0,94

0,94

0,94

0,95

0,95

Перекрытие, кГц

617

1200

2350

3373

4717

6033

7067

8300

9533

 

В табл. 4 приведены параметры индукторов входных П-контуров для каждого диапазона. Влияние металлических частей шасси на индукторы было принято равным 20%. Несмотря на большое перекрытие по частоте, особенно на верхних диапазонах, реальное согласование по сопротивлению возможно только в пределах одного диапазона. При использовании одного фильтра для двух и более диапазонов, необходимо применять сложные элептические фильтры.

Cкачать схемы усилителя мощности — zip 730kb.

Г. Мансуров, (YL2QM).

КВ усилитель мощности для любительских радиостанций

КВ усилитель для эксплуатации на любительских радиостанциях с высокой выходной мощностью


КВ усилитель, о котором пойдет речь в данной статье, предназначен для эксплуатации на любительских радиостанциях первой категории во время проведения соревнований на коротких волнах. В связи с высокой выходной мощностью кв усилителя для законной его эксплуатации необходимо специальное разрешение соответствующих органов связи.

Усилитель имеет существенные отличия от ранее опубликованных мною и другими авторами схем аналогичных конструкций:

    1. Высокая выходная мощность кв усилителя влечет за собой большое потребление энергии по сети ~220V. В связи с этим просадка напряжения сети увеличивается до недопустимых величин, что существенно влияет на качество излучаемого радиостанцией сигнала. Имеется ввиду нестабильность напряжений смещения лампы и напряжения экранной сетки.Примененная в данной конструкции лампа ГУ-84Б обеспечивает высокую линейность усиленного сигнала только в случае высокой стабильности двух указанных напряжений. Просадка напряжения сети влечет за собой достаточно большие изменения этих напряжений даже в случае применения высококачественных стабилизаторов.Решением данной проблемы явилось применение двухступенчатых стабилизаторов питания управляющей и экранной сеток, что дало возможность удерживать значения напряжений в соответствии с требованиями паспортных данных лампы.
    2. Данный кв усилитель снабжен высокоэффективной защитой от перегрузок, которая срабатывает в случае перегрузки усилителя входным сигналом, увеличения КСВ в антенно-фидерной системе, неправильной настройки выходного П-контура и т.д.
    3. Применение автоматической регулировки тока покоя лампы по огибающей позволило уменьшить обдув лампы, т.к. в паузах между посылками телеграфных и телефонных сигналов лампа находится в закрытом состоянии. Таким образом удалось уменьшить шум вентиляторов до минимума.
    4. Кроме того, применение термостатированного управления потоком охлаждающего лампу воздуха позволило достичь небольшого комфорта при работе с усилителем.

Технические характеристики:

  • Частотный диапазон : 1.8 — 28 мГц включая WARC диапазоны.
  • Выходная мощность : 1500 Вт для CW и SSB, 700 Вт для RTTY и FM, кратковременно — до 1000 Вт.
  • Входная мощность — до 35Вт.
  • Входной и выходной импеданс -50 Ом.
  • Интермодуляционные искажения -36Дб при номинальной выходной мощности.

Принципиальная схема

КВ усилитель построен по классической схеме с общим катодом и последовательным питанием выходного П-контура.

Входной сигнал от трансивера подается на разъем «INPUT», встроенный в кв усилитель (см. Рис 1). Далее, через реле обхода и фильтр низких частот — на управляющую сетку лампы. Фильтр нижних частот настроен на частоты 1.7-32 мГц. Кроме того, на управляющую сетку лампы через трансформатор TR1 и измерительный прибор РА1 подается напряжение смещения «BIAS». Трансформатор TR1 выполняет двоякую роль: через него еще подается напряжение ALC на трансивер.

Величина тока анода лампы измеряется прибором РА2, который измеряет величину напряжения на конструктивных (встроенных в панель лампы) резисторах R5-R12. Величина этого напряжения пропорциональна величине анодного тока лампы.

На экранную сетку лампы подается стабилизированное напряжение +340В через контакты реле К3, токоограничивающий резистор R18 и измерительный прибор РА3 с нулем посередине.

Кроме того, в цепи экранной сетки установлены варисторы СН2-2, которые замыкают цепь сетки на корпус в случае превышения напряжения сетки больше +420В. В этом случае перегорает предохранитель FU2. Это одна из многих цепей защиты лампы. С помощью реле К3 напряжение +340В подается на лампу только в режиме передачи.

Усиленный лампой сигнал выделяется в П-контуре L1C1L2C2 и подается через контакты выходного реле К2 и измерительный трансформатор ТА1 в антенну. Конденсаторы С55, С56 и С57 дополнительные к С2 на низкочастотных диапазонах, конденсаторы С38 и С39 разделительные, дроссели Dr1 и Dr2 — антипаразитные. Подключение дополнительных конденсаторов осуществляется с помощью замыкателей RL8-RL10.

Напряжение анода +3200В подается на анод лампы через предохранитель FU3, контакты реле К5 «Анод», безиндукционный резистор R22, анодный дроссель L5 и катушки П-контура L2 и L1.

С помощью измерительного прибора PV1 осуществляется измерение выходной мощности, которую выдает кв усилитель. Фактически указанный прибор измеряет выходное напряжение усилителя, которое пропорционально выходной мощности. Данное напряжение снимается с антенной цепи с помощью трансформатора ТА1. В антенной цепи присутствует реле К4, которое призвано коммутировать две антенны.

Переключение диапазонов осуществляется замыкателями RL1-RL7. Диоды VD7-VD12 обеспечивают замыкание неработающих витков катушки П-контура при работе усилителя на высокочастотных диапазонах. Охлаждение лампы осуществляется с помощью вентилятора М1, который установлен в подвале лампы и охлаждает лампу в направлении катод-сетки-анод. Вентилятор питается от отдельного выпрямителя на трансформаторе TV3 через фильтр TV1C24C25TV2C26C27.

Фильтр предназначен для ограничения проникновения в цепи питания вентилятора высокочастотных наводок с П-контура. С помощью резистора R29 осуществляется регулировка количества оборотов вентилятора. Система охлаждения оснащена термостатом для автоматического регулирования мощности воздушного потока в зависимости от температуры лампы.

Датчик температуры размещен в воздушном потоке со стороны анода лампы. Второй вентилятор вытягивает горячий воздух из лампового отсека (на схеме не показан), третий — охлаждает высоковольтный выпрямитель. Все напряжения, необходимые для питания лампы, кроме анодного, заведены в подвал лампы через проходные конденсаторы С13-С23 для ослабления связи сетка-анод.

Детали, размещенные в подвале лампы, очерчены пунктирной линией на схеме.

Лампочки EL1-EL4 осуществляют подсветку приборов.

Схема низковольтного блока питания приведена на Рис.2 и выполнена на двух стандартных (стандарт СССР) трансформаторах TR1-ТСТ-125 и TR2-ТПП-322. Трансформатор ТR2 осуществляет питание накала лампы при надлежащем соединении обмоток(указано на схеме). Трансформатор TR1 обеспечивает питание экранной и управляющей сеток, микросхем стабилизатора управляющей сетки и реле, которые осуществляют переключение режима «прием-передача».

Выпрямители этих напряжений установлены на плате 1. Кроме того, на этой плате установлены стабилизаторы напряжений управляющей и экранной сеток, которые осуществляют первую ступень стабилизации. Узел, размещенный на плате 2, осуществляет динамическую стабилизацию напряжения управляющей сетки, которое изменяется от -95В при отсутствии входного высокочастотного сигнала от трансивера, до -45В при наличии входного сигнала от трансивера.

Другим словами, в паузе между посылками телеграфного сигнала, или между словами в однополосном сигнале, на управляющей сетке напряжение -95В и лампа заперта этим напряжением, при наличии посылки телеграфного сигнала, или звука при работе в однополосном режиме, на управляющей сетке напряжение -55В и лампа в этот момент открыта. Стабилизатор выполнен на микросхемах UA741 и транзисторах IRF9640 и КТ829А.

На плате 3 размещена вторая ступень стабилизатора напряжения экранной сетки, которая выполнена на операционном усилителе UA741 и мощном полевом транзисторе IRF840. В нижней части платы на транзисторах VT4-KT203, VT5-KT3102 и VT6-KT815 размещена система, защищающая кв усилитель от перегрузок. Принцип работы данной системы состоит в измерении тока экранной сетки лампы и отключения высокого напряжения и напряжения коммутации «прием-передача» при превышении установленного с помощью резистора R32 порога срабатывания защиты.

В данном случае порогом срабатывания защиты является ток экранной сетки лампы величиной в 50 мА. Эта величина является паспортным значением тока при котором лампа ГУ-84Б отдает максимальную мощность. Для возврата системы защиты в первоначальное состояние, после устранения неисправностей, которые вызвали превышение установленного тока сетки, служит кнопка «RESET».

На плате 4 размещен формирователь напряжения «прием-передача». Он представляет собой ключ, который выполнен на транзисторе VT7-KT209 и срабатывает при замыкании на «землю» контакта RX/TX.

Высоковольтный блок питания изображен на Рис.3 и особенностей не имеет. Напряжение сети ~220В подается через фильтр TV1C1C2C3C4 и контакты пускового реле К1 на первичную обмотку трансформатора TV2. Реле К2 совместно с мощным резистором R4 осуществляет мягкий пуск выпрямителя. Необходимость этого вызвана применением в фильтре выпрямителя конденсатора большой емкости С6, для первоначальной зарядки которого требуется мощный импульс тока.

С помощью токового трансформатора TV4 и амперметра РА1 измеряется ток, потребляемый от сети ~220В. Вольтметр PV1 измеряет величину анодного напряжения. Поскольку величина анодного тока лампы достигает 2А была применена система охлаждения блока на вентиляторе М1, питание которого осуществляется от отдельного выпрямителя.

Конструкция и детали

Конструктивно кв усилитель располагается в двух блоках (фото1) — блок высоковольтного выпрямителя и сам усилитель с низковольтными источниками питания. На передней панели высоковольтного выпрямителя установлены два прибора, которые измеряют ток, потребляемый от сети, и величину анодного напряжения, а также кнопка включения блока.
Внутренний монтаж блока приведен на фото 2 и фото 3.

На передней панели кв усилителя установлены приборы для измерения тока управляющей сетки, тока экранной сетки, тока анода и выходной мощности кв усилителя, ручки настройки конденсаторов С1 и С2 П-контура, переключатель диапазонов и кнопки управления. На задней панели размещены разъемы для присоединения двух антенн, подачи входного сигнала, подачи высокого напряжения, коммутации усилителя с помощью трансивера, или отдельной педали, подачи ALC и предохранители FU1, FU2 и FU4. Внутренний монтаж усилителя приведен на фото 4.

Низковольтные выпрямители выполнены в виде съемного блока, который показан на фото 5. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 размещены на радиаторах площадью 25 кв.см., стабилитроны VD4-VD7 — на радиаторах площадью 30 кв.см.

Обмоточные данные:

  • L1- 9 витков медной посеребренной трубки диаметром 9 мм на оправке диаметром 60 мм. Шаг намотки равен диаметру трубки и может корректироваться в процессе настройки. Отводы от 3-го витка для диапазона 28 мГц, 4-го витка-24 мГц, 5-го витка-21 мГц, 7-го витка-18 мГц;
  • L2 — 25 витков медного посеребренного провода диаметром 3 мм на крестообразном каркасе диаметром 50 мм. Отводы от 3-го витка для диапазона 10 мГц, 7-го витка-7 мГц, 12-го витка-3.5 мГц.
  • L3 и L4 — по 8 витков медного посеребренного провода диаметром 0.6 мм на оправке 9 мм. Шаг намотки равен диаметру провода и может корректироваться в процессе настройки;
  • L5 — анодный дроссель от радиостанции Р-140;
  • Dr1 и Dr2 — антипаразитные дроссели — содержат по 3 витка нихромового провода диаметром 3 мм на оправке 10 мм;
  • ТА1-антенный трансформатор, вторичная обмотка содержит 10 витков провода ПЭЛШО-0.5 на ферритовом кольце М2000 типоразмера 32*18*6. Первичной обмоткой служит антенный провод протянутый через внутреннее отверстие кольца;
  • TR1-трансформатор смещения- выполнен в виде «бинокля» на ферритовых кольцах М2000 типоразмера 10*5*4 по 5 колец в столбике. Первая обмотка имеет 4 витка провода МГТФ-0.07 и через нее подается напряжение смещения управляющей сетки, вторая — один виток такого же провода, через нее подается напряжение ALC в трансивер, третья обмотка — 1 виток медной трубки, через нее подается напряжение смещения на операционный усилитель, а также переменное напряжение, пропорциональное высокочастотному входному сигналу, которое в дальнейшем управляет всем стабилизатором напряжения управляющей сетки.

Конденсаторы С38 и С39 обязательно типа К15У на напряжение 10-12 кВ, С1 — вакуумный на напряжение 4 кВ, С2 — с воздушным зазором не менее 1 мм. С40 и С41 типа КВИ на напряжение 10-12 кВ. С55, С56 и С57 типа КВИ на напряжение 1-2 кВ.

Резисторы R3 и R22 обязательно безиндукционные типа МОУ.

Типы реле указаны на схемах.

Обмоточные данные трансформаторов не приводятся, так как все примененные трансформаторы стандартные за исключением высоковольтного, который был изготовлен на заказ по технологии «TORNADO» исходными данными для которого были:

  1. Напряжение питания ~220В, что является напряжением первичной обмотки.
  2. Напряжение вторичной обмотки ~2600В при токе до 2А.

Настройка усилителя

Данный кв усилитель является достаточно сложным устройством, поэтому настройка должна проводиться очень тщательно и аккуратно. Лампа накаливания в качестве эквивалента нагрузки категорически не подходит поскольку ее сопротивление резко меняется в зависимости от степени накаливания и такая нагрузка является скорее реактивной, нежели активной.

Этап 1. Регулировка и настройка всех источников питания.

Все выпрямители должны выдавать напряжения указанные на схеме. Невысокие требования предъявляются к выпрямителям, которые питают вентиляторы и обмотки реле. Здесь разброс напряжений может изменяться в пределах +-10% от номинального.

Напряжения, питающие вентиляторы, выбираются в зависимости от имеющихся в наличии вентиляторов. Главный вентилятор М1 на Рис.1 типа «улитка» должен обеспечивать подачу в ножку лампы не менее 200 куб.м воздуха в час.

От его правильной работы зависит состояние «не очень дешевой» лампы. Если при отказе двух остальных вентиляторов усилитель будет долго сохранять работоспособность, то при отказе М1 усилитель замолчит надолго. В данной конструкции применен вентилятор , который потребляет ток 3А при напряжении 27В. Такие величины тока и напряжения должен обеспечивать трансформатор TV3 и диоды VD.

Стандартный термостат Т419-М1 позволяет устанавливать температуру срабатывания до 200 градусов. При первой регулировке устанавливаем температуру срабатывания 40 градусов. Подогревая паяльником датчик температуры, убеждаемся в том, что реле срабатывает. Следующая проверка состоит в нагревании датчика температуры лампой при включенном одном только накале. Убедившись в том, что реле четко срабатывает, переходим к следующему выпрямителю.

Второй вентилятор плоский, компъютерный диаметром 120-150мм. Он установлен в усилителе над лампой. В усилителе установлен такой вентилятор на напряжение +24В и потребляемый ток до 0.5А. Третий вентилятор установлен в высоковольтном блоке питания, также компъютерный, но на напряжение +12В и ток до 0.3А. Сответствующее напряжение и ток должен обеспечивать выпрямитель трансформаторе TV3 на Рис.3. Кроме того, на этот выпрямитель нагружено реле задержки К2 и индикаторная лампа, что необходимо учесть при выборе TV3.

Напряжение коммутации «прием-передача» +24VTX формируется с напряжения +24V, которое обеспечивает трансформатор TR1. Ток, потребляемый по этой цепи до 1А. Для питания обмоток замыкателей переключения диапазонов используется второй выпрямитель на +24V с током до 5А. Напряжение питания экранной сетки лампы обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD1. На вход матрицы подается переменное напряжение 350В с одной из вторичных обмоток трансформатора TR1.

После выпрямления и фильтрации напряжение величиной +490В подается на первую ступень стабилизации — резистор R1 и стабилитроны VD4-VD6. Стабилизированное напряжение +430В подается на вход второй ступени стабилизации выполненной на микросхеме DA5 и мощном полевом транзисторе VT3. Уровень стабилизированного напряжения устанавливается с помощью переменного резистора R20. Окончательно установленная величина должна равняться +340В.

Правильно отрегулированный стабилизатор должен обеспечивать такое напряжение при нагрузке до 60 мА. В противном случае необходим подбор величин резисторов R26 и R27. Напряжение питания управляющей сетки обеспечивается выпрямителем на диодной матрице VD2 и после стабилизации первой ступенью оно равняется -100В. Ток потребления по этой цепи составляет не более 10 мА.

Далее, это напряжение стабилизируется с помощью динамического стабилизатора на двух операционных усилителях DA2 и DA3 и двух транзисторах VT1 и VT2. Начальный ток лампы устанавливается резистором R13 и он должен равняться 50 мА. В этот момент напряжение смещения на управляющей сетке лампы должно быть равно -90-95В.

Величина этого напряжения зависит от экземпляра лампы, где, вследствие разброса параметров лампы эта величина может меняться на 10-15%. При появлении высокочастотного сигнала напряжение смещения уменьшается до 45-55В, что соответствует току покоя лампы в 400-500 мА. При соответствии всех узлов питания указанным выше требованиям переходим к следующему этапу.

Этап 2. Настройка входной части. Она заключается в подборе величин индуктивностей L3 и L4, а также величин емкостей С3 и С4 до получения КСВ на входе не превышающего 1.2 на всех диапазонах. Этот этап настройки проводится при вставленной в панельку лампе. Входной сигнал поступает от трансивера при малой мощности 5-10 Вт. Напряжения на лампу не подаются.

Внимание! Перед первой подачей на лампу анодного напряжения необходимо провести тренировку лампы! В противном случае лампа выйдет со строя! Процесс тренировки лампы описан в заводской этикетке на лампу.

Этап 3. Настройка П-контура. Для успешного проведения этого этапа необходим безиндукционный эквивалент нагрузки величиной 50 Ом и мощностью 1.5-2 кВт. Для этого хорошо подходит эквивалент нагрузки от радиостанции Р-140. Кроме этого необходим высокочастотный вольтметр для измерения напряжений до 300В. И, конечно, трансивер с которым в дальнейшем будет работать усилитель. UW3DI для этой цели почти не подходит, хотя при определенной настойчивости и целеустремленности можно обойтись и этим.

Включаем усилитель, 3-4 мин. прогреваем лампу, переводим усилитель в режим «передача» и подаем от трансивера несущий сигнал величиной 5-10 Вт. Проводим эту процедуру на диапазоне 14 мГц при подключенном в антенный разъем усилителя эквиваленте нагрузки с высокочастотным вольтметром и подачей всех напряжений на лампу. Вращением ручек конденсаторов С1 и С2 добиваемся максимума показаний вольтметра. В случае если максимум показаний вольтметра отсутствует необходимо изменить количество витков катушки П-контура.

При правильной настройке П-контура провал анодного тока составляет 10-15% от максимального и он совпадает с максимумом показаний измерителя выходной мощности, а также высокочастотного вольтметра. При увеличении емкости С2 величина провала анодного тока увеличивается, при уменьшении — уменьшается. При подаче на вход усилителя номинальной входной мощности, которая составляет 30-35 Вт, появится ток экранной сетки.

Его величина зависит от величины емкости конденсатора С2: при увеличении С2 увеличивается ток экранной сетки, при уменьшении С2 — ток уменьшается. Таким образом возможно установить ток экранной сетки равным 50 мА. В этом случае выходная мощность усилителя будет максимальной. Дальнейшее увеличение мощности возбуждения влечет за собой появление тока управляющей сетки.

Согласно документации на лампу ГУ-84Б допускается увеличение этого тока до 5 мА. В этом случае лампа отдаст максимальную неискаженную мощность. Как показывает практика, лучше в этот режим не заходить потому, что отмечается появление повышенного уровня интермодуляционных искажений и некоторое расширение полосы излучаемого сигнала.

При подаче номинального уровня раскачки 30-35 Вт мы должны получить напряжение на эквиваленте нагрузки 270-280 В, что соответствует мощности в 1500 Вт. Аналогичные процедуры необходимо провести на всех остальных диапазонах. На диапазонах 21, 24 и 28 мГц допустимо снижение выходной мощности до 1100-1200 Вт.

Источник: radiokot.ru

РАДИО для ВСЕХ — Стабилизированный блок питания для ламповой техники

Стабилизированный транзисторный блок питания для ламповых радиоприёмников, трансиверов и пр. ламповой техники с широким диапазоном выходных напряжений

Напряжения питания ламповой аппаратуры (анодное и накальное) желательно стабилизировать. Это позволит получить не только хорошую стабильность параметров, кардинально решить проблему фона, но, и это тоже важно, обеспечить стабильные режимы ламп, а значит их нормальную работу и долговечность, при изменении напряжения электросети в широких пределах, что в наших условиях отнюдь не редкость, особенно в зимнее время. Современные компоненты позволяют создать эффективные, надежные и при этом достаточно простые схемные и компактные конструктивно решения анодного и накального стабилизаторов.

Предлагаемый вашему вниманию стабилизатор анодного и накального напряжений создан на основе хорошо зарекомендовавшей себя схемы разработтанной Сергеем Эдуардовичем Беленецким (US5MSQ), подробной описанной в его статье здесь

Для большей универсальности применения и повышенной надёжности в нём применены более мощные и высоковольтные транзисторы, в анодном стабилизаторе улучшена схема защиты от перегрузки по току и предусмотрена защита от превышения рассеиваемой мощности. В накальном стабилизаторе для лучшей повторяемости вместо довольно редкого по нынешним временам и имеющего большой разброс параметров полевого транзистора КП103 применён биполярный.

Схема блока питания приведена здесь и на рисунке выше. Для снижения мультипликативного фона диоды всех выпрямителей шунтированы керамическими конденсаторами. Анодный стабилизатор выполнен на высоковольтных транзисторах VT2,0VT1. Регулирующий транзистор 0VT1 включен по схеме с ОИ, что обеспечивает не только большое усиление в петле регулирования, и, следовательно, достаточно большой коэффициент стабилизации (не менее), но и очень малое допустимое падение напряжение на регулирующем транзисторе (порядка 0,5В), что обусловило его довольно высокую эффективность и экономичность.

Резистор R2 подает отрицательное открывающее напряжение в базу VT2, осуществляя в момент включения запуск стабилизатора в рабочий режим. В начальный момент стабилитрон VD7 закрыт, а шунтирующее влияние цепей нагрузки отсечено диодом VD6, что и обеспечивает надежный запуск стабилизатора при довольно большом сопротивлении резистора R1 (1Мом) и при этом практически не ухудшает параметров стабилизатора, поскольку в рабочем режиме ток через этот резистор эффективно замыкается малым дифференциальным сопротивлением открытого стабилитрона VD7.

Предусмотрены защиты транзисторов от перегрузки как по напряжению на затворе (для VT2 – VD10,R7, для 0VT1 – VD9,R13 ) , так и по току ( цепь VT1,R9,0VT1 совместно с R6 образуют классический стабилизатор тока, при указанных на схеме элементах ограничение по току задано порядка 250мА — определяется как Iк.з[A].=0,55В/ R6[Ом] и может быть легко изменено под свои нужды, например при 1 Оме ограничение по току будет порядка 0,5 А), благодаря чему этот стабилизатор обладает очень высокой надежностью и при этом, разумеется, защищены от перегрузки по току и к.з. и выпрямитель с сетевым трансформатором(подразумевается, что трансформатор способен выдавать такой ток).

Максимальный выходной ток стабилизатора определяется только допустимой мощностью рассеяния VT2 и для сохранения надежности нужно выбирать таким, чтобы средняя рассеиваемая мощность не превышала половины (лучше трети) максимально допустимой. К примеру, для указанного на схеме IRF830 Pmax=100Вт (разумеется, при достаточной площади радиатора или шасси, не менее 15 кв.см на каждый Вт), в нашей схеме напряжение выпрямителя будет порядка +215В, при выходном +150В падение напряжение на транзисторе 65В. Если задать резистором R6 максимальный выходной ток можно задать 0,5А, то в штатном режиме рассеиваемая мощность составит 32,5 Вт, при аварийном коротком замыкании выхода (К.З.) рассеиваемая мощность 107Вт превысит максимально допустимую и если вовремя не устранить режим К.з., транзистор выйдет из строя. Дабы исключить такую ситуацию, в схеме предусмотрена защита регулирующего транзистора от превышения рассеиваемой мощности, выполненная на VD12,R14,VD11.

Рабочее напряжение стабилитрона VD11 выбирается в 1,5-2 раза большим падения напряжения на регулирующем транзисторе в штатном режиме. При возникновении перегрузки по току или К.З. цепь ограничения по току срабатывет и ограничивает выходной ток на заданном уровне, подзапирая регулирующий транзистор 0VT1, падение напряжения на нём растёт и как только оно достигает напряжения открывания стабилитрона VD11, через него и резисторы R14,R9 начинает протекать ток. Падение напряжение на R9 дополнительно приокрывает VT1. При этом ток стабилизации определяется уже по формуле Iк.з[A].=(0,55В-Ur9)/R6[Ом]. Т.о. при достижении падения напряжения на R9 порядка 0,55В или больше, цепь стабилизатора тока полностью закроет регулирующий транзистор и стабилизатор не запустится даже после снятия перегрузки.

Для исключения этого «самозащёлкивания» стабилизатора введён германиевый диод VD11, который стабилизирует напряжение Ur9 на уровне примерно 0,4В, тем самым фиксируя ток К.З. на уровне примерно 025…0,3 от установленного. Что в нашем примере соответствует 0,5 А*(0,25..0,3)=0,125..0,16 А. При этом мощность рассеяния на превысит те же 32 Вт.

С другой стороны, если не планируется таких больших выходных напряжений и токов, то цепь защиты регулирующего транзистора от превышения рассеиваемой мощности VD12,R14,VD11 можно не устанавливать. Например, при указанных на схеме входном переменном напряжении 152 В (на выпрямителе примерно 213 В) и установленном токе защиты 0,25 А (R6=2,2 Ом) при К.З. мощность рассеяния не превысит 152В*0,25А=38Вт.

Выходное стабилизированное напряжение определяется суммой напряжений стабилитронов VD7,VD13, точнее Uстаб=Uvd7+Uvd13 – 0,6В (напряжение открывания VT2). Для получения +140в допустимы любые наборы стабилитронов, обеспечивающие требуемую сумму напряжений. Если их несколько, то их надо разбить на группы, обеспечивающие примерно равные значения стабилизации (70в+-30в). Группу с меньшим значением напряжения стабилизации использовать в качестве VD7, а с бОльшим – VD13.

Величина токозадающих резисторов выбирается с целью снижения рассеиваемой мощности из расчета обеспечить протекание через стабилитрон тока на 1-2мА больше минимального тока стабилизации, при этом R1=Uvd13/(IminVD7+1..2мА), а R16=Uvd7/(IminVD13+1..2мА).

Здесь можно применить широко распространенные стабилитроны серий Д816, Д817, например для 140В Д817Г+Д816Г, но если планируется расположить основную часть элементов блока питания на печатной плате, стОит приобрести малогабаритные стабилитроны серии КС (или аналогичные импортные) — они более удобны для печатного монтажа, чем серии Д816,Д817. Для 140В кроме указанного на схеме еще один хороший вариант КС568+КС582, но это могут быть и цепочки из нескольких других подобных КС539,547,551,591,596, дающие в сумме требуемые 140В, например КС568в(VD8) и КС568в + малый стабилитрон типа Д814Д, КС515а(VD11).

Подбором этих стабилитронов стабилизатор может быть перестроен практически на любое напряжение в пределах от +12 до +360 В. Максимальное напряжение с выпрямителя, которое можно подать на этот стабилизатор определяется допустимым для транзистора VT3 и при сохранении высокой надежности для указанного на схеме BF488 не должно превышать +400В. Минимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе 0,5В + амплитуда напряжения пульсаций, составляющая при ёмкости С15 100 мкФ примерно 10 В на каждые 100 мА тока нагрузки, т.о. при стабильном сетевом напряжении верхний предел выходного напряжения может достигать +360В. Замена высоковольтного p-n-p транзистора BF488 в анодном стабилизаторе – MPSA94, а при меньшем напряжении выпрямителя (не более 350В) — MPSA92G, а если не более 200В, то BF421,BF423.

В качестве VT2 можно применять любые IRF7xx, IRF8xx. При меньшем напряжении выпрямителя (не более 200в) IRF6хх. Сток регулирующего транзистора VT2 подключен к общему проводу, поэтому ему не требуется отдельный изолированный радиатор и можно использовать в качестве радиатора металлическое шасси.

Стабилизатор накального напряжения +6,3в выполнен на транзисторах VT3,0VT2 по такой же структуре. Но схема получилась существенно проще предыдущей благодаря тому, что здесь нет опасных для затвора напряжений и нет необходимости в соответствующих элементах защиты. Несмотря на исключительную схемную простоту этот стабилизатор обладает вполне достойными параметрами: коэффициент стабилизации — более 200, температурная и временная стабильность — не хуже 0,1%, весьма малое выходное сопротивление (не более 0,02 ома – при увеличении нагрузки с 0,7а до 2А выходное напряжение уменьшилось всего на 20 мВ), но главное — максимальный выходной ток этого стабилизатора ограничен только мощностью источника питания и возможностями регулирующего транзистора. При этом для регулирующего транзистора также не нужно отдельного радиатора (разумеется, что корпус или шасси металлические). С IRF540 накальный стабилизатор, несмотря на отсутствие защиты по току, вообще неубиваемый – это нечаянно проверено на практике (hi!) — при испытаниях случайно посадил каплю припоя между общим проводом и +6,3В, полное к.з. Минуту все работало в таком виде — пока сообразил, что произошло и отчего анодные напряжения вдруг стали низкие (порядка +30в). Все живое , транзистор еле теплый, только трансформатор немного нагрелся.

Выходное напряжение определяется суммой напряжений Uвых=Uvd14+Uu2-0,6В (напряжение открывания VT3). Настройка его заключается в установке требуемого выходного напряжения — подстроечным резистором R8. В качестве VT3 можно применить практически любые кремниевые p-n-p транзисторы. Минимальное падение напряжение на регулирующем транзисторе VT4 в режиме стабилизации примерно 0,5В (2А, IRF540), но что примечательно — при дальнейшем снижении входного напряжения стабилизатор не отключается, остается в работе, только выходное напряжение чуть меньше входного ( на напряжение насыщение полевика, примерно на 0,1-0,2В) — т.е лампы будут нормально функционировать и при входном напряжении меньше номинального. При этом как только входное напряжение повысится до +6,8В — стабилизатор автоматически примется за свою работу.

Ёмкость конденсатора С7 должна быть не менее 7000 мкФ на каждый 1А ток нагрузки, т.е. при 2А нужно не менее 14000 мкФ. В качестве VD3,VD4 для снижения потерь желательно применять диоды Шоттки, рассчитанные на максимальный ток в 3-5раз больший рабочего (например, 1N5820-22. SR5100 и т.п.) – это уменьшит потери напряжения на диодах выпрямителя. Т.к. запас напряжения выпрямителя (при стандартной накальной обмотке) небольшой, имеет смысл здесь побороться даже за десятые доли вольта, это обеспечит нормальную работу стабилизатора при меньшем напряжении сети, что в зимнее время отнюдь не редкость.

На диодах VD2,VD4 и конденсаторе С3 собран выпрямитель +14В для питания вспомогательных цепей (питания реле, цифровой шкалы и т.п.) с током нагрузки до 1 А.

Это напряжение стабилизируется на регулируемом интегральном стабилизаторе U1, выходное напряжение которого можно подбором R5 выставить в пределах от +5 до +11В.

Конструкция и детали. Помехоподавляющий фильтр 0С1, 0L1,0С2,0С3,0С4 в зависимости от мощности БП может быть как готовым, например, такой

или от компьютерных блоков питания. При самостоятельном изготовлении помехоподавляющего фильтра конденсаторы могут металлобумажными, пленочными, металлопленочными (из отечественных это, к примеру серии К40-хх, К7х-хх, импортные MKT,MKP и пр.) емкостью 10-22нФ на рабочее напряжение не менее 400в. Катушка выполняется на ферритовом кольце диаметром 16-20мм с проницаемостью на менее 2000 сдвоенным проводом в хорошей изоляции (тонкий МГТФ, телефонная или «компьютерная» витая пара и пр.) – 20-30витков.

Вместо ТАН1 возможно применение любого унифицированного или от другого трансформатора, обеспечивающего требуемые напряжения по переменному току. Диодные мостики Br1, Br2 могут быть любыми, допускающие обратное напряжение в 2 раза больше поступающего переменного напряжения при максимально допустимом токе не менее установленного тока защиты, например отечественные КД402-405, импортные 2W10 и пр., на плате предусмотрена возможность установки вместо мостика отдельных диодов типа 1N4007 и т.п. Интегральный стабилизатор TL431 с некоторым ухудшением параметров можно заменить на светодиод с напряжением порядка 2,5В.

Постоянные резисторы малогабаритные серий МЛТ, МТ или аналогичные импортные, рассчитанные на мощность рассеяния не меньше указанной на схеме.

Налаживание блока питания. Проверив правильность монтажа, первое включение проводим без нагрузки. Если выходные напряжения на холостом ходу существенно (более, чем на 5%) отличаются от требуемых, точнее подбирают напряжения стабилитроны, как указано выше. Проверяют нагрузочную способность стабилизаторов. Кратковременно подключив к цепи +140в резистор 1,5кОм рассеиваемой мощностью не менее 2Вт , убеждаемся, что выходное напряжение уменьшилось не более, чем 2-3В. К выходу накального стабилизатора подключаем проволочный резистор 5,1 ом мощностью не менее 5Вт и триммером R8 выставляем выходное напряжение 6,25-6,3В.

Основные параметры анодного стабилизатора:

— максимальное входное переменное напряжение – 280В (400В после выпрямителя)

— выходное стабилизированное напряжение – от 50 до 360В с шагом 10 В (см. таблицу на схеме)

— коэффициент стабилизации не менее 200

— максимальный ток стабилизации 0,5 А (см. текст)

Основные параметры накального стабилизатора:

— максимальное входное переменное напряжение – 11В (15В после выпрямителя)

— выходное стабилизированное напряжение – 6,3 В

— коэффициент стабилизации не менее 200

— максимальный ток стабилизации 2 А (см. текст)

— выходное сопротивление – не более 0,02 Ом

Также на плате предусмотрены дополнительный выпрямитель нестабилизированного напряжения и стабилизированного уровнем 0т +5 до +11В (устанавливается при регулировке) для питания вспомогательных цепей (питания реле, цифровой шкалы и т.п.) с током нагрузки до 1 А.

 

Принципиальная схема платы стабилизаторов в типовом включении приведена на рисунке вверху. На плате предусмотрена возможность применения маловостребованных, а потому доступных и сравнительно недорогих, ТАНов с 28-вольтовыми анодными обмотками, для чего используется включение анодного выпрямителя по схеме с удвоением (см. здесь и схему ниже) – в этому случае элементы дополнительного выпрямителя (Br2,C12,C13,C21,C22 и C5,C14) не устанавливаются, а С23 устанавливается на штатное место на плате и подключается выводами вместо перемычки А-В.

 

Руководство к действию от Володи Карпелянского R2AJI
Канал на YouTube «HAM Radio Channell
«

В набор входят печатная плата с максой и маркировкой, все детали устанавливаемые на неё, в т.ч. и мощные полевые транзисторы.

Стоимость печатной платы (размеры платы 90х75 мм): 100 грн.

Стоимость набора деталей (включая плату) для сборки платы анодного и накального стабилизаторов : 340 грн.

Стоимость собранной платы анодного и накального стабилизаторов : 500 грн.

При заказе набора обязательно нужно указать:

Желаемое выходное напряжение анодного стабилизатора (значения выбираем из таблицы, приведённой на схеме)
Желаемый ток срабатывания защиты анодного стабилизатора (0,5, 0,25, 0,17 или 0,12А), по умолчанию 0,25А


Для покупки печатных плат и наборов обращайтесь сюда >>> или сюда >>>

Всем мирного неба, удачи, добра, 73!

Рентгеновский блок питания | Серия XPg

Высоковольтный источник питания рентгеновского аппарата

Тип заземления анода
Импульсный источник питания

  • Максимальное напряжение: от -30 кВ до -160 кВ
  • Максимальная мощность: от 600 Вт до 4000 Вт
  • Встроенный источник плавающей нити накала переменного тока

Источник питания рентгеновского излучения с высокой стабильностью и низкой пульсацией отрицательного выхода

Серия

XPg представляет собой источник питания рентгеновского излучения с высокой стабильностью и низкой пульсацией, с отрицательным выходным сигналом, плавающим питанием накала переменного тока и генерирующим стабильный выход рентгеновского излучения.Мы оснастили этот высоковольтный источник питания для рентгеновских трубок блокировками и другими удобными функциями, чтобы сделать его более безопасным и удобным в использовании. В сочетании с цифровым контроллером серии CO/USB возможно управление через LAN, USB, GPIB, RS-232C и RS-485.

Особенности и преимущества

  • Высоковольтный источник питания, предназначенный для XRD, XRF и рентгеновской трубки
  • Также доступны модели с максимальной выходной мощностью 3 кВт и 4 кВт.
  • Для рентгеновской трубки с заземлением анода
  • Встроенный источник плавающей нити накала переменного тока
  • Низкая пульсация и высокая стабильность
  • Цифровой интерфейс
  • Работа в режиме постоянного напряжения/тока с полной защитой для обеспечения безопасности

Приложения

Для получения подробной информации загрузите таблицу данных ниже.

-L (100 В): 100–120 В переменного тока, одна фаза

Только для модели 600 Вт и модели 640 Вт

-L(200V3P): 200 В переменного тока, три фазы

Только для моделей 3000 Вт и 4000 Вт

-LDf: Двойная нить

Большое пятно фокусировки, можно выбрать маленькое пятно фокусировки

-LT1: удаленный сброс блокировки, удаленный сброс линии переменного тока

Состояние отключения восстановления после высокого напряжения

CNF-75-3P(5): Выходной кабель высокого напряжения 5 м для моделей от 30 кВ до 60 кВ

с 3-контактной вилкой Федерального стандарта 75 кВ на обоих концах

CNF-75-3P(10): выходной кабель высокого напряжения 10 м для моделей от 30 кВ до 60 кВ

с 3-контактной вилкой Федерального стандарта 75 кВ на обоих концах

CNXK-160-3P(5): Выходной кабель высокого напряжения 5 м для моделей 100 кВ

Заглушки европейского стандарта R24 на обоих концах

CNXK-160-3P(10): Выходной кабель высокого напряжения 10 м для моделей 100 кВ

Заглушки европейского стандарта R24 на обоих концах

Как заказать

При заказе добавьте указанный выше знак -L к модели.
[Пример] XPg-30N20-LDf с CNF-75-3P(5)
Код опции упорядочен в алфавитном порядке и по значению входного напряжения.

Адаптер цифрового дистанционного управления

LAN/USB/RS-232C/RS-485/GPIB Управление

Для дистанционного управления этим высоковольтным источником питания через локальную сеть или USB приобретите цифровой преобразователь (CO-HV) и адаптер с оптической развязкой. Цифровой преобразователь (ЦП-ВН) преобразует аналоговый сигнал управления высоковольтного источника питания в цифровой оптический сигнал.Адаптер оптической изоляции преобразует интерфейсные сигналы, такие как LAN и USB, в оптические сигналы.

Для получения дополнительной информации см. серию CO/USB для цифрового преобразователя (CO-HV) и адаптера с оптической изоляцией.

  • Оптическая изоляция
  • 16-битный (1/65535) АЦП с высоким разрешением.
  • Компьютер и ПЛК.
  • Защита от разряда и перенапряжения.
  • Идеально подходит для автоматизации и систем экономии труда.
См. серию CO/USB

Для получения подробной информации загрузите таблицу данных ниже.

Серия XPg Технический паспорт

Дата: 2022-2-9 ред. 10
PDF (1777 КБ)

Скачать

Руководство по выбору источников питания рентгеновских аппаратов

Последнее обновление: 27 марта 2020 г., ред.02
PDF (1169 КБ)

Скачать

Безопасность и использование источников питания высокого напряжения

Дата: 09.10.2020, ред.02
PDF (1366 КБ)

Скачать

Серия XPg Инструкция по эксплуатации

Дата: 2021-11-11 ред. 0.4
PDF (685 КБ)

Скачать

Для скачивания необходима регистрация аккаунта
Серия XPg Технический паспорт

Дата: 2022-2-9 ред.10
PDF (1777 КБ)

Руководство по выбору источников питания рентгеновских аппаратов

Последнее обновление: 27 марта 2020 г., ред.02
PDF (1169 КБ)

Безопасность и использование источников питания высокого напряжения

Дата: 09.10.2020, ред.02
PDF (1366 КБ)

Серия XPg Инструкция по эксплуатации

Дата: 2021-11-11 ред. 0.4
PDF (685 КБ)

На этом веб-сайте мы предоставляем только последнюю версию информации, включая инструкции по эксплуатации наших продуктов. Таким образом, самые новые версии руководств на веб-сайте могут отличаться от версий продуктов, которые вы приобрели в прошлом.

Нажмите здесь, если вы уже зарегистрированы на нашем сайте.

Войти

Информация о связанных статьях в технических знаниях

Продукты для использования в комбинации

Рекомендуемые статьи для вас

Высоковольтный источник питания | Продукция Matsusada Precision

Что такое высоковольтный источник питания?

Высоковольтный источник питания представляет собой схему преобразования напряжения, которая повышает низкое входное напряжение до более высокого выходного напряжения.Существует множество определений высокого напряжения. В Matsusada Precision мы классифицируем источники питания с выходным напряжением 1000 В и более как высоковольтные источники питания. В общем, высоковольтный источник питания относится к источнику питания, который выдает высокое напряжение постоянного тока.

Где используются высоковольтные источники питания?

В области исследований и разработок требуется более высокое напряжение для работы оборудования и моделирования в различных условиях. В частности, электронные микроскопы, оборудование для рентгеновского контроля, оптическая связь и космические эксперименты требуют сильных электрических полей для обнаружения и контроля электронов в элементах.Высокое напряжение необходимо для создания сильного электрического поля. Если для этого требуется высокое напряжение, используйте источник питания высокого напряжения.

Метод генерации высокого напряжения

Чаще всего для получения высокого напряжения используется схема Кокрофта-Уолтона. Он состоит из многоступенчатой ​​комбинации конденсаторов и диодов, как показано на следующей принципиальной схеме. Увеличение количества ступеней в схеме Кокрофта-Уолтона увеличивает напряжение до желаемого уровня.

Построение схемы Кокрофта-Уолтона

Схема Кокрофта-Уолтона также называется непрерывной схемой, генератором Кокрофта-Уолтона или умножителем Кокрофта-Уолтона.

Тип высоковольтного источника питания

Существуют различные типы высоковольтных источников питания. Каждый из следующих элементов может быть отнесен к разным типам.

Способ установки: монтаж на печатной плате, монтаж на шасси, настольный, монтаж в стойку

Высоковольтные источники питания можно разделить на монтируемые на печатной плате (печатной плате), монтируемые на шасси (модуль), настольные и монтируемые в стойку, в зависимости от формы источника питания.

Тип выхода: выход с положительной полярностью, выход с отрицательной полярностью, переключаемый выход с положительной/отрицательной полярностью, биполярный выход, импульсный выход

Выход высокого напряжения можно разделить на выход с положительной полярностью, выход с отрицательной полярностью, тип переключения с положительной/отрицательной полярностью, биполярный тип выхода и тип импульсного выхода. Во многих высоковольтных приложениях полярность выхода имеет значение, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать ошибок полярности.

Входная мощность: вход переменного тока (AC-HVDC), вход постоянного тока (DC-HVDC)

Высоковольтные источники питания могут быть классифицированы по типу входа переменного тока и типу входа постоянного тока в соответствии с входной мощностью источника питания высокого напряжения. Тип входа переменного тока представляет собой источник питания высокого напряжения, который может выдавать более высокое напряжение или большую выходную мощность. . Большинство настольных и стоечных моделей имеют вход переменного тока. Большинство модулей высоковольтных источников питания представляют собой преобразователи низкого напряжения постоянного тока в высокое напряжение постоянного тока с входом постоянного тока (DC-HVDC).

Способ управления: Пропорциональное, аналоговое управление, цифровое управление

Следующие три типа можно классифицировать по способу управления выходным напряжением. Пропорциональный тип управляет выходным напряжением в соответствии с напряжением входного источника питания постоянного тока. Выдает высокое напряжение, пропорциональное входному напряжению. Аналоговое управление управляется вводом заданного напряжения в соответствии с выходным напряжением на клемму аналогового управления.Для моделей с выводом опорного напряжения выходное напряжение также может регулироваться переменным резистором. Цифровое управление управляет выходом через цифровые сигналы, такие как LAN, USB, RS-232C или RS-485. Цифровое управление обеспечивает дистанционное и безопасное управление. Кроме того, с помощью оптического волокна можно обеспечить управление на большом расстоянии и изолированное управление.

Высоковольтные блоки питания Matsusada Precision

Matsusada Precision — ведущий мировой производитель высоковольтных источников питания.Оборудование для электропитания Matsusada Precision отличается высокой надежностью благодаря тому, что оно производится в Японии. Благодаря многолетнему опыту мы разработали источник питания с низким уровнем шума, высокой стабильностью и производительностью, а также реагируем на короткие сроки поставки. Как специалисты по электроснабжению, мы проектируем, производим, продаем и предоставляем решения по электроснабжению, которые решают ваши проблемы. В дополнение к стандартным продуктам мы также поставляем блоки питания на заказ в соответствии с требованиями заказчика и высоковольтные блоки питания для конкретных приложений.Если вы не можете найти блок питания с нужными вам характеристиками, не стесняйтесь спрашивать.

Высоковольтный источник питания для монтажа на печатную плату (встроенный): ссылка на нашу линейку продуктов

Тип монтажа на печатной плате (PCB) Высоковольтные модули питания представляют собой электрокомпоненты с входными и выходными штырьками для сквозного монтажа. Этот встроенный модуль преобразует постоянный ток низкого напряжения в постоянный ток высокого напряжения (постоянный ток в постоянный ток высокого напряжения) и не поставляется с индикатором или контроллером. Для этого высоковольтного источника питания требуется источник постоянного тока, например, 5 В или 12 В для входа, и схема управления для контроля выходного напряжения.При проектировании печатной платы убедитесь, что между высоковольтным выходом и заземлением или другими проводами имеется достаточный путь утечки. Необходимо тщательно продумать конструкцию, чтобы предотвратить утечку и миграцию. Есть изделия с полимерным корпусом и изделия с металлическим корпусом. Металлический модуль защищен от электромагнитных полей и обладает отличным рассеиванием тепла.
Диапазон питания нашего бортового высоковольтного источника питания составляет от 50 В до 10 кВ напряжения и мощности от 0,1 Вт до 30 Вт.

Высоковольтные модули питания для монтажа на шасси: ссылка на нашу линейку продуктов

Модули высоковольтных источников питания

с монтажом на корпусе представляют собой высоковольтные источники питания без индикатора или схемы управления, идеально подходящие для встроенных приложений в клиентское оборудование.Выход большинства высоковольтных модулей питания осуществляется через высоковольтный кабель, идущий непосредственно от модуля.
Диапазон поставок наших высоковольтных блоков питания для монтажа на шасси: напряжение от 0,3 кВ до 50 кВ и мощность от 1 Вт до 1,2 кВт.

Настольные высоковольтные источники питания: ссылка на нашу линейку продуктов

Настольные высоковольтные блоки питания — это компактные высоковольтные блоки питания, которые можно использовать немедленно, просто подключив их к коммерческому источнику переменного тока. Индикатор и громкость регулировки напряжения позволяют легко установить выходное напряжение.Кроме того, высоковольтный выход использует высоковольтный разъем для простого и безопасного подключения к нагрузке.
Наши настольные высоковольтные источники питания имеют диапазон напряжения от 1 кВ до 30 кВ и мощность от 3 Вт до 200 Вт.

Стоечные высоковольтные блоки питания

: ссылка на нашу линейку продуктов

Высоковольтные блоки питания

для монтажа в стойку — это блоки питания, размещенные в 19-дюймовом стоечном шкафу. В эту категорию входят сверхвысоковольтные и высокомощные источники питания высокого напряжения.Он идеально подходит для создания автоматического испытательного оборудования или автоматизированного испытательного оборудования (ATE), а также производственного технологического оборудования в сочетании с другими измерительными приборами. Доступны модели, которые обеспечивают цифровое управление через локальную сеть или другие средства, а также аналоговый пульт дистанционного управления.
Диапазон поставок наших стоечных высоковольтных источников питания составляет от 1 кВ до 200 кВ и мощности от 30 Вт до 13000 Вт.

Высоковольтные усилители с биполярным выходом: ссылка на нашу линейку продуктов

Высоковольтные источники питания с биполярным выходом называются усилителями высокого напряжения.Усилитель высокого напряжения выдает высокое напряжение, которое усиливает форму входного сигнала до большого увеличения. Высоковольтные усилители также являются высокоскоростными высоковольтными усилителями с высокой скоростью нарастания, поскольку они требуют выходных сигналов с большой амплитудой. Для получения дополнительной информации об усилителях высокого напряжения см. Приложение: «Усилители высокого напряжения».
Наши высоковольтные усилители поставляются с диапазоном напряжения от 0,3 кВ до 40 кВ и мощностью от 3 Вт до 1200 Вт со скоростью нарастания до 1200 В/мкс.

Специализированный источник питания высокого напряжения

Специализированные высоковольтные блоки питания — это блоки питания с характеристиками, специфичными для приложений и устройств, и выходными диапазонами.Matsusada Precision представляет высоковольтные источники питания для электростатических патронов, рентгеновских трубок, приводов с пьезоэлементами, ФЭУ, масс-спектрометров, электронных пучков и ксеноновых ламп.

Высоковольтный источник питания для рентгеновских трубок: ссылка на нашу линейку продуктов

Высоковольтный источник питания для рентгеновских трубок сочетает в себе высоковольтный источник питания для ускорения электронов и низковольтный источник питания для нити накала. Существует два типа высоковольтных источников питания для рентгеновских трубок: с анодным заземлением и с катодным заземлением.Существует также двухполюсное соединение, при котором высоковольтный источник питания подключается к обоим полюсам. Дополнительную информацию о типах рентгеновских трубок и высоковольтных источников питания см. в разделе «Типы рентгеновских трубок и высоковольтных источников питания» в Технических советах.
Мы также предлагаем модуль генератора рентгеновского излучения, который включает в себя рентгеновскую трубку и источник питания высокого напряжения.
Диапазон поставок наших высоковольтных источников питания для рентгеновских трубок составляет от 30 кВ до 160 кВ и мощностью от 50 Вт до 4000 Вт.

Высоковольтные источники питания для фотоумножителей: ссылка на указания по применению

Высоковольтные источники питания для фотоумножителей (ФЭУ) — это источники питания для ФЭУ, используемые в детекторах анализаторов, приборов для измерения излучения и медицинского оборудования для обнаружения слабого света. Доступны гнездовые и модульные блоки питания, предназначенные для ФЭУ. Для использования фотоумножителя помимо высоковольтного источника питания требуется схема делителя, соответствующая числу динодных каскадов, и схема детектирования для считывания сигнала.
Для получения дополнительной информации о фотоумножителях см. Применение: «Фотоумножители: ФЭУ».

Высоковольтные источники питания для электронно-лучевых приложений: ссылка на указания по применению

Высоковольтный источник питания для электронных пучков в электронных микроскопах сочетает в себе высоковольтный источник питания для ускорения, источник питания для нитей накала и источник питания для электродов, таких как венельты, подавители и экстракторы. Помимо высоковольтных источников питания, в электронных микроскопах используются источники питания постоянного тока для объективов, биполярные источники питания для сканирования и коррекции оси, а также источники питания ФЭУ для детекторов.
Для получения дополнительной информации об электронной микроскопии см. Приложения: «Электронный микроскоп» и технические советы.

Высоковольтный источник питания для ионного пучка: ссылка на указания по применению

Здесь представлены высоковольтные источники питания для ионных пучков для источников ионов, используемых в FIB и других приложениях. Для ионной имплантации используются анализаторы, использующие ионы, и медицинское оборудование, несколько источников питания постоянного тока, а также высоковольтные источники питания для ионных пучков.
Для получения дополнительной информации об ионном луче см. Приложения: «Ионный луч» и технические советы.

Безопасное использование высоковольтного источника питания

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. Высоковольтные источники питания генерируют высокое напряжение и могут нанести вред человеческому организму при неправильном использовании. См. «Безопасность и использование источников питания высокого напряжения» для правильного использования.

Связанные статьи

Представляем веб-страницы о высоковольтных источниках питания.

[PDF] Моделирование источника питания анода

Скачать моделирование анодного источника питания…

Источники питания постоянного тока для мощных ВЧ-усилителей

Рольф Ведберг

Обзор ESS Spoke RF Source 11 – 12 декабря 2012 г.

Повестка дня • Обзор источников питания постоянного тока • Анодный источник питания – Основные компоненты – Поставщики – Ожидаемая производительность (моделирование) – Простота Моделирование звона и огибающей в зависимости от времени • Источник питания накала • Источники питания сетки – Управляющая сетка – Экранная сетка (модуляция) • Резюме

11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

2

DC Источники питания

11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

3

Источники питания постоянного тока: обзор Цепь постоянного тока 18 кВ Анодный фильтр

18 кВ Анодный фильтр 10 Экран 20 Анодный источник питания 10 Экран 20 Анодный блок питания

питание от сети 1300В

1300В

питание от сети управления 400В

400В

8.8VDC

8VDC

0

0

0

0 Питание накаливания

11 Дек 2012

0

0

0 Питание наката

1 Anode PS 2 Filament PS 2 Control-Grid PS 2 Screen-Grid PS

ROLF WEDBERG — DC источники питания для усилителей высокого напряжения

4

анод энергоподача DC Схема 18 кВ анодный фильтр

18 кВ анодный фильтр

анодный источник питания

сетка на экране 1300V

1300V

Control Grid питание 400В

400В

8.8VDC

8.8vdc

0

0

0

0

0

NILICAMET POWER

11 Дек 2012

0

NILICAMET POWER

ROLF WEDBERG — DC Источники питания для высоковольтных усилителей

5

Источник питания анода: основные компоненты К другому аноду 18 кВ

Последовательный переключатель

+ —

5

+

К аноду S 90 Монитор постоянного тока 18 кВ 90 dV/dt0 волокно

31 кВт I3

130 мкФ

Вольт.DIV IDER

от CAF ETY Control

от управления

к серии Control Control

1

3 этапа 400 V

0

2

конденсаторное зарядное устройство

0 до SAF ETY Control

0

0

0

Питание анода

Два выхода на каждом выходе

Для обоих выходов

Vмакс. = 18 кВ Iмакс.Частота импульсов 5 мс 14 Гц Максимальное падение напряжения 1 кВ Зарядное устройство конденсатора с регулированием напряжения и мощности

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

6

Анодный источник питания: Поставщики • Эти компоненты не находятся самые современные • Легко доступны • Некоторые примеры: – Зарядное устройство для конденсаторов: FuG, TECHNIX – Конденсаторы: Nokian, конденсаторы Hivolt, ABB и другие – Переключатели: Behlke, DTI и Gihomeq AB – Катушки: Unitrafo, Transform и другие – Монтаж: Высокое напряжение AB, JACO Industries и другие

11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

7

Анодный источник питания: характеристики • Основные проблемы: индуктивные выходы • Для проверки производительности

Моделирование источника питания анода

– Проведено простое моделирование для наблюдения за поведением и звоном выходного напряжения источника питания анода. питание – длина кабеля, фильтры, резонатор и т. д.включены – Предположения: • Тетрод рассматривается как переключатель

11 декабря 2012 г.

Рольф Ведберг – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

8

Источник питания анода: упрощенная схема Эквивалентная электрическая схема, используемая для моделирования: Анодный блок питания L5 R2 5

Высоковольтный кабель анодный фильтр L8 R3 R4

700UH

700UH

10 м

16UH

L6 Anode DC соединение R5

10M

25UH

10M

C3 100PF

Кабель 1n

0

Анодный фильтр L7

0

0.1 мкГн

C2 100 пФ

0

0 Волновод R8

R1 0,1 Анодная полость

Ответвитель выходной мощности

T1

Значение добротности прибл. 300 L1 5NH

L2 1N

L4 1N

L4 C5 5NH 41PF

L3 1N

0.1

0,1

Разнословная полость R6 0.1U

K K2 K_LINEAR L3 и L4 Coupling = 1

R9 1MEG

0 0

11 декабря 2012 г.

C1 41 пФ

K1 K_Linear СОЕДИНЕНИЕ L1 и L2 = 0.99

R7 0.1

0

SignalGenerator

+ —

V1 VOFF = 0 Vampl = 4 Freq = 351.659MEG AC =

0

Tetrode S1

0

+

S VOFF = -1 von = 1,0V

ROLF WEDBERG — DC источники питания для высоковольтных усилителей

0

9

-6 кВ -4 кВ -2 кВ

0

2 кВ

4 кВ

6 кВ

Анодный энергоснабжение: переходный режим

0 мкс

10 мкс

20 мкс

30 мкс

40 мкс

50 мкс

Оценка порядка по возрасте показано, что напряжение полости тетрода стабилизируется после 20 мкс

Достаточное время для стабильной работы усилителя на каждом импульсе 11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

10

Источник питания накала Цепь постоянного тока 18 кВ Анодный фильтр

18 кВ Ано фильтр

Источник питания анода

Питание сетки экрана 1300В

1300В

Питание сети управления 400В

400В

8.8VDC

8VDC

0

0

0

0 Филамент питания

11 Дек 2012

11 декабря 2012

0

0 Филалковая электропитание

VMAX 15V IMAX 200 A Наращивание на 8 мин

ROLF WEDBERG — DC Источники питания Для высоковольтных усилителей

11

Сетки Power Actories DC Схема 18 кВ Анодный фильтр

18 кВ Анодный фильтр

Anode Power Pilvial

Сетка сетки 1300V

1300V

400V

400V

400V

400V

8.8VDC

8.8VDC

0

0

0

0

0

0

Накала Наката

Накала POWER

Сетка накалины • Макс. выход:

• Макс. Выход:

• Напряжение 1300 VDC

• Напряжение 400 VDC

• Ток 0,7 A

• Текущий 4 A

• Отрицательный клеммный заземленный

• Положительный клеммный клемм

• I.E FUG или Technix

• I.e Delta, FuG или Technix 11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg – Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

12

Резюме • Анодный источник питания: – может быть изготовлен из сборки коммерческих компонентов – предназначен для использования энергосистема эффективным образом и рассчитана на импульсную нагрузку • Сетевые и филаментные источники питания являются стандартными коммерческими источниками питания

Спасибо, Росио и Виталий, за помощь с Power Point 11 декабря 2012 г.

Rolf Wedberg — Источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

13

Подключение к сети управления Thales рекомендует подключение к сети управления.

D2

D2

200VDC V1

9002 0

0 900 OHM

D1

R1

R2

R1

R2

1K

1K

1K

1K

0 0 Если Positiv E Выключатель F RF в пределах 100 США и контрольная сетка питание через 20 мс.

Напряжение управляющей сети станет более отрицательным во время RFpulse. Начальная загрузка? Источник питания работает с высоким выходным током в стабилизирующем резисторе, так что он может потреблять ток во время ВЧ-импульса.

11 дек 2012

ROLF WEDBERG — источники питания постоянного тока для усилителей высокого напряжения

14

Screen-соединение: модуляция

Альтернатива без переключателя Альтернативы с выключателем

Сетка Screen Surve Supply

RF заземление

R14 18K

1300V RF Organing1

9001 +

R13 18K

+ —

S S1

1300V

1300V

Screen Screen Supply 0

0 0

0

Блок питания нуждается в защите, когда есть дуга от анода.Сетку экрана можно использовать для модуляции, выключения анодного тока между ВЧ-импульсами.

11 декабря 2012

ROLF WEDBERG — DC источники питания для высоковольтных усилителей

15

источника питания до 30 кВ

POWER Actories

модель 130NF / 1314 — единый выход источник питания с плавающим заземлением

  • Один выход от 0 до 30 кВ
  • Использует только 500 мкА при максимальном напряжении
  • Вход переменного тока
  • Пульсации менее 200 мВ при полной нагрузке
  • Защита от дуги и короткого замыкания
  • Локальное/дистанционное программирование
  • Выходной кабель высокого напряжения в комплекте
  • Плавающий заземляющий провод

Модель 1316 — Однополярный источник питания высокого напряжения с одним выходом

  • Один выход +0.от 01 до +20 кВ или от −0,01 до −20 кВ
  • Очень низкая выходная пульсация: менее 200 мВ от пика до пика при полной нагрузке и 30 кВ при 1 мА (20 кВ при 2 мА)
  • Температурный коэффициент ниже 15 ppm/°C
  • Отдельные соединения для экрана высоковольтного выходного кабеля и справочник по программированию
  • Защита от перенапряжения и перегрузки по току
  • Автоматическое восстановление выходного напряжения после дуги и короткого замыкания
  • Вход переменного тока
  • Локальное/дистанционное программирование и измерение
  • Положительная или отрицательная полярность

Модель 1487 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Тройной выход (15.Анод 3 кВ, фокус 5,3 кВ и сетка 500 В)
  • Все выходы регулируемые
  • Низкая сеть и регулирование нагрузки высоковольтных выходов
  • Все выходы с защитой от короткого замыкания и дуги
  • Дистанционное запрограммированное отключение для каждого выхода
  • Все выходы ограничены по току
  • Компактный размер: 6 × 4 × 4 дюйма
  • Разъем ввода/вывода DB-9

Модель 1617 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Три выходных напряжения: анодное 20 кВ, фокусное 5 кВ и сеточное 300 В.
  • Низкая пульсация на выходе
  • Герметичная линия и регулирование нагрузки

Модель 1930 — Высоковольтный блок питания с четырьмя выходами

  • Четыре выходных напряжения: 25 кВ, 8 кВ, 800 В и −150 В.
  • Низкая пульсация на выходе
  • Жесткая линия и регулирование нагрузки: до 200 мВ при полной нагрузке

Модель 2591P — Однополярный программируемый источник питания высокого напряжения с одним выходом

  • До 30 кВ положительный или отрицательный выход
  • Выходной ток до 500 мкА (доступна опция 1 мА)
  • Чрезвычайно низкий выходной шум и пульсации: менее 200 мВ от пика до пика при 50 мкА (низкая пульсация при более высоком токе доступна как опция)
  • Вход дифференциального программирования
  • Отдельное заземление корпуса, общий провод управления и высоковольтный обратный провод
  • Превосходная стабильность выходного напряжения (до 10 ppm/ч) и температурного коэффициента (до 10 ppm/°C)
  • Очень хорошее регулирование нагрузки и линии (0.001%)
  • Выдающаяся скорость нарастания (более 35 В/мс) без колебаний напряжения
  • Компактный корпус: 6,0 × 2,1 × 3,7 дюйма.
  • Удобные разъемы DB9 для низковольтного сигнала
  • Экранированный разъем высокого напряжения Caton
  • Защита от дуги и короткого замыкания; ограничение перегрузки по току
  • Обычно используется для электронных и ионных пучков

Модель BP2592 — Программируемый биполярный источник питания высокого напряжения с одним выходом

  • Широкий биполярный диапазон напряжения: от -30 кВ до +30 кВ
  • Изменение полярности выходного напряжения на лету
  • Отсутствие искрения при отсоединении кабеля от блока
  • Выходное напряжение, смягченное резисторами
  • Программирование напряжения с помощью потенциометра на передней панели
  • Измерение напряжения с помощью цифрового дисплея на передней панели

Модель XPS50P50 — Источник питания рентгеновского излучения, анод + нить накала

  • Анодное напряжение от +2 кВ до +50 кВ
  • Встроенный источник питания анода и накала
  • Программируемое анодное напряжение и ток пучка
  • Регулятор луча высокой стабильности
  • Местный и дистанционный режимы управления
  • Вход блокировки безопасности
  • Выходы счетчика для тока луча и ВН
  • Защита от перенапряжения, дуги и короткого замыкания

Модель 2591 — Источник питания высокого напряжения с одним выходом

  • Один выход +0.01 до +30 кВ
  • Пульсации на выходе менее 200 мВ от пика до пика при 500 мкА
  • Температурный коэффициент ниже 25 ppm/°C
  • Запасенная энергия менее 1 Дж
  • Низкая отраженная пульсация на входной линии питания
  • Отдельные соединения для высоковольтного выхода, экран кабеля и справочник по программированию
  • Компактный корпус: 6,0 × 2,1 × 3,7 дюйма.
  • Обычно используется в системах с фокусированным ионным пучком

Модель 2596 — прецизионный высоковольтный источник питания с четырьмя униполярными выходами

  • До 30 кВ положительный или отрицательный выход
  • До 200 мкА (варианты 200–1000 мкА доступны по запросу)
  • Выходной шум и пульсации менее 200 мВ размах при полной нагрузке для каждого выхода
  • Независимое программирование, измерение напряжения и тока
  • Стабильность выходного напряжения ниже 10 ppm/час
  • Температурный коэффициент ниже 10 ppm/°C
  • Отличное регулирование нагрузки и линии (0.001%)
  • Выдающаяся скорость нарастания (более 35 В/мс) без скачков напряжения
  • Стандартный корпус для 19-дюймовой стойки
  • Экранированные высоковольтные выходные разъемы CPS
  • Защита от дуги и короткого замыкания, ограничение по току и перенапряжению
  • Вход сетевого напряжения переменного тока

Модель 3601 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Выход ускорителя от +50 до +50 кВ или от −50 до −50 кВ
  • Пульсации на выходе менее 100 мВ при полной нагрузке
  • Температурный коэффициент ниже 300 ppm/°C
  • Запасенная энергия менее 1 Дж
  • Низкая отраженная пульсация на входной линии питания
  • Для монтажа в стойку
  • Обычно используется с электронными датчиками и подобными приложениями

Модель 3602 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Три выхода: −30 кВ 250 мкА, плавающие −1 кВ 25 мкА и 5 В постоянного тока 5 А
  • Компактный корпус
  • Вход блокировки и светодиоды состояния
  • Выходной разъем федерального стандарта
  • Пульт дистанционного управления RS-232
  • Демонстрационная программа с исходным кодом
  • Идеально подходит для электронных микроскопов и подобных приложений

Модель 3603 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Три выхода: −30 кВ 330 мкА, плавающие −1 кВ 25 мкА и 5 В постоянного тока 3 А
  • Компактный корпус
  • Вход блокировки и светодиоды состояния
  • Выходной разъем федерального стандарта
  • Пульт дистанционного управления RS-232
  • Демонстрационное ПО с исходным кодом
  • Идеально подходит для электронных микроскопов и подобных приложений

Модель 3604 — Высоковольтный источник питания с тремя выходами

  • Выход ускорителя от +50 до +50 кВ или от −50 до −50 кВ
  • Пульсации на выходе менее 100 мВ при полной нагрузке
  • Температурный коэффициент ниже 300 ppm/°C
  • Запасенная энергия менее 1 Дж
  • Низкая отраженная пульсация на входной линии питания
  • Для монтажа в стойку
  • Обычно используется с электронными датчиками и подобными приложениями
& NBSP

Я не нашел то, что мне нужно

, позвоните нам и позвольте нашему знающему персоналу помочь вам найти именно то, что вам нужно.

Нужно индивидуальное решение? Вы пришли в нужное место! CPS занимается проектированием и производством высоковольтного оборудования на заказ уже более 30 лет.


Сообщите нам, что вам нужно

Распространенные режимы отказа рентгеновской трубки

Распространенные виды отказа рентгеновской трубки
АН-02

Введение

Рентгеновские трубки

— это проверенный и экономичный способ получения рентгеновского излучения, полезного в медицине, инспекциях и научных областях.На протяжении более 100 лет рентгеновские трубки совершенствовались благодаря новым применениям, материалам, технологическому оборудованию и дизайну. Сегодня преобладают два типа трубок: трубки с вращающимся анодом, используемые в основном в медицинских целях, от 25 киловольт (кВ) до 150 кВ, и трубки со стационарным анодом, используемые в инспекционной промышленности, от 25 кВ до более 400 кВ, некоторые из них в диапазоне миллионов вольт. Стационарные анодные лампы обычно работают при токе 1-20 миллиампер почти в непрерывном режиме и могут работать много часов подряд. Лампы с вращающимся анодом работают при силе тока свыше 1000 миллиампер, но в основном используются в импульсном режиме от 1 мс до 10 с.

При производстве рентгеновских лучей менее 1% энергии дает полезные рентгеновские лучи, а остальные 99% преобразуются в тепло. Этот фактор ограничивает срок службы рентгеновской трубки. Многие научные дисциплины необходимы и должны контролироваться для производства качественного продукта. К ним относятся: термодинамика, теплопередача, материаловедение, вакуумная технология, высокое напряжение, электроника, атомные и радиационные дисциплины, производственные процессы и многие менее важные, но важные технологии. Интеграция и управление рентгеновской трубкой и генератором имеет решающее значение для получения ожидаемых технических результатов и длительного срока службы трубки.

1. Нормальное старение

a) Нормальное выгорание нити накала
b) Ускоренное выгорание нити накала
c) Медленные утечки
d) Бездействие
e) Растрескивание стекла
f) Возникновение дуги
g) Микротрещины мишени
h) Случайное повреждение
i) Подшипники

2. Производственные недостатки

a) Немедленные отказы
i) Отсеивание с помощью испытаний
ii) Период удержания
iii) Неподходящие материалы
iv) Сбои в процессе
b) Скрытые сбои
i) Оптимизация процесса
ii) Незначительные/плохо понятые процессы
iii) Анализ отказов /Неотслеживаемые причины

3.Несоответствие приложений

a) Низкое кВ/высокое излучение в мА
b) Температура/срок службы

4. Неправильный привод из-за источника питания

a) Полное сопротивление источника питания
b) Нить накала постоянного/переменного тока
c) Высокая частота
d) Скорость вращения/торможение
e) Усиление нити накала
f) Логические схемы
g) Ограничение нити накала/Настройки предварительного нагрева нити накала

5. Рекомендации по корпусу трубки

a) Утечка диэлектрика (масла)
b) Перегрев
c) Температура окружающей среды
d) Положение корпуса
e) Соединения кабелей/заземления
f) Требования к диэлектрическому расширению
g) Номинальная дисциплина

1.Нормальное старение.

Рентгеновские трубки

стареют и имеют ограниченный срок службы, поскольку характеристики и используемые материалы начинают постепенно ухудшаться и изнашиваются, так что производительность постепенно снижается, пока они не перестанут быть удовлетворительными.

а. Нормальное перегорание нити накала: Электронный пучок в рентгеновской трубке обеспечивается вольфрамовой нитью накала, которая использовалась с момента появления электронных ламп, а также в лампах накаливания. Несмотря на эксперименты с другими эмиттерами: катодами диспенсера, гексаборидом лантана и церия, вольфрамом, легированным торием и рением, чистый вольфрам остался лучшим материалом накала.Нить накала сделана из проволоки, свернутой в спираль и вставленной в чашу, которая действует как фокусирующий элемент для формирования необходимого прямоугольного электронного пучка. Спираль служит для укрепления нити накала и обеспечивает увеличенную площадь поверхности, чтобы максимизировать эмиссию электронов.

Вольфрамовая проволока

легкодоступна и перерабатывается в пригодные для использования формы. Проволока относительно прочная, прочная и сохраняет свою форму при контролируемых нагрузках, таких как вибрация и удары. Производители рентгеновских трубок стабилизируют и укрепляют нити с помощью процесса, называемого рекристаллизацией.Это изменяет микроструктуру необработанной волокнистой проволоки на такую, в которой кристаллическая структура имеет отношение длины к диаметру в диапазоне от 3 до 6. Рекристаллизация достигается путем очень быстрого нагревания проволоки примерно до 2600°С в течение нескольких секунд и выдержки в течение очень короткое время.
Общим параметром для нитей накала является срок службы нити. Когда горячий вольфрам медленно испаряется с его поверхности, чем выше температура, тем больше скорость испарения. В идеале вольфрам испаряется равномерно, но на практике он начинает образовывать горячие точки на границах кристаллических зерен, которые видны как «выемки».В горячих точках вольфрам испаряется быстрее, а проволока в этих местах становится тоньше, что в конечном итоге приводит к обгоранию. Чем выше температура нити накала, тем больше со временем растут зерна вольфрама и тем быстрее происходит надрез. Кроме того, если допускается высокий пусковой ток с холодной нитью накала, это ускоряет перегорание из-за перегрева утонченных участков.

Для срока службы нити уменьшение массы проволоки примерно на 10 % считается окончанием срока службы. Это означает сокращение на 5.13% в диаметре проволоки, а срок службы нити накала составляет около 98%. (Жизнь вольфрамовой нити при нагреве постоянным током, А. Уилсон, Журнал прикладной физики, том 40, № 4, стр. 1956, 15 марта 1969 г.) (В этой ссылке также есть хорошее изображение нити с надрезом, работающей в условиях постоянного тока. и провод без надреза, работающий в условиях переменного тока.) Многие производители считают уменьшение диаметра на 5 или 6% окончанием срока службы.

б. Ускоренное выгорание нити накала: на характеристики рентгеновской трубки влияет несколько факторов, в том числе: ток трубки, напряжение трубки, расстояние между анодом и катодом, угол мишени и размер фокусного пятна (размер электронного луча).На размер фокусного пятна влияют: площадь поверхности проволоки, шаг спирали (количество витков на дюйм), диаметр/длина спирали, выступ нити накала в фокусирующей чаше и форма самой чашки. Только высокое напряжение от анода к катоду и ток накала (температура) определяют эмиссию трубки. Эмиссия регулируется уравнением Ричардсона-Душмана, которое очень зависит от температуры нити накала; чем выше температура, тем больше эмиссия.
Нить накала в трубке нагревается сильнее, когда от трубки требуется больший ток трубки при фиксированном напряжении или когда требуется больший ток трубки, но трубка работает при более низком напряжении.Например, сравниваются два случая для трубки с неподвижным анодом. Во-первых: лампа, работающая при 160 кВ при 1 миллиампер (мА), по сравнению с 5 мА. В этой трубке рассчитано, что нить накала работает при температуре около 2086 градусов Кельвина по сравнению с 2260 градусами Кельвина при 5 мА. Увеличение на 174 градуса приводит к увеличению скорости испарения в 21 раз при токе 5 мА по сравнению с 1 мА. («Скорость испарения и давление паров вольфрама…», Джонс и Маккей, Physical Review, Vol. XX № 2, август 1927 г.) Во-вторых, для той же трубки, работающей при 40 кВ при 5 мА по сравнению с 160 кВ и 1 мА, температура составляет 2300 К и 2086 К соответственно, что сокращает срок службы примерно в 43 раза. Интересно, что относительно небольшое сокращение срока службы наблюдается при низком токе трубки при снижении напряжения на трубке; например, 160 кВ против 40 кВ, оба для 1 мА, только сокращают срок службы в 1,3 раза, а 160 кВ против 40 кВ оба при 5 мА уменьшают в 2,1 раза.

Итого:

160 кВ при 5 мА по сравнению с160 кВ при 1 мА Срок службы нити накала в 21 раз меньше
40 кВ при 5 мА по сравнению со 160 кВ при 1 мА Срок службы нити накала в 43 раза меньше
40 кВ при 1 мА по сравнению со 160 кВ при 1 мА Срок службы нити накала в 1,3 раза меньше
40 кВ при 5 мА против 160 кВ при 5 мА В 2,1 раза меньше срок службы нити накала

Это показывает, что увеличение тока трубки (вызванное повышением температуры нити накала) гораздо важнее, чем изменение напряжения трубки. Отдельные типы трубок, а также отдельные трубки одного типа будут отличаться от этих примеров.

Выход из строя нити накала из-за перегорания вызван высокими рабочими температурами; чем выше температура, тем быстрее нить накала сгорит.Вольфрам испаряется с поверхности нити, но неравномерно, поэтому образуются горячие точки, которые испаряются быстрее. Горячие точки возникают на гранях кристаллов вольфрама, которые преимущественно испаряются на разных поверхностях кристаллов. Чем выше температура нити и чем дольше она там работает, тем крупнее вырастают кристаллы. Долгий срок службы достигается за счет длинных и узких кристаллов вдоль оси проволоки и поддержания как можно более низкой температуры.

г. Медленные утечки: для работы рентгеновских трубок требуется высокий вакуум.Уплотнения стекло-металл и металлические паяные соединения, которые подходят для начала, начинают утомляться и иногда начинают пропускать незначительное количество газа, постепенно повышая давление газа. Работа трубки начинает страдать из-за испарения материалов и дугового разряда высокого напряжения, которые могут быть вызваны более высоким давлением газа.

д. Неактивность: Отсутствие работы позволяет газам внутри вакуумной трубки накапливаться и мигрировать вдоль поверхностей. Когда на нить подается питание и подается высокое напряжение, дуговое перекрытие может произойти, особенно при более высоких рабочих напряжениях.Большинство производителей рекомендуют процедуру прогрева в зависимости от периода бездействия. Это обязательно универсальная процедура, но одна процедура может не подойти всем. В некоторых случаях необходима дополнительная расширенная работа, включая работу с более высокой мощностью или напряжением, называемая выдержкой, которая помогает работе трубки. Это может работать неудовлетворительно или вообще не работать, и трубку необходимо заменить.

эл. Растрескивание стекла: Большинство трубок изготавливаются из стекла в качестве вакуумной стенки, но стекло также выполняет задачу изоляции электродов трубки (катода, анода и заземления) от токов утечки и дугового разряда.Со временем и в зависимости от условий эксплуатации металл (вольфрам) с анода и нити накала начинает испаряться на стеклянные поверхности, что в конечном итоге приводит к дуговому разряду и выходу трубки из строя.
Дугообразование возмущает испаряемый материал и может вызвать травление стеклянных изоляторов. Это состояние часто называют «крайзингом» или «травлением».

Для смягчения последствий испарения используются различные методы, в том числе: пескоструйная обработка стекла (что увеличивает изолирующий путь), использование анода с колпаком на стационарных анодных трубках (колпак или кожух уменьшает целевое испарение на стекло), вакуум в металлическом центре стенки (которые уменьшают испарение нити на стекло в трубках с вращающимся анодом и некоторых трубках с неподвижным анодом) и использование керамики.Эти методы не устраняют испарение металла, но значительно уменьшают его отложение на стеклянных и керамических изолирующих поверхностях, тем самым отсрочив тенденцию к возникновению дугового разряда. Эти методы могут привести к другим нежелательным эффектам, например, пескоструйная обработка стекла может привести к высвобождению стеклянных частиц, что приведет к дуговому разряду.

ф. Дугообразование: Дугообразование является распространенной проблемой во всех высоковольтных системах. Некоторые причины были упомянуты выше: высокий уровень газа в вакууме, испарение проводящего металла на поверхности изолятора, а также образование трещин или травление изоляторов, что, в свою очередь, приводит к более высокому давлению газа или ухудшает способность изоляторов удерживать высокое напряжение.Другие причины, такие как мелкие изоляторы или металлические частицы, которые высвобождаются при работе или могут образовываться внутри трубы, создают газ и проводящие пленки на изоляторах. Эти частицы могут вызывать небольшие, но сфокусированные пучки электронов, вызывающие дуговые разряды.

г. Микротрещины мишени: При подаче питания на трубку электронный луч попадает на мишень, и температура под этим лучом быстро повышается. Для ламп с неподвижным анодом мощность и температура относительно низкие, а равновесная температура достигается за доли минуты.Поверхность вольфрамовой мишени может легко достигать температуры плавления вольфрама (3400 градусов по Цельсию), но ограничена примерно 400 градусами Цельсия (750 по Фаренгейту), поэтому вольфрамовый диск не отсоединяется от своего медного основания. Повышение температуры на поверхности мишени вызывает напряжения, которые могут привести к микротрещинам на поверхности мишени. Со временем и при циклическом включении/выключении эти трещины растут, и некоторые электроны в пучке попадают в эти трещины, поэтому результирующее рентгеновское излучение изменяется. Вольфрам поглощает часть излучения из трещин, и интенсивность излучения снижается, а энергия рентгеновских лучей становится более жесткой (имея более высокие энергетические лучи).Запуск труб с меньшей мощностью и меньшим углом цели) также уменьшает эту тенденцию.

Для ламп с вращающимся анодом, мощность которых может быть в 1000 раз выше, чем у стационарного анода, целевые микротрещины гораздо более серьезны, и поэтому их последствия сильнее. Температура целевого фокусного пятна во вращающейся анодной трубке может достигать 2800 градусов Цельсия (более 5000 градусов по Фаренгейту). Пониженное излучение в зависимости от количества экспозиций часто называют «падением радиации». Микротрещины уменьшаются за счет использования самой низкой необходимой мощности, максимально возможного фокусного пятна и более длительных экспозиций при пониженной мощности, а не более коротких экспозиций при более высокой мощности.Такие критерии применимы и к трубкам со стационарным анодом. Микротрещины уменьшают теплопередачу, что увеличивает температуру фокального пятна, что увеличивает испарение вольфрамовой мишени на стекло.

ч. Случайное повреждение: Хотя это и не является серьезной причиной отказа, случайное повреждение может быть вызвано несоблюдением рекомендуемых протоколов во время установки и эксплуатации. Непонимание, незнание и предположения могут привести к случайному повреждению. Применяется поговорка плотника: один раз отмерь, два отрежь; дважды отмерь, один раз отрежь.Для рентгеновских трубок проверьте и перепроверьте.

я. Подшипники: Выход из строя подшипников трубок с вращающимся анодом может быть проблематичным. Все механические системы изнашиваются и перестают работать, поэтому главное — добиться долговечности. Высокая температура и высокая скорость значительно сокращают срок службы подшипника. Во время работы смазка (обычно серебро или свинец) стирается с поверхностей шарика и качения, оставляя контакт стали со сталью, что приводит к заклиниванию или заклиниванию. При консервативном использовании подшипники обычно переживают другие отказоустойчивые механизмы.Требования к излучению и работа должны быть тщательно и подробно рассмотрены при выборе вращающегося анода вместо стационарной трубки.

2. Производственные недостатки.

а. Немедленные неисправности: Как бы ни старался производитель, не все лампы сделаны одинаково. Небольшие различия существуют, но производитель должен убедиться, что такие различия не влияют на работу трубки.

я. Отсеивание по тесту: После того, как труба изготовлена ​​и обработана, она подвергается ряду испытаний для завершения окончательной обработки, но, что более важно, чтобы убедиться, что она соответствует стандартам производительности, установленным для этой модели.Трубка проходит проверку качества. Основным испытанием является стабильность высокого напряжения. Каждая лампа подвергается воздействию высокого напряжения, обычно на 15% или более превышающего ее максимальное рабочее напряжение, при работе с максимальной мощностью. Такая обработка удаляет газы и частицы, а также приправляет нетронутые поверхности для работы под высоким напряжением. Затем трубка подвергается эксплуатационному испытанию
для проверки ее стабильности при высоком напряжении, так что при работе при максимальном номинальном напряжении в течение заданного периода времени дуги не возникают или возникают в ограниченном количестве.
Испытаны и измерены катодная эмиссия, вольт-амперные характеристики нити накала, размер фокусного пятна, тепловая нагрузка и другие соответствующие характеристики. Для трубок с вращающимся анодом проводятся дополнительные испытания, такие как шум, вибрация, время выбега и другие, чтобы оценить рабочие характеристики ротора и подшипников. Трубы, не соответствующие спецификациям, отбраковываются/утилизируются, но анализируются для выявления причин нарушения, чтобы можно было внести коррективы в производственный процесс.

ii. Период выдержки: Иногда, несмотря на удовлетворительные испытания, лампы, выдерживаемые в течение 2-4 недель, не работают удовлетворительно, особенно в условиях высокого напряжения.Изменение производительности обычно вызвано крошечными утечками вакуума, которые не могут быть обнаружены обычными средствами, но выделяют газы, которые не обеспечивают хороших характеристик (высокое напряжение). Нормальное термоциклирование может привести к утечкам или открытию пустот и проникновению вредных газов. Такое снижение производительности происходит редко, но имеет место, а в некоторых случаях более длительное время простоя или нормальное время оборота запасов выявляют дополнительные сбои.

iii. Неподходящие материалы: Современные материалы, такие как: бескислородная медь, кобальтовые сплавы с контролируемым расширением, вольфрам с добавлением рения, жаропрочные сплавы, вакуумный графит, высокотемпературные припои, а также керамика и техническое стекло, значительно улучшили характеристики трубок.Из-за таких улучшений необходим высокий уровень обеспечения качества, чтобы гарантировать качество этих и других материалов. Тестирование и сертификаты соответствия часто используются для обеспечения качества поставщика. Несмотря на эти усилия, материалы, не соответствующие стандартам, могут проникнуть в производственный процесс. Хорошим примером является бескислородный медный стержень, который при экструзии может содержать стрингеры, вызывающие утечки вакуума. Необходимо использовать более дорогие кованые пластины и стержни. Обычно эти недостатки выявляются внутри компании и не замечаются заказчиком.

iv. Технологические сбои: Новые процессы, такие как вакуумный переплав металлов, турбомолекулярные вакуумные насосы, высокотемпературная вакуумная обработка, высокотемпературный обжиг водородом, вакуумная пайка и электрополировка, также обеспечивают улучшенные характеристики рентгеновской трубки. Автоматизация помогла обеспечить более стабильный продукт. Однако, если эти используемые процессы/оборудование выходят из строя или управление теряется, хорошо отлаженный процесс может легко дать сбой, что может привести к браку или браку труб.

б.Скрытые сбои: Скрытые или непредсказуемые сбои, возникающие во времени, часто непредвиденны и иногда не могут быть связаны с известной причиной.

я. Оптимизация процесса: Многие процессы, используемые для труб и их частей, развивались в течение многих лет и на основе практического опыта. Если нет очень четких доказательств обратного, производители не хотят менять процесс, опасаясь неизвестных последствий. Например, анод с графитовым диском, припаянным к его задней части для вращающейся анодной трубки, должен быть обезгажен перед сборкой.Если температура слишком высока, может произойти повреждение припоя и его интерфейса
, но если слишком низкая и адекватная дегазация может быть нарушена. В стационарном аноде высокая температура на аноде способствует выделению газа, но насколько высокой и как долго может оставаться температура до того, как произойдет (скрытое) повреждение? В эту категорию попадают многие процессы, такие как дегазация, вакуумная откачка и приправа. Слишком консервативный подход может привести к неудовлетворительной работе, а слишком агрессивный — к повреждению. Трудно найти подходящий компромисс, и как только процесс работает, часто лучше оставить его в покое.

ii. Маргинальные или плохо понятые процессы: Некоторые сбои вызваны эффектами, которые малоизвестны или для которых неизвестны побочные эффекты различных процессов. Почему диэлектрическое масло иногда темнеет и содержит посторонние включения, а трубка работает нормально? В других системах наблюдается искрение, но трубка, охлаждающее масло и окружающая среда выглядят и тестируются нормально. Смазка шарикоподшипников во вращающемся аноде — хороший пример неполного понимания процесса.Смазка, обычно свинцовая или серебряная, наносится методом химического или физического испарения, имеет пятнистый характер и не столь однородна. Требуется некоторая приработка трубок для более равномерного распределения смазки. Средняя толщина также важна; слишком тонкий и срок службы подшипника снижается, слишком толстый и трубы работают неровно и часто заедают. Исторические результаты и пробы и ошибки определяют процесс, но физические причины не совсем понятны.

iii. Анализ отказов/неотслеживаемые причины: Анализ отказов может выявить причину отказа и является важным процессом, используемым производителями для обнаружения скрытых и непосредственных отказов.Иногда проблема очевидна, в других случаях для выявления первопричины требуется много анализов и тестов. Любой человек, занимающийся анализом отказов, знает, что, несмотря на большие усилия, во многих случаях невозможно найти первопричину. Либо сбой уничтожает окончательные доказательства, либо разборка во время анализа удаляет доказательства. Иногда не хватает доказательств, чтобы сделать определенный вывод. Лучшее, что часто можно сделать, — это экстраполировать на причину.

Распространенной неисправностью относительно долгоживущих ламп является искрение.Наиболее распространенными доказанными причинами дугового разряда являются: высокое давление остаточного газа, разрушение изоляторов и паразитная эмиссия электронов (обычно называемая «автоэмиссией»). Первые две темы были затронуты ранее. Для автоэлектронной эмиссии микроскопические частицы (как металлические проводники, так и неметаллические изоляторы) могут вызывать небольшие электрические токи, обычно в диапазоне наноампер, которые испускаются просто из-за очень сильных электрических полей. Эти мельчайшие токи, исходящие в виде пучка, могут при определенных условиях заряжать изоляторы, которые затем разряжаются, вызывая дуговой разряд.Зарядка также может вызвать выход из строя изолятора в виде прокола, который представляет собой крошечное отверстие в изоляторе, вызывающее потерю вакуума. С другой стороны, частицы могут отрываться, ускоряться, приобретать высокую энергию в электрическом поле и взрываться при ударе, вызывая дугу. Удар часто вызывает вторичное повреждение в виде осколков, что, в свою очередь, вызывает усиление полевой эмиссии.

Производители подчеркивают чистоту, стремясь уменьшить количество твердых частиц, обычно собирая трубки в чистых помещениях и используя различные процессы, такие как ультразвуковая очистка или электрополировка для удаления частиц.Несмотря на такие усилия, мельчайшие частицы все еще попадают в трубку. Чтобы уменьшить количество твердых частиц, каждая новая трубка «приправляется» или подвергается воздействию высокого напряжения примерно до 25% от ее максимального рабочего напряжения, чтобы сжечь или удалить частицы в неактивные части трубки. Приправа к трубке в холодных условиях мало что дает, поэтому трубка должна эксплуатироваться по определенному температурному протоколу, которых может быть много. Схемы для такой приправы включают значительные эксперименты и оценки, но все же не всегда идеальны.Чрезвычайно трудно получить трубу, которая никогда не образует дуги.

3. Несоответствие приложений.

 Хорошим примером изначального несоответствия трубок является ранняя маммография, когда для получения маммограмм использовалась стандартная диагностическая трубка. В результате диагноз был довольно плохим, и часто приводили к радиационным ожогам. За несколько лет стало известно, что молибденовое излучение при напряжении около 30 кВ с очень маленькими фокусными пятнами, сконструированными в виде трубок, которые особенно соответствуют анатомии, очень эффективно для ранней диагностики рака молочной железы.Новые пробирки были разработаны с учетом этих требований, и сегодня они являются золотым стандартом для раннего выявления заболеваний.

а. Низкое излучение в кВ/высокое значение в мА: Обычное несоответствие может возникнуть, когда трубка, предназначенная для использования с высоким напряжением, используется при более низком напряжении (обычно половина или меньше максимального), нить накала должна работать при более высоком токе, чтобы преодолеть ограниченное излучение. . В конкретной лампе с вращающимся анодом, работающей при 125 кВ и 300 мА, при снижении до 50 кВ и 300 мА нить накала должна работать с мощностью на 16 % больше, чтобы преодолеть более низкое напряжение трубки.Поскольку нить накала охлаждается излучением с температурой, пропорциональной 4-й степени (T⁴), увеличение на 16% означает увеличение температуры нити только на 3,8%. Хотя это кажется небольшим, вольфрам испаряется примерно в три раза быстрее при более высокой мощности, что в этом случае приводит к сокращению срока службы нити накала в три раза. Если трубка работает при более высоком токе трубки (в данном случае> 300 мА) при напряжении 50 кВ, ток накала необходимо увеличить, что приведет к еще большему сокращению срока службы накала. Часто такое несоответствие приходится принимать, потому что производитель не хочет производить специальную конструкцию, особенно если продажи будут ограничены.

б. Температура/Жизнь: Основное правило для рентгеновских трубок состоит в том, что температура – ​​враг. Чем больше приложенная мощность, тем короче срок службы трубки. Однако без достаточной мощности может не хватить интенсивности рентгеновского излучения для выполнения работы. Испарение нити накала, вызывающее нежелательные металлические отложения, в конечном итоге приведет к возникновению дуги в изоляторе. Эксплуатация мишени при более высокой температуре не только в конечном итоге приведет к ее испарению, но качество излучения с точки зрения распределения энергии и интенсивности начнет меняться и будет снижаться из-за микротрещин.
Во время работы трубки присутствуют термомеханические напряжения. Уплотнения между стеклом и металлом испытывают напряжение при нагревании, и чем больше тепла, тем выше температура, что приводит к увеличению напряжения. В конце концов мельчайшие частицы могут отколоться или стекло образует мелкие трещины, которые увеличиваются при прохождении излучения. Механическая усталость всегда присутствует из-за термического циклирования, и чем больше циклов, тем быстрее развивается усталость. Более высокая мощность вызывает более высокую температуру, которая ускоряет утомление. Эксплуатация рентгеновской трубки при минимальной полезной мощности продлевает срок службы.

4. Неправильный привод от источника питания.

В источнике рентгеновского излучения источник питания обеспечивает всю необходимую мощность для работы трубки, включая нить накала и часто питание ротора для трубки с вращающимся анодом. Кроме того, поставка содержит логику и блокировки, используемые системой. Таким образом, источник питания является неотъемлемой частью источника рентгеновского излучения, и оба они действуют согласованно.

а. Полное сопротивление источника питания: Ом Одной из наиболее важных характеристик источника питания является его полное сопротивление.Для ламп со стационарным анодом, которые работают на мощности в несколько сотен ватт, импеданс может быть высоким, что означает, что они содержат большое сопротивление, поэтому в случае дугового разряда повреждение трубки и чувствительной электроники сводится к минимуму. Дуга обычно гаснет, когда напряжение, поддерживающее дугу, уменьшается. Когда ток в дуге проходит через высоковольтное сопротивление, напряжение на сопротивлении увеличивается, тем самым уменьшая напряжение на трубке и других частях высоковольтной схемы. Если давление газа в трубке становится настолько высоким, что поддерживает дугу, импеданс также защищает источник питания и связанную с ним электронику.Ничего нельзя сделать с трубкой, чтобы улучшить ее работу, когда уровень газа в ней становится слишком высоким.

К сожалению, высокий импеданс также означает, что если искрение начинается из-за эмиссии частиц, полевого излучения или испарения света, часто не хватает накопленной энергии для устранения или испарения причины, и искрение может продолжаться.

Лампа с вращающимся анодом работает в условиях гораздо более высокой мощности, иногда превышающей 100 киловатт или почти в 1000 раз превышающей мощность стационарного анода. Здесь источник не может иметь высокий импеданс, иначе он не будет поддерживать требуемую мощность.В этих случаях часто необходимо ограничить накопленную энергию обычно менее чем 10 джоулями. Кабели высокого напряжения и конденсаторы умножителя напряжения будут накапливать такую ​​энергию, что может привести к повреждению трубки в дуге. Десять джоулей — это не фиксированное значение, а всего лишь ориентир, так как некоторые лампы удовлетворительно работают с большим запасом энергии, а другие не будут работать с меньшим количеством энергии. Емкость становится более проблематичной при более высоких напряжениях, поскольку энергия пропорциональна квадрату напряжения.

б.Нить постоянного/переменного тока: Обычно нити накала работают в условиях переменного напряжения/тока. Есть три основные причины. Во-первых, исторически было проще контролировать и подавать переменный ток (AC), а во-вторых, при использовании постоянного тока (DC) наблюдается тенденция к росту зерен, в результате чего со временем образуются хрупкие хрупкие нити, которые сгорают раньше. Наконец, менее важно то, что в условиях постоянного тока на одном конце нити будет существовать небольшой фиксированный потенциал, равный рабочему потенциалу нити, который может искажать фокальное пятно, слегка смещая его по отношению к фокусирующему колпачку.Эффект более выражен при меньших фокусных пятнах и условиях высокой эмиссии. При переменном токе такое смещение чередуется между обоими концами нити и поэтому размывается.
Для нитей накала, нагреваемых постоянным током, возникают явления надрезов, особенно для тонких нитей. В этом случае некоторые ионы вольфрама образуются из испарившихся атомов вольфрама и притягиваются к отрицательному концу нити накала и осаждаются, образуя серию «надрезов». Эти надрезы тоньше, чем другие участки нити, и приводят к появлению горячих точек с сопутствующим большим испарением и, в конечном итоге, выгоранием.Сообщается о сокращении срока службы нити накала от двух до десяти раз при работе с постоянным током, а не с переменным током. Современные источники питания, в которых используются нити накала постоянного тока, получают его от высокочастотного преобразователя. В этих условиях в сигнале накала присутствуют высокочастотные пульсации с малой амплитудой порядка 10 с кГц, что сводит к минимуму эффект режекции.

г. Высокая частота: Металлостеклянные уплотнения в трубке изготовлены из ковара или аналогичного сплава, состоящего из железа, никеля и кобальта, которые обладают сильными магнитными свойствами.Уплотнения включают вводы, по которым протекает ток накала. При высокой частоте магнитные материалы подвержены магнитному гистерезису, вихревым токам и скин-эффекту, которые поглощают энергию электрического тока. Это явление требует, чтобы источник питания обеспечивал большую мощность, чем по сравнению с немагнитными материалами, чтобы преодолеть потери. Чем выше частота, тем больше потери. Потеря мощности приведет к нагреву проходных отверстий, а влияние механических напряжений на уплотнения недостаточно изучено.В настоящее время используются частоты до 40 кГц. Для катода и анода используются высокочастотные источники высокого напряжения, но они выпрямляются до постоянного тока.

д. Скорость вращения/тормоз: Для вращающихся трубок срок службы подшипников, а также испарение нити накала являются важным фактором, определяющим срок службы трубки. Когда требуется экспонирование, мощность статора подается так, что анод трубки достигает скорости вращения (оборотов в минуту). Такая минимальная скорость указывается производителем, и синхронизированная скорость исторически имеет четыре значения в зависимости от частоты коммерческой мощности; для 60 Герц максимальная скорость 3600 об/мин или при тройной скорости 10800, для мощности 50 Герц 3000 об/мин и 9000 при тройной скорости.Эти скорости обычно называют «низкой» или «высокой» скоростью для нормальной единичной частоты или тройной частоты соответственно. На практике ротор никогда не может полностью достичь этой скорости, потому что трение в подшипниках и неполная магнитная связь между статором и ротором снижают скорость. На самом деле система статор/ротор имеет КПД всего около 10% по сравнению с коммерческими двигателями, эффективность которых обычно превышает 90%. По этим причинам производители обычно указывают минимальную скорость, как правило, 3000, 9500, 2800 и 8500 или аналогичные значения, чтобы учесть проскальзывание от синхронной скорости.
Когда инициируется экспозиция, мощность статора подается в течение определенного времени для достижения минимальной скорости и зависит от: момента инерции анода (очень приблизительно пропорционально емкости накопления тепла), напряжения, приложенного к статор и частота приложенного напряжения (высокая или низкая скорость). Обычно это время «разгона» ротора составляет от 1,5 до 6 или более секунд. После применения форсирования статор переходит в «рабочий» режим, в котором постоянно подается пониженное напряжение (обычно от 80 до 100 вольт) для поддержания минимальной скорости.Часто установщику остается отрегулировать время разгона для достижения минимальной скорости, и это может стать практической проблемой для реализации. Тахометры с язычком и синхронные стробоскопы могут измерять скорость вращения. Необходимо учитывать тепловое состояние анода; горячий анод будет двигаться с меньшей скоростью, чем холодный анод, из-за повышенного трения и уменьшения магнитной связи. После воздействия скорость вращения ротора снижается или тормозится путем подачи напряжения только на одну обмотку статора.
Торможение выполняется для быстрого уменьшения вращения подшипника, но не менее важно быстро пройти через резонанс ротора. Все роторы имеют собственную резонансную частоту, и в этот момент ротор/анод может заметно вибрировать. Чтобы быстро преодолеть эту резонансную скорость и свести к минимуму любые повреждения, подается тормозное напряжение. Типичные резонансные частоты составляют от 4000 до 5000 об/мин (65-80 Гц), особенно важно тормозить после работы на высокой скорости. Принимая во внимание обычно более короткое ускорение нити накала и более длительное время вращения ротора, можно увидеть, что последовательность событий рентгеновской системы следующая: запрос на экспозицию, подача форсирования статора, подача форсировки накала, подача импульса высокого напряжения экспонирования, перевод нити накала на холостой ход, обрыв. скорость анода.Современные блоки питания имеют настройку на все эти временные последовательности.

эл. Усиление нити накала: Когда рентгеновская трубка не излучает рентгеновские лучи (т. е. к катоду и аноду не приложено высокое напряжение), ее нить накала находится в так называемом режиме ожидания (или предварительного нагрева). Через него проходит ток, но он находится ниже точки излучения, где будет проходить ток трубки. Всякий раз, когда требуется экспонирование, ток накала «повышается» до заданного значения, которое позволяет протекать определенному току трубки, когда на трубку подается высокое напряжение.Когда рентгеновские лучи больше не нужны, высокое напряжение отключается, и ток накала возвращается к его холостому току.
Типичное время разгона нити накала колеблется от половины до одной секунды. Этот метод особенно важен для трубки с вращающимся анодом, где ток в трубке высок, а срок службы нити накала сохраняется за счет ее работы только тогда, когда необходимы рентгеновские лучи. Ток холостого хода накала выбран таким образом, чтобы испарение с нити накала составляло очень небольшую часть тока накала, необходимого для высокой эмиссии, что минимизирует испарение на холостом ходу.Если ток трубки достаточно низкий, некоторые лампы с неподвижным анодом вообще не будут усилены, и нить накала может быть выведена из состояния отсутствия питания. Системы с непрерывным импульсом могут представлять проблему с испарением, потому что, если частота повторения импульсов высока, между импульсами недостаточно времени, чтобы усилить нить накала до того, как придет следующий импульс. Обычно в таких случаях нить накала запускается в режиме форсирования до тех пор, пока все пульсации не прекратятся. Современные источники питания полностью адаптируются ко всем этим временным последовательностям.

ф. Логические схемы: Как видно из предшествующего описания, логическая последовательность и их производительность являются критически важными. Добавьте другие системы, такие как блокировки, последовательность изображений, требования к рентгенографическим объектам и другие системные требования, и можно увидеть, что функционирование и надежность логических систем
необходимы, если ничего не пойдет не так. Иногда искрение в трубке может вызывать переходные процессы, инициированные скачками тока или прерыванием высокого напряжения, что приводит к сбоям в логической схеме.Современные источники питания имеют изолированные логические схемы, которые защищают чувствительную электронику от переходных процессов при нормальной работе и искрения.

г. Настройки предела нити/предварительного нагрева нити: Одна из наиболее важных настроек — это регулировка предела нити. Уставка предела нити накала ограничивает максимальный выходной ток источника питания накала для защиты нити накала рентгеновской трубки. Эта настройка не позволит генератору рентгеновского излучения превысить это значение ни при каких обстоятельствах.Он должен быть установлен на уровне или ниже спецификации производителя рентгеновской трубки.

При установке предела накала ниже максимальной спецификации рентгеновской трубки предел накала должен быть на 10-15 % выше, чем ток накала, необходимый для достижения максимального запрограммированного тока эмиссии (мА) при самом низком используемом значении кВ. Помните, что максимальные значения нити накала отличаются от НЕОБХОДИМЫХ значений для эмиссии. Установка на 10-15% сверх необходимых значений тока эмиссии обеспечивает запас, а также лучшие характеристики отклика поезда.
Всегда держите предельный уровень нити накала на уровне рекомендованного производителями максимального тока накала или ниже его. Ток ожидания нити накала (называемый предварительным подогревом нити накала в некоторых линейках продуктов) — это ток холостого хода, подаваемый на нить накала рентгеновской трубки в условиях ожидания рентгеновского излучения (HV OFF/XRay отключен).
Уставка предварительного нагрева нити накала обычно составляет от 1 до 2 ампер, но следует проконсультироваться с производителем рентгеновской трубки. Хорошей рекомендацией для рассмотрения является то, что максимальный уровень предварительного нагрева нити должен быть ограничен 50% спецификации предела нити.Совершенно нормально установить ток в режиме ожидания равным нулю, если не требуется быстрое линейное изменение тока эмиссии.

 5. Рекомендации по корпусу трубки (корпусу).

Рентгеновская трубка должна быть заключена в подходящий контейнер, чтобы: предотвратить распространение рентгеновских лучей во всех направлениях, обеспечить подходящую изоляцию высокого напряжения и обеспечить охлаждение трубки/системы. Для автономной рентгеновской трубки контейнер называется корпусом, узлом трубки или источником излучения, а для системы, в которой источник питания объединен с трубкой, он обычно называется Monoblock® (зарегистрированная торговая марка Spellman). .

а. Утечка диэлектрика (масла): Диэлектрик, обычно трансформаторное масло с ингибитором окисления, должен обеспечивать изоляцию высокого напряжения для предотвращения искрения на всех поверхностях, находящихся под высоким напряжением. Если возникает утечка масла, это обычно означает, что воздух также просачивается в корпус, и если воздух попадает в область поля высокого напряжения, это вызывает искрение. Если искрение продолжится, углерод от распада масла начнет покрывать поверхности, и их нельзя будет восстановить. Масляные уплотнения часто изготавливаются в виде колец круглого сечения, а резина из бута-нитрильного каучука подходит для ингибированного масла.Некоторые материалы, такие как неопрен, не подходят, так как они набухают в этом масле. Обычные рекомендации производителей уплотнительных колец для степени сжатия составляют около 5-10% и не применяются. На самом деле используется сжатие около 25%, поскольку уплотнительные кольца при типичных высоких температурах корпуса деформируются и теряют упругость и могут начать просачиваться.

Используемое масло содержит абсорбированные газы, которые необходимо удалить вакуумной обработкой, чтобы предотвратить их попадание в корпус. Такая обработка увеличивает диэлектрическую прочность, измеряемую в единицах вольт на расстояние.Типичные значения превышают 30 киловольт на дюйм. Важным фактором являются материалы, используемые внутри корпуса, обычно пластиковые изоляторы. Они могут выщелачивать пластификаторы или другие химические вещества, которые могут растворяться в масле и ухудшать диэлектрическую прочность. Температура усиливает выщелачивание. Необходимо проявлять осторожность при тестировании материалов, используемых в корпусе, даже для новых производственных партий этих деталей.

б. Перегрев: Перегрев может вызвать искрение не только в трубке, но и в корпусе.Многие системы имеют теплообменник, в котором используется вентилятор, а иногда и насос для циркуляции масла. Крайне важно, чтобы эти обменники содержались в чистоте. Пыль является основным виновником и будет препятствовать как естественной конвекции воздуха, так и принудительной (вентиляторной) конвекции воздуха. В результате корпус перегревается, следует установить график обслуживания.

г. Температура окружающей среды: Температура окружающей среды должна поддерживаться в соответствии с указаниями производителя. Типичная температура окружающей среды составляет 25 или 30 градусов по Цельсию, а в условиях высокой нагрузки температура корпуса может подняться до 75 или 80 градусов по Цельсию, что является типичным пределом.Таким образом, повышение температуры может составлять около 50 градусов, и если температура окружающей среды выше указанной, это повышение температуры будет добавлено к температуре окружающей среды, что приведет к перегреву. Корпуса, часто используемые при испытаниях и для предотвращения утечки излучения, могут привести к тому, что температура окружающей среды превысит рекомендуемые значения. Также нередко можно встретить пластиковые или тканевые чехлы, используемые для «защиты» оборудования, но они только мешают конвекционному воздушному потоку и могут легко привести к перегреву.

д.Отношение корпуса: Трубчатый корпус с теплообменником или без него может нагреваться в верхней части, а не в нижней. Это связано с тем, что диэлектрическое охлаждающее масло образует сильные конвекционные потоки, которые поднимаются вверх, как дым от сигареты, и переносят тепло к верхней части корпуса. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить наилучшее положение корпуса для эксплуатации. Часто термопары могут направлять и выявлять горячие области, но для точных измерений необходим хороший тепловой контакт.

эл.Соединения кабеля/заземления: Хотя это кажется очевидным, хорошие электрические соединения необходимы. Заземление, а также другие соединения, такие как статор, датчики перегрева и высоковольтные кабели, одинаково важны. Обязательны плотные резьбовые соединения без перетертых контактов и проводов. Соединения высоковольтных кабелей особенно важны, потому что, если воздух включен, он будет ионизироваться в областях с сильным полем и вызывать искрение через изоляцию. Обычно для герметизации воздуха и обеспечения тесного контакта между поверхностями используется высоковольтная смазка.После того, как дуговые следы начинаются, они не подлежат ремонту. Рекомендации производителя по установке кабельных изоляторов должны строго соблюдаться.

ф. Диэлектрическое расширение: При нагревании масло расширяется в объеме, как и все материалы. Рентгеновская система должна иметь достаточный объем для такого расширения. На холодной стороне при отгрузке системы необходимо предусмотреть объем для усадки. Это расширение и сжатие обычно достигается с помощью гибкой диафрагмы, позволяющей изменять весь объем.Хороший дизайн позволит фактор безопасности; чем больше, тем лучше. Коэффициенты безопасности не менее 25% — это хорошо. Не менее важно установить нейтральную точку в экскурсиях по расширению; диафрагма должна быть установлена ​​так, чтобы допускать расширение и сжатие, которые будут встречаться. Этими факторами являются требования к конструкции и производству.

г. Номинальная дисциплина: Одним из наиболее важных соображений при работе с лампой является работа в пределах опубликованных рейтингов. Знакомство и планирование являются ключевыми вопросами.Необходимо контролировать высокое напряжение и мощность накала, чтобы не допустить превышения долговременного перегрева, кратковременное превышение мощности на аноде может привести к расплавлению фокального пятна. Осторожность и осторожность – вот правила. Не менее важна работа незагруженного теплообменника. То же самое относится и к трубкам с вращающимся анодом, но, кроме того, должно быть обеспечено правильное вращение. Индивидуальные рейтинги экспозиции важны для того, чтобы убедиться, что правильное фокусное пятно находится под напряжением, используется правильная диаграмма скоростей, наблюдается высокое напряжение и выбрана правильная длительность импульса.Графики должны быть согласованы с эмиссией накала и вольт-амперными характеристиками, чтобы предотвратить перегрузку. Очень легко перепутать диаграммы и неправильно их истолковать. Всегда проверяйте дважды.

Нажмите здесь, чтобы загрузить PDF-файл.

Описание

Радиочастотная схема

В целях тестирования этот блок в консоли управления может генерировать четыре импульса, необходимых для управления передатчиком: команда защиты приемника , команда луч на , команда rf на и команда rf фаза .Но обычно эти команды генерируются программируемым генератором импульсов, который является частью компьютерного интерфейса сбора данных. Сгенерированные программой импульсы поступают в синхронизирующий генератор как «Импульсы запроса». Если они не нарушают ограничений, наложенных на рабочий цикл, длину импульса и т. д., запросы передаются без изменений в виде команд на схему передатчика. В противном случае генератор синхронизации изменяет их, чтобы сделать их приемлемыми. Когда это происходит, лампочки на панели синхронизирующего генератора указывают, какие ограничения нарушаются.

Схема возбуждения находится в консоли управления. Выходной каскад представляет собой 3-ваттный усилитель. Выходная мощность этого усилителя, пиковая мощность 3 Вт, включается и выключается синхронно с мощным модулятором. Возбудитель может применять двухфазную модуляцию к управляющему сигналу. Амплитудный модулятор не включен в возбудитель, хотя последующие каскады промежуточного усилителя мощности (IPA) и усилителя мощности (PA) по существу являются линейными усилителями, когда они не доведены до насыщения.

  • Промежуточный усилитель мощности (IPA)

IPA использует один клистрон с внешним резонатором Eimac 3KM3000LA и способен производить пиковую мощность 20 кВт или среднюю мощность 1 кВт. Он управляет двумя клистронами в усилителе мощности (PA). Требуемая мощность привода составляет всего около 790 Вт, поэтому IPA оценивается очень консервативно и является одной из самых надежных частей передатчика. Этот усилитель работает как блок с фиксированным коэффициентом усиления; его питающие напряжения остаются постоянными, пока передатчик используется.У него нет модулятора. Его выход импульсный только потому, что возбудитель включает и выключает входной сигнал. На выходе ИУМ находится ловушка второй гармоники (закороченный шлейф). Сигнал IPA поступает в PA по 1,5-дюймовой коаксиальной линии передачи.

Два клистрона работают параллельно как балансный усилитель с коаксиальным делителем мощности на входе и волноводным 90° гибридным сумматором на выходе. Делитель входной мощности на самом деле представляет собой кольцевой гибрид, а разделенные выходы имеют одинаковую фазу.Однако один из этих выходов задерживается дополнительно на 90° из-за дистанционно регулируемой моторизованной линии передачи «тромбон». Изолированный порт выходного объединителя подключен к «неиспользуемой нагрузке». Номинально не должно быть никакой мощности, рассеиваемой в тратере, если секция тромбона отрегулирована правильно, но, если два клистрона не имеют одинаковой выходной мощности, некоторая потеря мощности неизбежна. Если фаза неверна на 190°, вся мощность будет направлена ​​в мусорное ведро, а не на антенну. Направленные ответвители позволяют оператору контролировать общую выходную мощность, мощность потерь, а также мощность отдельного привода и выходную мощность.

Ток луча клистрона модулируется, т.е. включается только на время каждого импульса РЧ возбуждения. Во время импульса 35 % мощности луча (напряжение луча × ток луча) преобразуется в полезную выходную ВЧ-мощность, а 65 % преобразуется в потерянное тепло. Выходная мощность в импульсе 2,5 МВт, входная мощность 2,5/0,35 = 7,14 МВт. Средние мощности составляют 150 кВт и 429 кВт соответственно. При отсутствии ВЧ привода 100 % мощности луча преобразуется в тепло. Если бы луч не выключался между импульсами, входная мощность передатчика была бы 7.14 МВт/0,06 = 119 МВт. Импульсный луч с коэффициентом заполнения РЧ 6 % снижает входную мощность до 429 кВт, что дает значительную экономию энергии! Клистроны, конечно, не могут рассеять достаточно тепла, чтобы работать с включенным лучом непрерывно; их максимальный коэффициент заполнения составляет 6 %.

Импульсация пучка осуществляется с помощью элемента управления «мод-анод», встроенного в каждый клистрон. Когда мод-анод смещен примерно на полпути между катодным и анодным напряжениями, включается ток пучка. Когда мод-анод смещен немного (5 кВ) отрицательнее, чем напряжение катода, пучок полностью выключается.Полное отключение необходимо, даже при отсутствии ВЧ-привода, чтобы клистрон не создавал шума, часть которого просочилась бы через ламповую схему включения, соединяющую аноды мода (соединенные параллельно) с -55. отвод «половины напряжения» кВ на источник питания пучка или на шасси «буферной палубы», имеющей потенциал на 5 кВ более отрицательный, чем катоды. Для изоляции высокого напряжения для включения луча используется оптоволоконная линия связи с плавающей палубой. Вторая оптоволоконная линия, ведущая к буферной деке, в течение 2 микросекунд пульсирует в буфере, следуя за импульсом луча, чтобы вернуть аноды мода обратно к потенциалу катода, отключая луч.

  • Фильтр гармоник, антенный тюнер и волновод

Мощный волноводный фильтр типа «вафельница» или «глушитель» обеспечивает диссипативное ослабление любой мощности на второй и высших гармониках. Как и клистроны, этот фильтр был разработан для радаров BMEWS. За фильтром гармоник следует антенный тюнер в виде волноводного гибрида magic-T с моторизованными шлейфами на двух из его четырех портов.Этот так называемый ЕН-тюнер можно настроить так, чтобы представить передатчик с безотражательной нагрузкой для любого коэффициента отражения, возникающего на нижний конец волновода.За тюнером следует волновод WR2100 длиной 1500 футов, идущий от здания управления к платформе. Когда требуется значительная коррекция EH-тюнера, это происходит из-за сильных отражений от компонентов, установленных на платформе. Хотя тюнер устраняет стоячие волны на стороне передатчика, отражения от платформы, конечно же, приведут к возникновению стоячих волн на участке волновода длиной 1500 футов. Но, как и во всех случаях с линией передачи, если КСВ на линии передачи меньше примерно 2:1, мощность, рассеиваемая за счет омических потерь в линии, составляет приемлемо небольшую долю от общей мощности.

Волновод проходит через поворотный шарнир в центре верхней части азимутального рычага. Затем он переходит к нижней части рычага к плавно регулируемому двухстороннему делителю мощности. Один выход делителя подает питание на каретный двор, а другой выход подает питание на григорианский купол. Эта операция с двумя лучами эквивалентна работе двух радаров, направленных в разные стороны. Соединения от делителя мощности к каретному двору и куполу требуют эквивалента телескопических волноводов для обеспечения движения по линии подъема.Это достигается за счет использования щелевого волновода, прикрепленного к нижней части азимутального плеча. Прорезь (имеющая незначительные потери на излучение) направлена ​​вниз. Зонд захвата выходит из каретки вверх в щель. Зонд представляет собой специальное колено волновода с колесами. Этот «коллектор» перемещается внутри щелевого волновода. Он имеет выходной порт половинной высоты, который проходит через прорезь шириной примерно 8 дюймов. Тюнер с 5 зондами на стыке WR2100 и щелевого волновода устраняет отражения, которые могли бы возникнуть на этом стыке.Энергия от коллектора поступает в вагон по отрезку гофрированного волновода и подключается к турникету. Длины боковых шорт турникета отрегулированы таким образом, чтобы а) мощность не передавалась от порта передатчика к противоположному порту (порту приемника) и б) чтобы мощность, выходящая из порта антенны, имела круговую поляризацию . При отражении передаваемого сигнала от радиолокационной цели (ионосферы, Луны и т. д.) эхо возвращается с противоположной круговой поляризацией.Турникет направляет эту эхо-энергию на порт приемника. Таким образом, эта установка соединения турникета / круговой поляризации является «самодиплексной» — для переключения антенны между передатчиком и приемником не требуется никакого дополнительного оборудования.

границ | Космический высоковольтный силовой модуль

Введение

В последние годы, с быстрым развитием аэрокосмической техники и технологий силовой электроники, в космических приложениях требуются высокоэффективные, высоковольтные и мощные источники питания постоянного тока (Novac et al., 2010; Wen-jie et al., 2020), такие как космическая электрическая двигательная установка (Lord et al., 2020), усилитель на лампе бегущей волны, космическая сварка и космическая солнечная электростанция (Xin-bin and Li, 2015; Wang et al., 2018; Зайцев и др., 2019).

Для электрических двигателей требуется высокое напряжение для создания электрического или электромагнитного поля для ускорения потока предварительно ионизированного топлива, которое может варьироваться от нескольких сотен В до нескольких кВ, в зависимости от конкретного типа электрического двигателя. используется подруливающее устройство (Reese et al., 2013; Фу и др., 2017; Бекеманс и др., 2019; Форриси и др., 2019). Например, для спутниковых электрических двигателей требуется напряжение в диапазоне от 350 В до 1,9 кВ для обеспечения высокоэффективной тяги, а мощность варьируется от нескольких сотен ватт до кВт для различных двигателей. В настоящее время, по мере усложнения сценариев применения электродвигателей, одним из основных направлений развития стали высокие напряжения и высокая удельная мощность. Таким образом, мощный блок обработки энергии (PPU) стал центром разработки.

Для сварки в космосе основная трудность заключается в получении мощного высоковольтного источника питания. Производительность источника питания, используемого для ускорения электронов, напрямую влияет на качество сварки. Источник питания играет важную роль в приложениях для космической сварки, в то время как нет такой высоковольтной схемы питания.

Для космической солнечной электростанции, как сверхмощной космической системы, требуется передача электроэнергии на сотни километров (Xin-bin, Li, 2015; Zaitsev et al., 2019). Для минимизации потерь требуется высоковольтная передача. Космические высоковольтные источники питания стали ключевой технологией для передачи высокого напряжения.

Ограничено выдерживаемым напряжением и емкостью конденсаторов космического класса, выдерживаемым напряжением, максимальным импульсным током и максимальным прямым током силовых диодов. Традиционным решением является последовательное соединение вторичных обмоток с трансформатором с высоким коэффициентом усиления для достижения космических высоких -напряжение питания, позволяющее избежать использования большого количества высоковольтных выпрямителей и простое управление.

Напряжение трансформатора требует существующего производственного процесса и технологии защиты высоковольтной изоляции в аэрокосмической отрасли, и его трудно достичь. Таким образом, такой источник питания считается малонадежным.

Высоковольтным источникам питания трудно поддерживать надежность в космической среде. Модуль питания может решить эту проблему.

В статье (Reese et al., 2013) предлагается модуль питания анодов (ASM) с выходным напряжением 400 В, 4 А и решеткой для электродвижения.Благодаря гибкому сочетанию модулей анодного питания массив ASM можно использовать для различных сценариев космических высоковольтных приложений.

В документе

(Wang et al., 2018) предлагается модуль источника питания с выходной мощностью 100 В, 100 А и комбинированной структурой ввода-параллельного последовательного вывода (IPOS) с несколькими преобразователями. Благодаря этой новой структуре достигается энергосистема с высоким коэффициентом преобразования, низкими потерями мощности, высоким коэффициентом преобразования мощности и плотностью.

Для космической сварки часто требуются ускоряющие источники питания мощностью 10 кВ, 2 кВт и более.Такой вид космического электроснабжения сложен в реализации, поэтому можно рассмотреть конструктивное решение через IPOS-подключение модулей электроснабжения. В этом документе предлагается новая структура энергосистемы для космической сварки для достижения выходной мощности 10 кВ, 2 кВт, как показано на рисунке 1. В этом документе основное внимание уделяется высоковольтным модулям электропитания для космоса с входным напряжением 100 В, 1 кВ/200 Вт. выход.

Рис. 1. Топология высоковольтного преобразователя для космической сварки.

Гибкая комбинация модулей питания для различных космических высоковольтных приложений является хорошим подходом к решению проблем проектирования космических высоковольтных источников питания.Модули питания могут решить проблемы ограничения производительности устройств аэрокосмического класса в космических высоковольтных приложениях и упростить защиту изоляции. Поэтому космический силовой модуль очень важен в космических высоковольтных системах.

В данной статье предлагается космический высоковольтный силовой модуль с высоким коэффициентом наддува и новый модуль усовершенствования для повышения эффективности.

Эскизный проект космического высоковольтного источника питания

Анализ режима работы

В данной статье предлагается эскизный проект космического высоковольтного силового модуля, как показано на рисунке 2А.Инвертор мощности использует мостовую схему, которую можно использовать для приложений большой мощности и улучшить коэффициент использования трансформатора. В схеме используется двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения. На рисунках 2B,C показано рабочее состояние этого источника питания.

Рис. 2. Эскизный проект топологии космического высоковольтного силового модуля и режимов его работы. (A) Топология космического высоковольтного силового модуля. (Б) Первый полупериод. (C) Второй полупериод.* , C 4 и вторичная обмотка.

во второй половинный период: выключатели Q 2 24 2 23 Q 3 14 3 1 Q 1 2 и Q 2 4 отключены , а выживание выжигания выходов примерно восемь раз напряжение вторичного намотки через серии C C 1 2, 1 C 2 ^ * 2, C 3 , C 4^* и вторичная обмотка.

Эта конструкция решает проблемы космического высоковольтного электроснабжения, включая трансформаторы с высоким коэффициентом трансформации, многообмоточные обмотки вторичной стороны с чрезмерным напряжением и силовую изоляцию. Максимальное выдерживаемое напряжение на элементах выпрямителя (диоды и конденсаторы) выпрямителя вдвое превышает напряжение вторичных обмоток трансформатора. За счет уменьшения коэффициента трансформации трансформатора и выпрямления выходного высокого напряжения через выпрямитель с удвоением напряжения можно снизить напряжение высоковольтного трансформатора и основных компонентов выпрямителя (диодов и конденсаторов), что повышает надежность системы.Наконец, высоковольтный источник питания можно гибко комбинировать с помощью IPOS для достижения контроля напряжения и расчетного запаса.

Анализ слабых сигналов цепи выпрямителя

Вторичная сторона космического высоковольтного силового модуля представляет собой двухполупериодный восьмикратный выпрямитель напряжения (как показано на рисунке 2А). Это эквивалентно последовательному соединению вход-параллель-выход двух однополупериодных четырехкратных выпрямителей (показано на рисунке 3). Мы устанавливаем модель однополупериодного четырехкратного выпрямителя напряжения, а затем преобразуем ее в двухполупериодный восьмикратный выпрямитель напряжения.

Рис. 3. Однополупериодный четырехкратный выпрямитель напряжения.

Для идеального однополупериодного выпрямителя входное напряжение показано на рисунке 4. Принимая, что емкость конденсатора выпрямителя: 1,2…, н ). Выходное напряжение однополупериодного четырехкратного выпрямителя приблизительно равно 4 В в .Определим четыре передаточные функции двухпортовой сети:

Рис. 4. Осциллограммы входного напряжения однополупериодных выпрямителей.

h21=vo⁢u⁢tvi⁢n=Gv(1)

h22=vo⁢u⁢tio⁢u⁢t=Ro⁢u⁢t(2)

h31=ii⁢nvi⁢n=Yi⁢n(3)

h32=ii⁢nio⁢u⁢t=Gc(4)

Эквивалентная модель схемы слабого сигнала может быть получена, как показано на рисунке 5, где G_v — усиление выходного напряжения, R out — эквивалентное выходное сопротивление, Y in 24 24 — эквивалентная проводимость на входе, а G_c — коэффициент усиления по обратному току.

Рис. 5. Схемы замещения малосигнальных двухполюсников выпрямителя.

Поскольку входное напряжение колеблется между положительным и отрицательным, его можно рассматривать как прерывистое во времени. Этот мостовой однополупериодный выпрямитель анализируется методом дискретной системы. Во-первых, путем преобразования классических уравнений пространства состояний в уравнения пространства состояний дискретной области с помощью z -преобразования получаются следующие уравнения пространства состояний:

х⁢[(k+1)⁢T]=A⁢x⁢(k⁢T)+B⁢u⁢(k⁢T)

y⁢(k⁢T)=C⁢x⁢(k⁢T)+D⁢u⁢(k⁢T)(5)

, где x — вектор состояния, u — входной вектор, а y — выходной вектор.Если предположить, что все выпрямительные блоки идеальны, то есть сопротивление диода во включенном состоянии равно 0, падения напряжения во включенном состоянии нет, обратное напряжение отсечки достаточно велико. Три вектора выражаются следующим образом:

х=[ВК⁢2,ВК⁢4]T

y=[vo⁢u⁢t,ii⁢n]T

u=[vi⁢n,io⁢u⁢t]T(6)

By z -преобразованный на уравнениях пространства дискретного состояния уравнения. (5), получаем:

z⁢X⁢(z)=A⁢X⁢(z)+B⁢U⁢(z)

Y⁢(z)=C⁢X⁢(z)+D⁢U⁢(z)(7)

Эквивалентное преобразование уравнения.(7) дает отношение между выходной матрицей Y ( z ) и входной матрицей U ( z ) как:

Y(z)=[C(zI-A)-1B+D]U(z)(8)

, где передаточная функция:

H⁢(Z)=Y⁢(z)U⁢(z)=[C⁢(z⁢I-A)-1⁢B+D](9)

Между тем, уравнение. (9) также является передаточной функцией z -области уравнений (1–4). Для z = e j w t можно рассчитать амплитудно-частотную характеристику | h i j ( j w t )| и фазочастотная характеристика ∠| h i j ( j w t )| из четырех передаточных функций.

Для однополупериодного четырехкратного выпрямителя все четыре матрицы A–D представляют собой массивы 2 × 2, а система представляет собой систему с двумя входами и двумя выходами. Рассчитав коэффициенты четырех матриц, можно получить полную передаточную функцию однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения, а соединив две одинаковые системы с параллельными входами и последовательными выходами, выражение для двухполупериодного восьмиполупериодного выпрямителя. раз выпрямитель может быть получен. Затем мы создаем полную модель малого сигнала, где эквивалентные схемы для ( k T ) ~ ( k T + T 1 ) и ( k T 1 )~[( k + 1) T ] периодов показаны на рисунке 6.

Рис. 6. Эквивалентная схема для (k+1) цикла. (A) ( k T )~( k T + T 1 ). (Б) (кТ + Т1)~[(к + 1)Т].

, где C 2 и C 4 действуют как конденсаторы выходного напряжения и обеспечивают удвоение выходного напряжения для нагрузки R . В начале двух периодов это эквивалентно двум конденсаторам C 2 и C 4 , включенным параллельно с сопротивлением R/2 , и конденсатор разряжен соответственно. через цепь RC .

Начиная с kT , полярность входного напряжения показана на рис. 4. Мы можем получить выходные напряжения конденсаторов C 2 и C 4 4 5 . Поскольку предполагается, что диоды идеальны в топологии этой цепи, конденсаторы 1 23 C 23 C 2 2, конденсаторы C 3 и C 4 мгновенно подключаются параллельно соответственно.В соответствии с законом напряжения Кирхгофа (KVL) и принципами сохранения заряда конденсатора можно сделать вывод, что:

V2⁢((k⁢T)+)=V1⁢((k⁢T)+)=1C2+C1⁢[C2⁢V2⁢((k⁢T)-)+C1⁢V1⁢((k⁢T) -)](10)

V4⁢((k⁢T)+)=V3⁢((k⁢T)+)=1C4+C3⁢[C4⁢V4⁢((k⁢T)-)+C3⁢V3⁢((k⁢T) -)](11)

Добавление возмущений небольшого сигнала [мы рассмотрим V 2 ( T ) = V 1 ( T ), V 4 ( T ) = V 3 ( t )] к стационарным величинам выражения (10) (11) имеют вид:

V2⁢((k⁢T)+)+v2⁢((k⁢T)+)=V1⁢((k⁢T)+)+v1⁢((k⁢T)+)

=1C2+C1⁢[C2⁢(V2⁢((k⁢T)-)+v2⁢((k⁢T)))+C1⁢(V1⁢((k⁢T)-)+v1⁢((k ⁢Т)+))](12)

V4((kT)+)v4((kT)+)=V3((kT))+v3((kT)+)

=1C4+C3[C4V4((kT))-+v4((kT)+))+C3(V3((kT)-+)v3((kT)+))](13)

от K + T + T кт + T + T 1 ) , напряжение падение конденсаторов C 2 2 и C 4 равны интеграл эквивалентного резистивного тока от 0 до T 1 умножить на обратную величину эквивалентной емкости питания.

△⁢V2⁢T⁢1=△⁢V1⁢T⁢1=-1C2+C1⁢∫0T⁢12⁢V2⁢((k⁢T)+)⁢v2⁢((k⁢T)+)R⁢dt (14)

△⁢V4⁢T⁢1=△⁢V3⁢T⁢1=-1C4+C3⁢∫0T⁢12⁢V4⁢((k⁢T)+-)+v4⁢((k⁢T)-)R⁢ дт(15)

Начиная с k ( T + T 1 ), полярность входного напряжения показана на рисунке 4. Мы можем получить два напряжения выходных конденсаторов. Так как диод предполагается идеальным устройством, то в этот момент конденсаторы С 2 и С 3 мгновенно включены параллельно, а их напряжения равны на обоих концах по КВЛ и сохранение емкостного заряда.

V2⁢(k⁢T+T1+)=V3⁢(k⁢T+T1+)

1C2+C3⁢[C2⁢V2⁢(k⁢T+T1-)+C3⁢V3⁢(k⁢T+T1-)](16)

V4⁢(k⁢T+T1+)=1C4⁢V4⁢(k⁢T+T1-)(17)

Добавив малые возмущения сигнала (рассматриваем v 2 ( t ) = v 3 ( t ) ) к стационарным величинам, выражения (16) (17) организуются в виде :

V2⁢(k⁢T+T1+)+v2⁢(k⁢T+T1+)

=V3⁢(k⁢T+T1+)+v3⁢(k⁢T+T1+)

=1C2+C3[C2(V2(kT+T1-)+v2(kT+T1-))

+C3(V3(kT+T1-)+v3(kT+T1-))](18)

V4(kT+T1+)+v4(kT+T1+)=1C4[+V4(kT+T1-)+v4(kT+T1-)](19)

от (k⁢t + T1 +) в [(( K + 1) T ) ] ], падение напряжения конденсаторов C 2 2 и C 4 4 4 4 4 4 равно интегралу эквивалентного резистивного тока от 0 до T 2 умножить на обратную величину эквивалентной емкости питания.

△⁢V2⁢T⁢2=△⁢V3⁢T⁢2=-1C2⁢C3⁢∫0T⁢22⁢V2⁢(k⁢T+T1+)+v2⁢(k⁢T+T1+)R⁢dt(20 )

△⁢V4⁢T⁢2=-1C4⁢∫0T⁢22⁢V4⁢(k⁢T+T1-)+v4⁢(k⁢T+T1-)R⁢dt(21)

из уравнений (21) и (22), мы можем извлечь, что в конце T 2

2 , напряжение через конденсаторы C 2 23 C
C 4 рассчитываются как:

V2⁢[((k+1)⁢T)-]+v2⁢[((k+1)⁢T)-]

=V3[((k+1)T)-]+v3[((k+1)T)-

=[V2⁢(k⁢T+T1+)+v2⁢(k⁢T+T1+)]×(1-2⁢T2R⁢(C2+C3))(22)

V4⁢[((k+1)⁢T)-]+v4⁢[((k+1)⁢T)-]

[V4⁢(k⁢T+T1+)+v4⁢(k⁢T+T1+)]×(1-2⁢T2R⁢C4)(23)

Затем было рассчитано падение напряжения основного выходного конденсатора от k⁢T+T1+ до ( k + 1) T .Сводя уравнения (22) и (23) в уравнения (12) и (13), можно получить выражение для напряжений конденсаторов С 2 и С 4 в первом переключении режим.

Выделив малые переменные сигнала всей цепи из приведенного выше уравнения, можно составить следующий набор уравнений:

v2⁢((k+1)⁢T)=a11⁢v2⁢(k⁢T)+a12⁢v4⁢(k⁢T)(24)

v4⁢((k+1)⁢T)=a21⁢v2⁢(k⁢T)+a22⁢v4⁢(k⁢T)(25)

Аналогичным образом могут быть получены выражения других матриц параметров передаточной функции.

Передаточная функция системы рассчитывается с помощью MATLAB, имеется диаграмма нулевого полюса выходного импеданса для двухполупериодного восьмикратного выпрямителя, как показано на рис. 7A, диаграмма Боде выходного импеданса, показанная на рис. 7B, диаграмма нулевого полюса усиления по напряжению. для двухполупериодного восьмикратного выпрямителя, как показано на рисунке 7C, и диаграммы Боде усиления по напряжению, как показано на рисунке 7D. Для дискретных систем система устойчива, потому что полюса передаточной функции усиления по напряжению и передаточной функции усиления импеданса находятся в единичной окружности в плоскости z .

Рис. 7. Схема имитации модели малых сигналов . (A) Нулевая полюсная диаграмма выходного сопротивления. (B) Диаграмма Боде выходного сопротивления. (C) Нулевая полюсная диаграмма коэффициента усиления по напряжению. (D) Диаграмма Боде коэффициента усиления по напряжению.

Установившиеся и переходные процессы зарядки конденсаторов выпрямителя

На рисунке 2А, ​​предполагая, что напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно Vs , когда трансформатор работает в установившемся режиме, положительный полупериод можно определить как:

Vo⁢u⁢t=|Vs|+VD⁢4*+VC⁢1*+VC⁢2+VC⁢3*(26)

В этом силовом модуле конденсатор выпрямителя можно заряжать и разряжать за половину рабочего цикла (цикла переключения).По закону сохранения электрического заряда и КВЛ, в полуцикле коммутации в начале работы цепи можно вывести, что:

{VC⁢1=|Vs|-VD⁢1VC⁢2=|Vs|+VC⁢1-VD⁢2VC⁢3=|Vs|+VC⁢2-VC⁢1-VD⁢3VC⁢4=|Vs| +ВК⁢1+ВК⁢3-ВК⁢2-ВД⁢4(27)

При использовании в цепи одного и того же типа высоковольтного диода прямое падение напряжения В D каждого диода равно:

{VC⁢1=|Vs|-VDVC⁢2=2⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢1VC⁢3=2⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢1VC⁢4=2 ⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢1(28)

Аналогично, для другой части схемы:

{VC⁢1*=|Vs|-VDVC⁢2*=2⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢1*VC⁢3*=2⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢ 1*VC⁢4*=2⁢|Vs|-2⁢VD=2⁢VC⁢1*(29)

Путем приведения уравнений (28) и (29) в уравнение.(26), следующие выходные напряжения могут быть получены для схемы двухполупериодного восьмикратного выпрямителя (рис. 2А):

Vo⁢u⁢t=|Vs|+VD+7⁢VC⁢1=8⁢|Vs|-6⁢VD(30)

Прямое падение напряжения В D на диоде выпрямителя незначительно по сравнению с напряжением на вторичной стороне трансформатора В S , 902 выходное напряжение примерно в восемь раз превышает выходное напряжение. как В С .* ( n > 1) оба имеют вдвое большее напряжение, чем | В С | − В Д .

Однако приведенное выше обсуждение применимо только к стационарным конденсаторам в выпрямителе с удвоением напряжения, а схема заряда конденсаторов в переходном режиме показана на рис. 8.

Рис. 8. Цепь зарядки конденсатора. (а) конденсатор C 1 1 1 (B) конденсатор 23 C 2 2 2 Зарядка (C) Конденсатор C 3 9152 зарядки и (D) конденсатор C 4 зарядка.

Максимальное напряжение на емкости C 1 равно:

Э=|Вс|-ВД(31)

Зарядное напряжение конденсатора на t составляет (где R эквивалентное сопротивление прямого зарядного пути):

VC⁢1=E×(1-e-tR⁢1⁢C)(32)

мы рассчитываем, что когда RC RC RC 2, где α α = 3-5, V C1 C1 ≥ 0.96 E , микроскопическая емкость C 1 падение напряжения чуть меньше E . Когда конденсатор разряжен:

VC⁢1′=VC⁢1×e-tR⁢1⁢C(33)

тоже после T 2 = α RC 2, где α α C1 ‘ C1′

≤ 0,04 V C1 .Напряжение при одной зарядке и разрядке конденсатора C 1 составляет:

V1=VC⁢1-VC⁢1′=VC⁢1-VC⁢1×e-tR⁢1⁢C=VC⁢1×(1-e-tR⁢1⁢C)(34)

Когда заканчивается первый цикл переключения, C 1 передает свою мощность на C 2 . Напряжение C 2 составляет:

VC⁢2=V1×(1-e-tR⁢2⁢C)≈|Vs|-VD(35)

В начале первой половины следующего цикла, C 1 1 V C1

2 = E × (1-e-tr⁢1⁢ С), то, согласно КВЛ, в контуре 2 (рисунок 8С), так как диоды имеют одинаковое прямое падение напряжения, конденсатор С 2 заряжается на конденсатор С 3 :

ВК⁢3=ВК⁢2′=12⁢(ВК⁢2-ВД)(36)

В начале второй половины цикла C 3 заряжается на конденсатор C 4 таким же образом, как указано выше:

ВК⁢4=ВК⁢3′=12⁢(ВК⁢3-ВД)(37)

По КВЛ:

VC⁢2″=|Vs|+VC⁢1″-VD(38)

Это конец второго цикла переключения, В C2 > В C2 , и зарядка конденсатора продолжается до тех пор, пока конденсатор не будет близок к теоретическому значению каждого цикла. значение уравнения(29), то он достигает стационарного состояния.

Во время первой половины каждого цикла в устойчивом состоянии, конденсаторы C 1

и C
3

24 3 2 24 2 24 2 2 и 4 4 2 C C C 1 1 2 и дополнительные боковые заряды намотки C 2 и C 3 2 заряда C 4 вторая половина цикла. C C * , C 2 C 2 * 2, C 3 * и C 4

*
Переходный и стационарный режим работы в цепи меняются местами, так что мы достигаем стабильного выхода постоянного тока в течение всего цикла переключения. Теоретические формы сигналов для заряда конденсаторов в переходном режиме показаны на рисунке 9А.

Рис. 9. Форма сигнала для заряда конденсаторов в переходном режиме. (A) Теоретические формы сигналов для заряда конденсаторов в переходном режиме. (B) Осциллограммы моделирования переходной зарядки конденсаторов.

Мы используем PSIM, программное обеспечение для моделирования цепей, для имитации зарядки конденсатора двухполупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. Результат моделирования показан на рисунке 9B, который подтверждает анализ заряда конденсатора в переходном режиме. Он также подтверждает, что стабильный высоковольтный выход постоянного тока может быть достигнут, когда двухполупериодный выпрямитель с удвоением напряжения находится в установившемся режиме.

Экспериментальная проверка

Мы разработали силовой модуль, как показано на рисунке 2A, с входным напряжением 100 В, выходным напряжением 1000 В, частотой переключения 50 кГц и максимальной выходной мощностью более 200 Вт. Выпрямитель, собранный в ходе экспериментов, показан на рис. 10. На рис. 11 показан прототип силового модуля.

Рис. 10. Экспериментальная форма сигнала каждого устройства при выходном напряжении схемы 1000 В (рис. 2А). (A) Форма сигнала напряжения конденсатора C 2 (рис. 4) при выходном напряжении 1000 В. (B) Форма кривой напряжения диода D 1 (рис. 4) при выходном напряжении 1000 В. (C) Форма кривой напряжения диода D 2 (рис. 4) при выходном напряжении 1000 В. (D) Осциллограмма напряжения вторичных обмоток трансформатора (рис. 4) при выходном напряжении 1000 В.

Рис. 11. Прототип высоковольтного силового модуля.

После экспериментальной проверки предварительно разработанный силовой модуль может снизить напряжение ключевых компонентов. При выходе 1000 В выдерживаемое напряжение выпрямительного устройства всего 250 В, а напряжение вторичных обмоток трансформатора всего 125 В.

Нагрузка, которую мы использовали в эксперименте, представляет собой линейное сопротивление. Однако по кривой КПД видно, что КПД силового модуля немного ниже, чем при моделировании, и КПД необходимо улучшить.Рассчитывая и наблюдая форму сигнала коммутационного устройства инвертора на осциллографе, потери в цепи сосредоточены на потерях включения и выключения переключателя и других силовых устройств. Затем мы предлагаем улучшенный силовой модуль.

Высоковольтный источник питания улучшенной конструкции

В предыдущем разделе предложенный космический высоковольтный модуль питания может снизить напряжение ключевых компонентов, что в определенной степени повышает надежность системы. Вдохновленный бумагой (Яо и др., 2011; Karimi et al., 2014), мы предлагаем мягкое переключение для повышения эффективности этого силового модуля.

Проект улучшения схемы

Усовершенствованный инвертор представляет собой последовательно-резонансную мостовую схему с фазовым сдвигом. Топология схемы показана на рисунке 12А. Технология переключения с фазовым сдвигом DCDC используется для уменьшения коммутационных потерь. Если напряжение В ds равно нулю перед включением переключателя или ток равен нулю при его включении, то потери проводимости переключателя равны нулю, тогда переключатель нулевого напряжения (ZVS) и ноль Выключатель тока (ZCS).Диаграмма состояния переключателя показана на рисунке 12B.

Рис. 12. Усовершенствованный космический высоковольтный силовой модуль. (A) Улучшенная схема. (B) Состояние переключателя и форма сигнала трансформатора.

[ T 0 T T T 1

]: Q 1 9152 и Q 2 включены одновременно, напряжение и ток на оба трансформатора равны нулю, выходная клемма подает питание на нагрузку, а переключатель Q 2 выключен в условиях ZCS;

[ t 1 t 2 ]: В начале этого момента переключатель Q 4 включен, в это время ток ZCS включен резонансного контура начинают возрастать, и конденсатор выпрямителя заряжается;

[ T T 2 — T T 3 3 ]: В начале этого периода выключатель Q 1 отключен, конденсатор C Q1 заряжается, конденсатор C q2 разряжается, и цепь продолжает течь через L r .Когда конденсатор C q2 разряжается до 0, этот период заканчивается. Ток первичной цепи постепенно уменьшается для питания нагрузки;

. и ток продолжает течь через корпусной диод в Q 3 . Q 3 включается при условии ЗВС. V p падает до нуля;

[ t 4 t 5 ]: Q 2 вторичная цепь включена при Q 3 отключается, и этот период заканчивается.

Анализ производительности цепи

Как показано на рисунке 12A, первичное напряжение трансформатора составляет В p , а количество витков обмотки составляет N p 5 ; вторичное напряжение трансформатора В с и число витков обмотки Н с ; входное напряжение схемы составляет В в , а выходное напряжение составляет В или ; установившийся рабочий цикл равен d , где d = t4-t1t2-t1.Когда Q Q 1 2 и Q 4 4 4 24 2 2 2 и Q 3 отключены, есть:

Vp=NpNs⁢Vs(39)

Согласно КВЛ:

Vp=NpNs⁢(VC⁢2-VC⁢1)(40)

Vo=8⁢VC⁢1=8⁢NsNp⁢Vp(41)

По балансу индуктивности вольт-секунд:

∫0d⁢T(Vi⁢n-Vp)⁢dt+∫t⁢3t⁢3+d⁢1⁢TVi⁢n⁢dt=0(42)

Комбинат (45) (46) (47):

∫0d⁢T(Vi⁢n-Np8⁢Ns⁢Vo)⁢dt+∫t⁢3t⁢3+d⁢1⁢TVi⁢n⁢dt=0(43)

Решите выходное напряжение В или как:

Vo=8⁢(d+d1)⁢Vi⁢n⁢Nsd⁢Np(44)

Согласно закону сохранения входной и выходной энергии источника питания входной ток дросселя I L определяется как:

ИЛ=Vo2η⁢R⁢Vi⁢n(45)

, где R — сопротивление нагрузки, а η — КПД источника питания.

Проверка цепи

Схема моделирования изображена на рисунке 12А. Результаты моделирования показаны на рисунках 13A, B, а сравнение эффективности показано на рисунке 13C. Параметры моделирования показаны в таблице 1.

Рис. 13. Сравнение эффективности. (A) Моделирование Q 2 . (B) Моделирование Q 3 . (C) Сравнение эффективности.

Таблица 1. Параметры моделирования.

Согласно результатам моделирования, переключатели Q 2 и Q 3 в улучшенной схеме могут обеспечить проводимость ZCS, а эффективность моделирования выше, чем эффективность, полученная из предварительного эксперимента. Поэтому улучшенная топология подходит для космических высоковольтных силовых модулей.

Моделирование электрического поля

Космические высоковольтные приложения важны в аэрокосмической отрасли, поэтому необходимо уделять внимание адаптации к космической среде и надежности высоковольтной космической электроники.

Основываясь на явлении космического разряда низкого давления, космический силовой модуль высокого напряжения разработан с высокой надежностью (особенно размещение компонентов), а предлагаемый силовой модуль проверен с помощью моделирования электрического поля (Максвелл из Ansoft). На рисунке 14А показано трехмерное распределение электрического поля высоковольтной части силового модуля (выпрямителя), а на рисунке 14Б показано контурное распределение электрического поля высоковольтной части силового модуля.

Рис. 14. Распределение электрического поля. (A) Трехмерное распределение электрического поля. (Б) Контур распределения электрического поля.

Из рисунка 14 видно, что сильное электрическое поле печатной платы (PCB) сосредоточено в красной области рисунков. При такой схеме максимальная напряженность электрического поля составляет 390 В/см. Конструкция космического высоковольтного модуля питания соответствует стандартам ECSS-E-HB-20-05A (Ecss, 2012).

Заключение

Основанный на моей собственной работе (Wen-jie et al., 2020) на 2-й Международной конференции по интеллектуальным энергосистемам и интернет-энергетическим системам (SPIES) 2020 г., этот документ посвящен подробному теоретическому проектированию высоковольтного силового модуля. Благодаря теоретическому анализу, моделированию и экспериментальной проверке мы считаем, что высоковольтный источник питания обладает высокой надежностью.

В статье анализируются сценарии применения космических высоковольтных систем электроснабжения и преимущества модулей электроснабжения в условиях ограничений космических приложений.Разрабатываем модуль космического высоковольтного источника питания мощностью 200 Вт с входным напряжением 100 В и выходным напряжением 1000 В. Мы проводим анализ устойчивости схемы с помощью эквивалентной модели слабого сигнала и модели зарядки конденсатора. Этот силовой модуль снижает напряжение основных компонентов выпрямителя.

Затем мы оптимизируем силовой модуль: улучшенная конструкция, основанная на последовательном резонансном контуре полного моста со сдвигом по фазе. В дополнение к снижению нагрузки напряжения на ключевые компоненты, такие как выпрямитель и высоковольтный трансформатор, усовершенствованный силовой модуль обеспечивает плавное переключение, что значительно снижает потери при высокочастотном переключении силовых переключающих устройств в инверторе.Усовершенствованный высоковольтный силовой модуль более эффективен, чем предварительный силовой модуль. Затем улучшенное решение подтверждается моделированием.

Проводим электрическое поле на высоковольтной секции платы (выпрямителя) модуля питания. Это позволяет нам сосредоточиться на зонах защиты изоляции на печатной плате в наших проектах.

Наконец, мы считаем, что космические высоковольтные системы электроснабжения находятся в фазе бурного развития. Топология схемы, электронные компоненты и защита изоляции находятся в центре внимания при разработке космических высоковольтных источников питания.Модули высоковольтных источников питания со стабильным выходным напряжением, широким диапазоном регулируемой выходной мощности и высокой надежностью будут более гибкими для удовлетворения требований большинства космических высоковольтных приложений.

Заявление о доступности данных

Оригинальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору.

Вклад авторов

WZ участвовал в разработке, проведении экспериментов и завершении большей части рукописи.YJ завершает большую часть симуляций. JW помогал в большинстве экспериментов. YH выступал в качестве консультанта факультета и редактора рукописей. YZ и CW выступали в качестве консультантов факультета. JA выступал в качестве советника факультета и помогал в большинстве симуляций. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Конфликт интересов

JW и CW были наняты компанией China Aerospace Science and Technology Corporation.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта рукопись ранее была опубликована в качестве рукописи конференции на 2-й Международной конференции по интеллектуальным энергосистемам и интернет-энергетическим системам 2020 г. (https://ieeexplore.ieee.org/document/42). Прежде всего, мы благодарим 2-ю Международную конференцию по интеллектуальным энергосистемам и интернет-энергетическим системам (SPIES) 2020 года, Бангкок, Таиланд, за рекомендацию нашей рукописи в Frontiers in Energy Research, раздел Smart Grids. Эта работа была проведена Национальным центром космических наук (CAS) и Пекинским космическим кораблем (CAST).Мы благодарим JW за помощь в проведении экспериментов и YH и CW за полезные обсуждения.

Каталожные номера

Бекеманс М., Бронхарт Ф., Скале Т. и Франке А. (2019). «Конфигурируемый источник питания высокого напряжения для космического корабля с полной электрической силовой установкой», в Proceedings of the European Space Power Conference (ESPC) , 2019 г., (Жуан-ле-Пен: IEEE), 1–5. doi: 10.1109/ESPC.2019.8

8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эксс (2012 г.). ECSS-E-HB-20-05A Справочник по проектированию и проектированию космической техники высокого напряжения. Нордвейк: ECSS.

Академия Google

Форриси Ф., Маче Э., Маллманн А. и Блазер М. (2019). «Компактный недорогой высоковольтный источник питания для космических приложений», в Proceedings of the European Space Power Conference (ESPC) , 2019 г., (Juan-les-Pins: IEEE), 1–5. doi: 10.1109/ESPC.2019.8

2

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фу, М., Чжан, Д.и Ли, Т. (2017). Новая система электроснабжения космического корабля с полностью электрическим двигателем. IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. 53, 2157–2166. doi: 10.1109/TAES.2017.2683638

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Карими, Р., Адиб, Э., и Фарзанехфард, Х. (2014). Мостовой преобразователь с нулевым напряжением и нулевым током с резонансной базой. ИЭТ Power Electron. 7, 1685–1690. doi: 10.1049/iet-pel.2013.0301

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Лорд, П.В., Тилли С. и Болдуин Дж. (2020). «Коммерческая солнечная электрическая силовая установка: дорожная карта для исследований», в материалах Proceedings of the IEEE Aerospace Conference 2020 (Big Sky, MT: IEEE), 1–16. дои: 10.1109/AERO47225.2020.30

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Новак Б.М., Смит И.Р., Сениор П., Паркер М. и Лувердис Г. (2010). «Высоковольтные импульсные источники питания для экспериментов с высокой энергией», в материалах Proceedings of the 2010 IEEE International Power Modulator and High Voltage Conference (Атланта, Джорджия: IEEE), 345–348.

Академия Google

Риз Б., Хирн К. и Лостеттер А. (2013). «Массив модулей питания анодов на основе карбида кремния для двигателей на эффекте Холла», в материалах Proceedings of the IEEE Aerospace Conference 2013 (Big Sky, MT: IEEE), 1–8. doi: 10.1109/AERO.2013.6496863

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ван, Л., Чжан, Д., Дуань, Дж., и Ли, Дж. (2018). «Проектирование и исследование системы преобразования энергии высокого напряжения для космической солнечной электростанции», в материалах Proceedings of the IEEE International Power Electronics and Application Conference and Exposition (PEAC) 2018 г. (Шэньчжэнь: IEEE), 1–5.doi: 10.1109/PEAC.2018.85

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Вэнь-цзе, З., Чэн-ань, В., И-фей, Г., Го-шуай, З., Ян, З., Юн-ган, С., и другие. (2020). «Проектирование космического силового модуля высокого напряжения», Proceedings of the 2nd International Conference on Smart Power and Internet Energy Systems (SPIES) , 2020 г., (Бангкок: IEEE), 1–6. дои: 10.1109/SPIES48661.2020.42

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Синь-бин Х. и Ли В.(2015). Современное состояние и перспективы развития технологии СФС. Пекин: Aerospace China, 12–15.

Академия Google

Яо, К., Руан, X., Ван, X., и Цзе, С. К. (2011). Изолированные повышающе-понижающие преобразователи постоянного/постоянного тока, подходящие для широкого диапазона входного напряжения. IEEE Trans. Силовой электрон. 26, 2599–2613. doi: 10.1109/tpel.2011.2112672

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Зайцев Р. В., Кириченко М. В., Минакова К. А., Хрыпунов Г.С., Здов А. Н., Хрыпунова И. В. и др. (2019). «Преобразователь постоянного тока в постоянный для высоковольтной системы отбора мощности солнечной станции», в Трудах 2-й Украинской конференции IEEE по электротехнике и вычислительной технике (УКРКОН) , 2019 г., (Львов: IEEE), 1–6. doi: 10.1109/UKRCON.2019.8879860

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.