Источники питания лазеров - Вакуленко В.М., Иванов Л.П.

Автор: Вакуленко В.М. Иванов Л.П.

Теги: электротехника квантовая радиотехника физика электропитание

Год: 1980

Похожие

Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом

Принципы лазеров

Микросхемы для импульсных источников питания и их применение

Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры

Текст

МАССОВАЯ БИБЛИОТЕКА ИНЖЕНЕРА
ЭЛЕКТРОНИКА
В. М. Вакуленко, Л. П. Иванов
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ЛАЗЕРОВ
МОСКВА, «СОВЕТСКОЕ РАДИО», 19В0

ББК 32.86
ВД'2
УДК 621.314.6:621.373.826
Вакуленко В. М., Иванов Л. П. Источники питания лазеров.—
М.: Сов. радио, 1980.—104 с, ил.
Рассмотрены электрические схемы, предназначенные для обеспе-
обеспечения работы лазерных излучателей в непрерывном и импульсном
режимах. Основное внимание уделено вопросам построения источ-
источников питания твердотельных и тазовых лазеров. Описаны схемы
зарядных устройств, систем управления и их функциональных узлов,
обладающих повышенной помехозащищенностью и точностью сраба-
срабатывания, а также практические схемы источников питания с указа-
указанием особенностей их проектирования и эксплуатации.
Книга рассчитана на широкий круг специалистов, занимающихся
разработкой и. эксплуатацией лазеров.
45 рис., 3 табл., 96 назв.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
В. М. Пролейко (отв. редактор), В. М. Вальков, Б. Ф. Высоцкий,
В. И. Иванов, В. И. Котиков, И. В. Лебедев, Э. А. Лукин,
В. П. Лукьянов,\А. Ю. Малинин\, Ю. Р. Носов, В. И. Стафеев,
В. Н. Сретенский (зам. отв. редактора), Ю. Б. Степанов, Г. Г. Тата-
ровская, А. Ф. Трутко, В. А. Шахнов.
Редакция литературы по электронной технике
В 304°7~011 48-80 2403000000
046@1)—80
Издательство «Советское радио», 1980 г.

Предисловие
Современный этап развития лазерной техники харак-
характеризуется постоянным ростом числа разработок лазер-
лазерных установок и приборов различного назначения,
расширением их промышленного выпуска и внедрением
во многие области науки, техники и производства. Лазер
стал незаменимым средством повышения эффективности
научных исследований, производительности труда и
качества выпускаемой продукции.
По принятому определению, лазер состоит из излу-
излучателя и источника питания. В зависимости от назначе-
назначения в состав лазерной установки кроме лазера могут
входить оптико-механический блок, устройства управ-
управления лазерным излучением, устройства измерения и
стабилизации параметров излучения, блок охлаждения,
устройства автоматики и т. п. Каждый из этих функцио-
функциональных узлов играет важную роль в обеспечении за-
заданной работоспособности установки.
Предлагаемая книга посвящена вопросам разра-
разработки источников питания различного типа лазеров про-
промышленного назначения. Сведения' о принципах построе-
построения и об основных особенностях источников питания
лазеров можно найти в ряде работ по лазерной технике
[1—3]. Имеется литература, которую можно использо-
использовать при разработке отдельных функциональных узлов
источников питания.. Однако основная информация об
электрических схемах, характеристиках и параметрах
источников питания лазеров содержится в многочислен-
многочисленных отечественных и зарубежных периодических изда-
изданиях, частично отражена в рекламных материалах или
приведена в сопроводительной технической документа-
документации на выпускаемые промышленностью изделия. Это
обстоятельство создает немало трудностей и для раз-
разработчиков таких источников питания и для специалис-
специалистов, занятых эксплуатацией лазерных установок.
Систематизированный и обобщенный материал по
источникам питания лазеров позволит, как предстанля-
ется авторам, если не полностью воспользоваться пред-
3

лагаемыми решениями, то, по крайней мере, выбрать
направление разработки. Именно такова цель данной
книги. Основное внимание уделено описанию практичес-
практических схем источников питания и отдельных наиболее
важных функциональных элементов, из которых состоят
эти источники.
Описаны способы и схемы зажигания газоразрядных
приборов, входящих в состав излучателей лазеров. Рас-
Рассмотрены различные способы преобразования источников
напряжения в источники тока, поскольку внешняя ха-
характеристика последних обеспечивает устойчивое пита-
питание газового разряда и минимальные потери мощности
при зарядке емкостных накопителей энергии, которые
используются в импульсных источниках питания. Приве-
Приведены схемы и основные расчетные ¦соотношения для вы-
выбора элементов разрядного контура импульсного излу-
излучателя, зарядных устройств емкостных накопителей
энергии.
Взаимодействие функциональных элементов источни-
источников питания определяет система управления, которая
обеспечивает точность и стабильность параметров, выда-
выдачу и синхронизацию сигналов, задает род работы лазер-
лазерного излучателя. Наряду с общими принципами кон-
конструирования преобразовательных устройств, при раз-
разработке источников питания лазерных излучателей
возникает ряд' специфических требований, обусловлен-
обусловленных своеобразием вольт-амперных характеристик излу-
излучателей и особенностями их режимов работы. Основные
из этих требований рассмотрены при описании схем
источников питания твердотельных, газовых и полупро-
полупроводниковых лазеров. Большинство из приведенных схем
источников питания прошло проверку в лабораторных
и производственных условиях и хорошо зарекомендовало
себя.
Авторы благодарят рецензентов канд. техн. наук
А. Л. Вассермана и В. И. Пшеничникова за ценные за-
замечания, высказанные при подготовке рукописи, и
канд. техн. наук Э. А. Лукина, по инициативе которого
была написана книга. Большая помощь авторам
в оформлении рукописи была оказана Е. Я. Бородулиной
и Л. С. Павловой.
Отзывы и замечания по содержанию книги просим
направлять в адрес издательства «Советское радио»:
Москва, Главпочтамт, а/я 693.

1. Включение лазерных излучателей
1.1. Принципы построения схем зажигания
газоразрядных приборов
В начальном состоянии электрическая проводимость газоразряд-
газоразрядного 'прибора (ГРП) незначительна, поэтому он представляет разрыв
для электрической цепи. Включение прибора осуществляется иници-
инициированием, в результате которого зажигается разряд в газе и про-
промежуток между электродами прибора приобретает электрическую
проводимость. Повышение электрической проводимости газа дости-
достигается его ионизацией. Ионизировать газ можно путем сообщения
ему некоторой дополнительной энергии. Вводить энергию в газораз-
газоразрядный промежуток можно различными способами [4]: статическим
электрическим полем, высокочастотным электрическим полем, высо-
высоковольтными импульсами, интенсивным световым облучением, облу-
облучением рентгеновским и радиоактивным излучением, нагреванием
(термоионизацией) и т. п.
В лазерной технике наибольшее распространение получили пер-
первые три способа инициирования зажигания газового разряда. При
первом схема зажигания вырабатывает однополярное инициирующее
напряжение {Уин с относительно малой скоростью нарастания, не
превосходящей некоторого критического значения, при котором на-
напряжение самопробоя еще сохраняет "неизменное значение. Условная
граница скорости нарастания 102—103 В/с.
При некотором значении {УИн, равном статическому напряжению
1?ст, возникает самопроизвольный пробой разрядного промежутка,
приводящий к образованию каналов с высокой проводимостью и
зажиганию разряда. Для возникновения стационарного (в непре-
непрерывном режиме) или квазистациоиарного (в импульсном режиме)
горения разряда образования проводящих каналов еще само по себе
не достаточно [5]: необходимо, чтобы после появления таких кана-
каналов основной источник, питающий ГРП, «подхватил» и «удержал»
газовый разряд в заданном режиме. «Подхват» будет иметь место,
если от источника питания подается на газоразрядный промежуток
разность потенциалов не менее так называемого напряжения зажи-
зажигания, т. е. ^/пит^^заж.
При втором способе инициирование осуществляется воздействи-
воздействием на разрядный промежуток медленно возрастающего высокочас-
высокочастотного напряжения. Здесь так же, как и в предыдущем случае, при
достижении высокочастотным напряжением с/Ив значения, равного
значению напряжения пробоя 11пр, промежуток пробивается, что
приводит в конечном итоге к зажиганию и установлению стацио-
стационарного разряда. Вообще напряжение {УПр здесь не равно Vгст-
В зависимости от частоты инициирующего сигнала напряжение 1>пг>
может 'быть меньше 1/Ст (в области долей и единиц мегагерц) либо
больше IIст (десятки мегагерц); лишь при понижении частоты
(вплоть до нулевого значения) 1/пр становится равным ^ст.
5

Особенность высокочастотного зажигания состоит в том, что
с увеличением частоты инициирующего сигнала напряжение, при
котором возникает пробой, уменьшается и при некоторой частоте
достигает минимума, далее с увеличением частоты напряжение про-
•боя снова возрастает [6]. При коротких разрядных промежутках
(не более нескольких сантиметров) минимум напряжения пробоя
приходится на область частот 10—20 МГц. При длинных промежут-
промежутках минимум смещается к частоте в 1 МГц и ниже [7]. Это может
¦быть объяснено тем, что с повышением частоты инициирующий сиг-
сигнал все больше шунтируется распределенной емкостью длинной газо-'
разрядной трубки. Кроме того, с ростом частоты следует учитывать
необходимость повышения инициирующего напряжения для ком-
компенсации дополнительно возникающих потерь энергии сигнала. Так,
например, с увеличением частоты часть инициирующего напряжения
может падать на индуктивном сопротивлении подводящих проводов.
.'С повышением частоты растут также потери инициирующего сигнала
на электромагнитное излучение. Мощность этого излучения пропор-
пропорциональна току, квадрату частоты, квадрату длины проводов и за-
зависит от магнитной и диэлектрической проницаемостей среды. Из
расчетов видно, что при частоте 10 МГц и длине проводов 10 м
потери на излучение достигают 80%, при 1 МГц — 20%, при
0,1 МГц —2%.
Весьма широкое распространение получило зажигание ГРП с по-
помощью импульсов с амплитудой инициирующего напряжения 1/нн,
значительно превышающей напряжение статического пробоя на по-
постоянном и высокочастотном электрическом полях [1, 3, 5, 7]. Этот
режим реализуется приложением одиночного высоковольтного им-
импульса или импульса в виде затухающих колебаний от маломощной
схемы; основной разряд поддерживается силовым источником пита-
питания. На практике, в силу простоты формирования, используется, как
правило, импульс в виде затухающих колебаний. Далее -будут рас-
рассмотрены схемы именно с такой формой импульса, тем более, что
особых преимуществ прямоугольный импульс ие имеет.
Зажигание ГРП зависит не только от степени перенапряжения
на газоразрядном промежутке, но и от длительности инициирующего
импульса и частоты затухающих колебаний в нем. Длительность
этого импульса должна быть больше времени зажигания разряда,
складывающегося из времени запаздывания начала развития пробоя
и времени формирования канала высокоионизированной плазмы.
Увеличение амплитуды и длительности импульса равносильно увели-
увеличению энергии в нем. С увеличением энергии -в инициирующем им-
импульсе уменьшается напряжение зажигания 1/3аж. Предел умень-
уменьшения {/за ж достигается при увеличении энергии до значения, спо-
способного вывести разряд на рабочий, стационарный участок; при этом
[/заж приближается к значению напряжения погасания {Уп. Очевид-
Очевидно, что импульсная мощность должна выть сравнима с мощностью
основного источника питания. В особых случаях, когда требуется
иметь минимально возможное 1/заж, увеличение импульсной мощно-
мощности находит практическое «применение (схемы с двухступенчатым за-
зажиганием). Если особых требований к величине {73аж не предъяв-
предъявляется, то амплитуду инициирующих импульсов 1/ин выбирают
в 1,5—2 раза выше напряжения пробоя ГРП. Частота затухающих
колебаний в импульсе, как рассматривалось ранее, влияет на Уза»;
для конкретных ГРП может быть найдено такое ее значение, при
котором 1/заж становится наименьшим.
6

Заметное влияние на зажигание оказывают внешние иояизато
•ры [6]. При иаличии ионизаторов (например, слабьте высокочастот"
ные поля, освещение газоразрядного промежутка, подогрев катода
ГРП, рентгеновское излучение и т. п.) напряжение пробоя понижа-
понижается, становится более стабильным, а также уменьшается запазды-
запаздывание между моментом приложения инициирующего напряжения
и началом зажигания.
В соответствии со способами зажигания (рис. 1.1) схемы зажи-
зажигания могут быть классифицированы по двум основным признакам:
форме сигнала и способу подачи инициирующего сигнала. Во втором
¦
Г
Статическим
электричеснин¦¦ полем
|_
1
Внешнее
Способы
зажигания
Высокочастотным
электрическим полен
I
внутреннее
//ослеёовя-
тельное
Высоковольтными
импульсами
1
Г~* 1
//ареллелб-
ное
| Смешанное
Рис. 1,1. Способы зажигания
случае схемы ¦ зажигания делятся на схемы внешнего зажигания,
внутреннего, последовательного, параллельного и смешанного [5, 7].
В схеме внешнего зажигания (рис. 1,2,а) инициирующий сигнал
подается на внешний электрод зажигания ГРП. Электрод зажигания
таких приборов выполняется в виде электропроводящих элементов,
расположенных на поверхности газоразрядной трубки. Например,
в импульсных лампах электрод зажигания представляет собой по-
полоску из токопроводящей мастики, нанесенной на колбу из стекла
(ИФК-120), либо выполнен в виде тонкой проволочки, навитой на
трубку (ИФК-2000) [5]. В некоторых случаях в качестве внешнего
электрода зажигания используется изолированный металлический
Источник
питания
Источник
питания
Схема
зажигания
Источник
Питания
а)
Л
Схема
зажигания
Источник
питания
щ
б)
щ
Схема
зажигания
Схема
зажигания
Рис. 1.2. Подключение схем зажигания

корпус, в котором размещен ГРП. В маломощных газовых лазерах
¦применяют разрядные трубки с электродами зажигания в виде ме-
металлических поясков, наложенных иа поверхность трубки, которые
одновременно служат для подачи высокочастотного питающего на-
напряжения.
Схема внутреннего зажигания (рис. 1.2,6) предназначена для
включения ГРП с электродом зажигания, расположенным в поло-
полости разряда (впаян в стенку ГРП).
При отсутствии электрода зажигания схема зажигания включа-
включается последовательно с ГРП и источником питания (рис. 1.2,е) или
параллельно к основным электродам ГРП (рис. 1.2,г). Чтобы источ-
источник питания не шунтировал сигнал инициирования, в силовую цепь
включают заграждающий фильтр 2$ либо другой элемент.
Для зажигания ГРП часто применяются смешанные схемы в ви-
виде комбинации схем, приведенных на рнс. 1.2.
Среди разновидностей схем зажигания можно выделить группы
с одноступенчатым и двухступенчатым зажиганием. В схемах с одно-
одноступенчатым зажиганием инициирующий сигнал формирует непосред-
непосредственно такой вспомогательный разряд, который способен .развиться
в стационарный с помощью одного лишь основного источника пита-
питания. Если выполнение этого условия затруднено, то применяют бо-
более мощную схему зажигания либо переходят на двухступенчатое
зажигание. При двухступенчатом зажигании первоначальный вспомо-
вспомогательный разряд формируется, как и при одноступенчатом, с по-
помощью маломощного сигнала инициирования, а перевод разряда
в стационарный режим обеспечивает вторая ступень; далее вступает
в действие основной источник питания, поддерживающий рабочий
режим горения разряда. Для реализации второй ступени зажигания
должно быть предусмотрено дополнительное устройство, что услож-
усложняет в целом схему питания ГРП. Вместе с тем, во многих случаях
такое усложнение вполне оправдано, а часто может явиться един-
единственным приемлемым решением.
1.2. Схемы зажигания маломощных газоразрядных
приборов
В маломощных ГРП наиболее просто можно зажечь разряд по-
повышением напряжения 1/ПИт «а выходе основного источника питания
до значения 1/пр данного ГРП. Выполнение этого условия приводит
к зажиганию разряда и установлению рабочего режима ГРП. По-
Поскольку 1/Пр значительно больше напряжения на ГРП в рабочем
режиме 1/раб, то источник питания должен обладать падающей
внешней характеристикой (иметь большое внутреннее сопротивле-
сопротивление). Это необходимо для того, чтобы после пробоя при {/Пит=^пр
на выходе источника питания установилось новое рабочее напряже-
напряжение ^раб=^пит при рабочем токе /Раб через ГРП, соответствующем
заданному виду газового разряда (тлеющему или дуговому).
Одна из таких схем представлена на рис. 1.3. Повышенное с по-
помощью трансформатора Тр напряжение сети выпрямляется диодным
мостиком В и сглаживается дросселем Др и конденсатором Сф.
Выпрямленное напряжение превышает напряжение пробоя ГРП.
Балластное сопротивление (резистор Я&) обеспечивает падающую
характеристику источнику питания и определяет одновременно ра-
рабочий режим ГРП. Балластное сопротивление может быть также
8

реактивным (катушка индуктивности, конденсатор), и тогда оно
включается в цепь переменного тока.
Таким образом, в простейших случаях источники питания по-
помимо своего основного назначения — обеспечивать рабочий режим
ГРП — выполняют одновременно функции зажигания. На практике
целесообразно разделение этих функций. Зажигание ГРП должна
обеспечивать специально предназначенная схема зажигания. Дейст-
Действие такой схемы может быть крат-
кратковременным (только на момент
зажигания), поэтому мощность ее
устанавливают значительно мень-
меньше мощности основного источника
питания. С другой стороны, мощ-
нрсть основного источника питания
может быть при этом уменьшена
вследствие выбора более низких
выходных напряжений.
Схемы зажигания могут выра-
вырабатывать в одних случаях посто-
постоянное напряжение инициирования,
в других — переменное, высоко-
высокочастотное. В первом случае схемы выполняют в виде высоковольт-
высоковольтного выпрямителя со сглаживающим фильтром «а выходе, во- вто-
втором случае схемы зажигания — это высокочастотные генераторы вы-
высоковольтного напряжения.
На рис. 1.4 приведены часто используемые схемы для зажигания
маломощных газовых лазеров. Схема зажигания (рис. \А,а) вклю-
включена последовательно с источником питания. При нажатии кнопки Кн
на фильтрующем конденсаторе Сф появляется напряжение, которое,
складываясь с напряжением источника питания, зажигает ГРП. Для
прохождения рабочего тока от источника питания выход схемы за-
зажигания шунтируется высокоомным резистором."Обычно роль такого
резистора играет 'балластный резистор на выходе источника пита-
питания. В общем случае, когда шунтирование выхода схемы зажига-
зажигания не желательно (так как при этом отбирается часть мощности и
Рис. 1.3. Схема для зажига-
зажигания и питания ГРП
Рис. 1.4. Схемы с последовательным (а) и параллельным (б) зажи-
зажиганием ГРП

понижается выходное напряжение схемы зажигания), то параллель-
параллельно выходу схемы зажигания вместо резистора /?е устанавливают
диод (на рисунке показан штриховой линией). В момент включения
схемы зажигания диод запирается и открывается после установле-
установления .разряда. В схеме, приведенной иа рис. 1.4,6, повышение 'Напря-
'Напряжения осуществляется с помощью схемы умножения (на рисунке
показана схема удвоения на диодах Д1 и Д2 и конденсаторах С
и Сф).
Необходимо отметить, что применение схем умножения для за-
зажигания ГРП .представляется более предпочтительным при прочих
Рис. 1.5. Высокочастотная схема зажигания
равных условиях, поскольку они могут быть собраны на стандарт-
стандартных деталях — диодах и конденсаторах. В схемах на рис. 1.4 рези-
резистор Я включают для ограничения бросков тока при..разряде кон-
конденсатора Сф в момент зажигания ГРП.
¦На рис. 1.5 показана высокочастотная схема зажигания на тран-
транзисторах. Схема содержит автогенератор (на транзисторе 77) и
усилитель мощности (транзисторы Т2, ТЗ). На выходе установлен
согласующий трансформатор. Подключение схемы к ГРП — парал-
параллельное. Для исключения шунтирования сигнала от схемы зажига-
зажигания на выходе источника питания поставлен заграждающий дрос-
дроссель. Эта схема зажигания может быть включена последовательно
с ГРП и источником питания. Чтобы высокочастотная составляющая
инициирующего сигнала не проходила на источник питания, парал-
параллельно выходу последнего устанавливается конденсатор.
Рассмотренные способы и схемы, как правило, применяются для
зажигания ГРП с потребляемой мощностью порядка нескольких де-
десятков и сотен ватт. Выбор той или иной схемы диктуется конст-
конструкцией ГРП, родом его литания, а также возможностью использо-
использования в схеме зажигания стандартных элементов.
1.3. Импульсные схемы зажигания
Для зажигания ГРП с потребляемой мощностью, превышающей
сотни ватт, а зачастую и для зажигания маломощных ГРП нашли
широкое применение импульсные схемы зажигания. Такие схемы
во многом сходны с силовыми импульсными источниками электро-
электропитания. Импульс инициирования может быть сформирован быстрой
(импульсной) разрядкой предварительно заряженного емкостного на-
накопителя энергии, индуктивного накопителя или накопителя в виде
к

длинной линии. Наиболее просты -схемы с емкостным накопителем.
На .рис. 1-6,о показана такая схема. Формирующий конденсатор С1
заряжается с помощью зарядного устройства. Разрядка С1 осуще-
осуществляется при замыкании разрядного коммутатора РК на первич-
первичную обмотку ш± импульсного трансформатора ИТр. На вторичной
(повышающей) обмотке хюг возникает высоковольтный импульс, ко-
I
Рис. 1.6. Принципиальная схема
зажигания с импульсным транс-
трансформатором (а), схема замеще-
замещения (б) и изменение вторичного
напряжения при различном соот-
соотношении частот составляю-
составляющих (в)
торый прикладывается к газораз-
газоразрядному прибору Л через конден-
конденсатор Сбл, блокирующий попада-
попадание высокочастотных составляю-
составляющих инициирующего импульса на
силовой источник питания. Если
источник питания обладает низким
выходным сопротивлением, то Сел
может отсутствовать.
Поскольку зарядное устрой-
устройство в схемах зажигания сравни-
сравнительно маломощно, то энергетиче-
энергетические показатели для него не явля-
являются решающими; основное тре-
требование к зарядному устройству —
обеспечить нарастание напряжения
на конденсаторе до установленно-
установленного значения за интервал между
разрядными импульсами.
Рассмотрим процесс разрядки конденсатора С1 на импульсный
трансформатор ИТр. Схема замещения представлена на рис. 1.6,5,
где Ъ1 и Ъъ — индуктивности первичной и вторичной обмоток; Яг и
Яг — активные сопротивления соответствующих проводов и обмо-
гок; С2 — паразитные емкости вторичной обмотки и проводов; С1! —
емкость формирующего конденсатора (паразитными емкостями на
стороне первичной обмотки можно пренебречь ввиду их малости по
сравнению с С4. Между обмотками трансформатора действует вза-
взаимная индуктивность М. Сопротивление газоразрядного прибора Л
11

до момента пробоя можно принять равным бесконечности. Влиянием
блокирующей емкости Сел можно пренебречь, так как всегда Сбл»
3>С2. Разрядный коммутатор РК имеет двунаправленную проводи-
проводимость.
Схема замещения представляет собой систему индуктивно свя-
связанных колебательных контуров. Решение уравнений, описывающих
подобную систему, позволяет установить аналитические зависимости
между токами и напряжениями на элементах схемы замещения
а функции времени [8—10]. Пробой ГРП происходит под действием
приложенного напряжения, возникающего на вторичной обмотке
трансформатора, поэтому основное внимание сосредоточим «а ха-
характере изменения этого напряжения.
Выражение для вторичного напряжения (на паразитной емко-
емкости Сг) в 'функции от времени I имеет вид
= мс*и @) у
е-'
X (е-' со8 9,< — е-^к^,,*). A-1)
где 1/@) —начальное напряжение на конденсаторе С1 (см. рис.
1.6,а); ксЪ—М1 У /.II,?. — коэффициент связи между контурами;
± У(<*\ + <о*гJ - 4 A - *»„)/«*,«»,] [1/2A-6гсв)] A.2)
— угловые частоты составляющих вторичного напряжения и а4 и
Иг — коэффициенты затухания в первичном и вторичном контурах;
@1= г 1//,1С! и (йг/=У1/^С2 — резонансные частоты первичного и
вторичного контуров соответственно.
Из выражения A.1) видно, что вторичное напряжение образует-
образуется из двух затухающих косинусоид низкой &1 и высокой О2 частот
с одинаковой амплитудой. Форма кривой и2A) зависит от соотно-
соотношения частот О2 и О] (см. рис. 1,6,в).
Связь между контурами может быть критической (при кСц—
=&св кр= V (а21—а?2)/2, сильной (при ЛОв>Аевкр) и слабой (при
Аов<^овкр). При сильной связи в контурах возникают биения как
результат сложения двух частот, причем максимум огибающей в пер-
первичном контуре совпадает с минимумом огибающей во вторичном
контуре и наоборот. Это свидетельствует о периодической перекачке
электромагнитной энергии из 'первичного контура во вторичный и из
вторичного — в первичный.
Вся энергия, перешедшая во вторичный контур, сосредоточива-
сосредоточивается в электростатическом поле емкости С2, при этом напряжение
на ней имеет максимально возможное значение Сгшах- Значение
^Лтах можно определить, приравнивая первоначально запасенную
энергию в конденсаторе С1 при начальном напряжении 1/С1=^@)
и энергию, перешедшую в емкость Сг\
С2. A.3)
С учетом к. п. д. схемы г| получим 1//2тах='П^@) У С1/С2.
12

Воспользовавшись упрощением #1=./?2=0 (а1=а2=0), а также
"выражением A.3), из A.1) найдем отношение вторичного напряже-
напряжения к его максимально возможному значению:
@ 1 смВ^ — совд.*
^ У т\ 2 А ' I1-4'
1
где Л= у1+[{т_1J/4кгсът] -величина, характеризующая ам-
амплитуду вторичного напряжения; 6=(соз О^—созО2<)/2— величина,
характеризующая форму вторичного напряжения; т=со2/сй1=
=1.1С1/2<2С2—отношение резонансных частот контуров.
"шах
0,1
V
V
1
/
/
1,0 1,5 2,0 2,5
П2/П, 1,1 0,2 0,5 1 2
Рис. 1.7. Зависимость величин максимумов для первой и второй по-
полуволн от п^\ (а) и от «г/й! (б)
Изменение вторичного напряжения, таким образом, определя-
определяется произведением величин Лив, которые зависят от Коэффици-
Коэффициента связи ксъ и т или от отношения частот составляющих вто-
'.ричного напряжения О2/&1 [см. A.2)].
Анализируя выражение для в, яаходим время
'п,ах = 2^/аА A.5)
и соотношение частот Е22/Е21=2, 4, 6, ..., когда фазы и амплитуды
составляющих совпадают; при этом в принимает максимальные
значения (втах^1).
! В реальных схемах из-за наличия активных потерь колебания
довольно быстро затухают, поэтому имеет смысл оценить изменение
Максимумов только для первой и второй полуволн вторичного на-
напряжения.
На рис. \Л,а приведены кривые максимумов для первой (втахО
и второй (втахг) полуволн вторичного напряжения в зависимости
от О2/Й1. Кривая втах! непрерывно растет с увеличением О2/Й1,
.стремясь к главному максимуму Fтах1=1). Кривая втахг сначала
^поднимается, достигая главного максимума (8тах2=1) три Ог/О1=
=2, а далее падает.
13

Отношение ЙгДЬ зависит от настройки контуров, т. е. от кСБ и
т. С увеличением кСъ [см. выражение A.2)] возрастает Йг/01 и при
/гов=1 становится равным бесконечности. Из A.5) следует, что при
02/О1=°о момент времени ^а: стремится к нулю, т. е. при -прочих
равных условиях с увеличением коэффициента связи (кСЕ—И) воз-
возрастает -величина максимума первой полуволны. При йсв<0,8 вто-
вторая полуволна больше первой, а яри /гСв>0,8 первая полуволна
больше второй.
По поводу величины А можно отметить следующее. Наиболь-
Наибольшего значения А достигает при тп=1, т. е. при равенстве собствен-
собственных частот контуров 0I=0J A^1С1=1^2.С2). Здесь А=\ не зависит от
коэффициента связи йсв. Если о>1=/=оJ, то А возрастает с увеличе-
увеличением ксъ.
При Сй1=кJ выражения A.2) для частот составляющих вторич-
вторичного напряжения упрощаются:
1 1
Исходя из того, что лри Е2г/Й1=2 для второй полуволны полу-
получается главный максимум вшаХ2=1, из A.6) находим значение ко-
коэффициента связи &св=0,6. Следовательно, при 0I=0J и йов=0,6
значения Л=1, втах2=1, а поэтому и А 0тах2=1, т. е. получаем,.
что вторая полуволна здесь имеет наибольшее возможное .значение,,
численно определяемое по выражению A.3). Вся энергия, запасен-
запасенная первоначально в конденсаторе С1, переходит в электростати-
электростатическую энергию емкости Сг.
Полная передача энергии во вторичный контур, как указыва-
указывалось, возможна при Ог/О1^=4, 6, .-.. Этим значениям соответствует
/гсв==0,882; 0,946; ... Для' первой полуволны полная перекачка энер-
энергии во вторичный контур возможна только при Асв=»1. Такие значе-
значения ксъ трудно достижимы для реальных импульсных трансформа-
трансформаторов, .предназначенных для схем зажигания. Практически эти
трансформаторы имеют йСв=0,4—0,8.
На рис. 1.7,6 приведены зависимости от т относительного зна-
значения максимумов для первой Лвтах1 (непрерывная линия) и вто-
второй ЛвшаХ2 (штриховая линия) полуволн вторичного напряжения
при Аов=0,3; 0,6 и 0,8. Из рисунка видно, что кривые достигают
наибольших значений при т=\, первая .полуволна увеличивается
с ростом ЛСв и при Ас1>0,8 становится больше второй полуволны
при любых т.
В отдельных случаях это обстоятельство можно использовать
на практике. Так, при йсв=0,6 и /п=1 @I=0J) вторая полуволна
в 1,6 раза больше первой и имеет максимально возможное значение.
Поэтому схему зажигания рассчитывают из условий обеспечения
пробоя ГРП на второй полуволне (здесь пробой облегчается также
остаточной ионизацией газа, сохраняющейся от первой полуволны).
В такой схеме может быть применен относительно простой импульс-
импульсный трансформатор с легко реализуемым АСв=0,6 и выбрано мини-
минимальное начальное напряжение на формирующем конденсаторе С1
(см. рис. 1.6,а). Для выполнения условия 0I=0J параллельно пер-
первичной или вторичной обмотке трансформатора подсоединяется кон-
конденсатор небольшой емкости, с помощью которого осуществляют
«подгонку» резонансных частот первичного и вторичного контуров.
Несмотря на упрощение конструкции узла зажигания, операция
«подгонки» достаточно трудоемка и может быть оправдана для ма-
14

"'логабаритных специальных схем зажигания. В большинстве случаев,
-«подгонку» резонансных частот не производят, а надежное зажига-
зажигание обеспечивают повышением начального напряжения на конден-
конденсаторе С1, а также увеличением его емкости.
Учитывая все вышесказанное, можно рационально выбрать и рас-
рассчитать параметры схемы зажигания. Отметим один важный для
практики момент.
Часто с целью повышения амплитуды вторичного напряжения:
чрезмерно увеличивают коэффициент трансформации ятр импульс-
импульсного трансформатора. Однако с ростом яТр из-за ухудшения кон-
1С
0) г)
Рис. 1.8. Варианты схем зажигания
¦струкмшных параметров может уменьшиться коэффициент связи йсв
и одновременно увеличиться паразитная емкость С2 и индуктивность
Ьг вторичной обмотки, что вызовет понижение резонансной частоты
вторичного, контура <в2 и соответственно величины т. Изменение т
и йсв может ¦привести к существенному рассогласованию контуров
и, как следствие, к замедлению роста амплитуды вторичного напря-
напряжения, а в дальнейшем и к понижению ее.
После пробоя й зажигания ГРП его сопротивление падает до
единиц и десятков омов, что влечет за собой шунтирование конту-
контуров и, как следствие, изменение частоты колебаний, а также вели-
величины затухания. Однако эти процессы с точки зрения начального
пробоя мало интересны и здесь не рассматриваются.
На р,ис. 1.8 приведены варианты выполнения схем зажигания.
В схеме рис. 1.8,а формирующий конденсатор С1 подключается
к первичной обмотке импульсного трансформатора ИТр с помощью
вакуумного разрядника Рр. Импульс запуска на управляющий элек-
электрод разрядника поступает через импульсный трансформатор Тр2.
Зарядка С1 производится через повышающий трансформатор Тр1 и
выпрямитель по схеме удвоения. Схема удвоения собрана на диодах ¦

Д1, Д2 и на конденсаторах Свх, С1. Помимо повышения напряже-
напряжения, схема удвоения ограничивает ток через разрядные цепи при за-
замыкании разрядника.
В схеме рис. 1.8,6 коммутатором является тиристор Д1. Схема
запускается в момент подачи сигнала на включение тиристора. По-
Поскольку тиристор проводит лишь в одном направлении, то 'Парал-
'Параллельно ему включают диод Д2, обеспечивающий прохождение от-
отрицательной полуволны при колебательной разрядке формирующего
конденсатора С1. Питание схемы осуществляется от источника по-
постоянного напряжения. Зарядка С1 происходит через ограничитель-
ограничительный резистор Нз- С повышением частоты запускающих импульсов
может 'наступить момент, когда С1 не будет успевать заряжаться до
максимального напряжения к следующему циклу. В этом случае
уменьшают постоянную времени зарядной цепи за счет уменьшения
сопротивления !#3. Но это может привести к тому, что тиристор пере-
перестанет закрываться и будет находиться в открытом состоянии из-за
подпитки через малое Яз (ток через Яз больше тока удержания ти-
тиристора). Для надежного закрывания тиристора в подобных слу-
случаях предусматривают цепочку принудительного запирания 1/КСк и
включают ее параллельно тиристору. В момент отпирания тиристора
возникают два процесса — разрядки С1 и перезарядки Ск. Пере-
полюсовка напряжения на Ск закрывает тиристор.
При повышенных частотах следования запускающих импульсов
в схемах зажигания могут быть применены модификации тиристор-
ных ключей с принудительной коммутацией и различные схемы ин-
инверторов [11, 12]. Одна из таких схем приведена «а рис. 1.8,в. Здесь
используются два управляющих сигнала: один подготавливает схе-
схему, другой определяет момент возникновения инициирующего им-
импульса. Вначале включают тиристор Д1. Через индуктивность Ы
заряжается конденсатор С1 до удвоенного .напряжения питания
1/пит, после чего Д1 закрывается. Далее включают тиристор Д2, и
конденсатор С1 разряжается на импульсный трансформатор ИТр.
Диод ДЗ служит для той же цели, что и диод Д2 в предыдущей
схеме.
В схемах\зажигания в качестве силового коммутатора для раз-
разрядки формирующего конденсатора С1 могут применяться также
нелинейные дроссели (дроссели с насыщением) [13]. В схеме рис.
1.8,г разрядка С1 производится с помощью нелинейного дросселя
Др1. Остальные элементы схемы служат для управления формиро-
формированием импульса в процессе зарядки и разрядки С1.
Ранее отмечалось, что понижение 'Напряжения зажигания газо-
газоразрядных приборов можно довести до минимально возможных
значений при увеличении энергии в инициирующем импульсе. Одна-
Однако передача больших энергий через импульсный трансформатор
в этом случае существенно затрудняется ввиду того, что трансфор-
трансформатор получается очень громоздким и неэффективным.
Задачу формирования мощных инициирующих импульсов реша-
решают схемы двухступенчатого зажигания. В таких схемах на первой
стадии предварительный пробой ГРП производится с помощью мало-
маломощной импульсной схехмы зажигания (подобной одной из описан-
описанных). На второй стадии происходит разрядка непосредственно на
ГРП дополнительного конденсатора с большой запасенной энергией,,
достаточной для- перевода ГРП в дуговой сильноточный режим, ха-
характеризующийся падением напряжения на газоразрядном проме-
промежутке, меньшем, чем 1/3ан-: при одноступенчатом импульсном зажи-
зажигании. Перевод ГРП в дуговой режим обусловливает «подхват» в
16

поддержание рабочего режима разряда основным источником пи-
питания.
1 На рис. 1.9 изображена схема двухступенчатого зажигания. Ма-
¦ломощный импульс инициирования формируется путем разрядки
'конденсатора С1 через коммутатор РК на первичную обмотку им-
импульсного трансформатора ИТр. Высоковольтный импульс со вто-
вторичной обмотки прикладывается к газоразрядному прибору Л через-
"блокирующий конденсатор С6л и пробивает ГРП. В момент пробоя-
мощный конденсатор С2 разряжается на ГРП и переводит его в ду-
дуговой режим, что вызывает прохождение рабочего тока от источ-
источника иитания. Зарядка формирующего конденсатора С1 произво-
•"Сеть
Рис. 1.9. Схема двухступенчатого зажигания
дится от источника 1Лшт1 через резистор Ш, а мощного конденса-
конденсатора С2 — от источника Г/ПИТ2 через Р.2. Напряжение основного-
источника иитания здесь может находиться в пределах Сп<^пит<
•<1/зан-:. Напряжение на мощном конденсаторе С2 должно быть-
.'©олыне Г/Заж. Диоды Д1 и Д2 служат для развязки выхода источ-
источника питания и цепей зарядки конденсатора С2. В процессе зарядки-
С2 до значений .С/пита диод Д1 закрыт.
. В качестве иллюстрации приведем некоторые данные для одно-
то из разработанных источников питания постоянным током крип-
криптоновых ламп высокого давления типа ДКрТВ-5000. Иницииругощее-
напряжение «а вторичной обмотке импульсного трансформатора со-
составляет 20—30 кВ, напряжение на мощном конденсаторе С2 равно-
1000 В, емкость С2 равна 100 мкФ. Напряжение холостого хода ис-
источника питания 300 В, напряжение на выходе источника питания-
(или рабочее напряжение «а лампе) находится в пределах 130—
180 В при рабочих токах 10—40 А. Напряжение 1/3аж для'
ДКрТВ-5000 при инициировании обычным одноступенчатым спосо-
способом составляет величину порядка 600 В.
: Схема рис. 1.9 специально предназначена для совместной рабо-
работы в комплексе С источником для непрерывного питания ГРП. Одна-
Однако двухступенчатое зажигание часто применяется и в импульсных-
источниках электропитания, у которых имеется блок питания дежур-
дежурной дуги. В подобных случаях функции второй ступени выполняет
сам импульсный источник питания, а блок дежурной дуги поддер-
поддерживает непрерывный разряд. Для запуска такой системы сначала за-
заряжают накопитель импульсного источника питания до 1/Пит>*Л>аж,.
затем включают блок питания дежурной дуги и одновременно по-
дагот на ГРП инициирующий сигнал от схемы зажигания. Иниции-
Инициирующий импульс пробивает ГРП, накопитель разряжается и пере-
переводит его в дуговой режим, после чего блок питания дежурной
2—215 1Т

.дуги обеспечивает поддержание маломощного дугового разряда
в импульсной ламие накачки.
Не останавливаясь на преимуществах применения дежурной ду-
.ги, отметим, что использование второй ступени для зажигания мощ-
мощным импульсом разрядки конденсатора позволяет уменьшить уста-
.новленную мощность блока питания дежурной дуги за счет сниже-
снижения напряжения холостого хода на его выходе (^Хх может быть
жиже ^/заж)-
2. Электропитание лазерных излучателей
непрерывного режима работы
2.1. Способы преобразования источников напряжения
в источники тока
В лазерных излучателях используются приборы
-с тлеющим и дуговым газовым разрядом. Эти разряды
.различаются величиной катодного падения напряжения.
.Если это напряжение больше ионизационного потен-
.-циала газа, то имеет место тлеющий разряд, в против^
яом случае — дуговой разряд (при токе, равном долям
ампера и выше).
Для поддержания в течение длительного времени
непрерывного газового разряда -при заданных- значениях
•тока и напряжения необходимо выполнить следующее
условие [2]:
ку= (
Здесь ку — коэффициент устойчивости системы газо-
газоразрядный прибор — источник питания;
<5^раб/д/раб — динамическое сопротивление газораз-
газоразрядного промежутка;
д^Лшт/<Э/раб—-динамическое сопротивление источника
питания.
На рис. 2.1 показаны внешняя характеристика источ-
источника постоянного напряжения (кривая 2), пересекаю-
пересекающая вольт-амперную характеристику дугового разряда
(кривая 1) в точках В и Е, и две внешние характерис-
характеристики источника тока (кривые 3, 4), проходящие, через
те же точки (штриховые линии относятся к реальным
характеристикам источников напряжения и тока). Устой-
Устойчивость разряда в точке В обеспечивается внешней ха?

рактеристикой источника тока (кривая 3), так как
здесь динамическое сопротивление газоразрядного про-
промежутка д^Раб/д/раб<0, а динамическое сопротивление
источника питания д{ЛщТ/д/раб=—°°. Источник питания
с внешней характеристикой источника напряжения не
обеспечивает устойчивости разряда, ибо отношение
В точке Е на возрастающем участке вольт-амперной
характеристики устойчивый разряд поддерживается
источниками питания обоих типов, однако ку при пита-
питании газового разряда от источника напряжения будет
значительно ниже, чем при
питании от источника тока.
Это еще в большей степени
проявляется и на участке,
где напряжение на газораз-
газоразрядном промежутке мало
зависит от изменения тока
разряда (участок С—О на
рис. 2.1).
Источники электропита-
¦ ния с характеристикой источ-
. ника тока могут обеспечить
любую требуемую устойчи-
устойчивость во всем диапазоне
вольт-амперной характери-
характеристики газового разряда. Рис. 2.1. Вольт-амперная ха-
Существует несколько рактеристика дугового разря-
способов построения схем да (кРивая О И внешние ха-
характеристики источников пита-
источников питания с внеш- у *шя (кривЬ1е 2-4)
ней характеристикой, соот-
соответствующей характеристике источника тока [14—17].
Все эти способы с определенной степенью условности-
можно разделить на четыре группы: стабилизация тока
"с помощью токоограничивающих линейных элементов —
активных и реактивных; параметрическая стабилизация
тока с помощью нелинейных токостабилизирующих
двухполюсников и четырехполюсников различного прин-
принципа действия; компенсационная стабилизация тока,
достигаемая использованием систем автоматического ре-
регулирования; стабилизация тока посредством индуктив-
индуктивно-емкостных преобразователей источников неизменного-
напряжения в источники неизменного тока (ИЕП).
2*
19-

2.2. Маломощные источники тока
Источники электропитания мощностью до сотен ватт
зпринято считать маломощными. Такие источники нашли
широкое применение в устройствах питания ГРП, ис-
лользуемых для создания прежде всего газовых атомар-
атомарных и молекулярных лазеров.
Помимо заданного диапазона изменения тока, вели-
величины его пульсаций и нестабильности на нагрузке,
.источники питания должны обеспечить надежное ини-
инициирование зажигания газо-
¦ вого разряда. Принципы
„_ , построения схем зажигания
Обратные связи г-т-л-т
ГРП рассмотрены в преды-
1
РН
\
в
\
ТСУ
\
н
дущеи главе, поэтому рас-
рассмотрим возможные вариан-
варианты реализации силовой ча-
части источников питания га-
?Рис. 2.2. Обобщенная струк- Зовых излучателей.
турная схема источника тока Обобщенная структур-
ная схема источника питания
^изображена на рис. 2.2. В состав схемы входят следую-
следующие блоки: регулятор напряжения РН, выпрямительное
устройство В, состоящее из согласующего силового
-трансформатора, вентилей и фильтра, токостабилизи-
-.рующее устройство ТСУ и нагрузка Н. Состав этих
^функциональных блоков может меняться в зависимости
¦ют технических требований, предъявляемых к выходным
¦параметрам источников тока, и принятой схемы источ-
источника электропитания.
В простейшем случае источник тока может состоять
.из выпрямителя В, выполненного по одной из схем од-
однофазного или трехфазного питания с фильтром для
уменьшения уровня пульсаций тока, и пассивного токо-
'Ограничивающего балластного резистора Кб в составе
ТСУ1 [18, 19]. Расчет величины Яб производится из
условий устойчивости, при этом /?б всегда должно быть
¦больше динамического сопротивления в любой точке
¦рабочего участка вольт-амперной характеристики газо-
газового разряда. Максимальная величина Яб должна быть
:при минимальном значении рабочего тока, так как ди-
динамическое сопротивление газоразрядного промежутка
в этой точке наибольшее.
На рис. 2.3 приведена электрическая схема источника
питания гелий-неонового лазера ОКГ-13. Схема особых
-2п

пояснений не требует. Отметим лишь, что для зажига-
зажигания разряда используется разрядка конденсатора СЗ на
^резистор К.4. Конденсатор СЗ после нажатия кнопки
ГКя заряжается до напряжения, близкого к амплитуде
напряжения вторичной обмотки повышающего транс-
трансформатора. В момент отпускания кнопки напряжение на
выходном конденсаторе фильтра С2, складываясь с ам-
амплитудой импульса напряжения на резисторе Я.4, обра-
образованного в результате разрядки конденсатора СЗ,
^—:
Зажигание
Рис. 2.3. Схема источника питания с балластными резисторами
обеспечивает пробой и последующее зажигание газового
разряда. Регулировка тока нагрузки в пределах от 5
до 15 мА производится переменными резисторами К1 и
^Я5. Последний одновременно выполняет роль балласт-
балластного резистора. Габаритные размеры блока питания
240X180X180 мм, масса не более 3,5 кг.
В схеме на рис. 2.3 зажигание газоразрядной трубки
"осуществляется вручную (нажатием кнопки), при этом
исключается возможность повторного автоматического
зажигания. Этот недостаток устранен в схемах, исполь-
использующих умножение постоянного напряжения [17]. Одна
из таких схем показана на рис. 2.4. Диоды Д1—Д9
Ш218) и конденсаторы С1—С8 E мкФ) образуют схему
утроения входного, сетевого напряжения, на выходе ко-
которой без нагрузки появляется напряжение около
2700 В (при напряжении вторичной обмотки силового
трансформатора 620 В). К этому напряжению добав-
добавляется напряжение умножителя на конденсаторах С9—
С/2 @,01 мкФ) и диодах Д10—Д21 (Д218). Через огра-
ограничивающий резистор Я16 суммарное напряжение при-
21

кладывается к электродам трубки, производя зажигание
газового разряда. Рабочий ток направляется по цепи
балластных резисторов К9—^/5 и блокирующих диодов
Д22—Д24. При токе нагрузки 5 мА схема обеспечивает
напряжение между электродами 1700 В. В связи с тем,
что емкость конденсаторов С1—С8 много больше ем-
емкости конденсаторов С9—С12, после пробоя между-
междуэлектродного промежутка умножитель напряжения не
оказывает влияния на рабочие процессы.
Д13-Д21
Н>ь- ¦
Рис. 2.4. Схема источника питания с автоматическим зажиганием
Регулирование тока нагрузки в схемах с балластным
резистором можно производить, изменяя его сопротив*
ление, или с помощью специального регулятора напря-
напряжения. Такими регуляторами могут быть: переключатель
отводов на обмотках силового трансформатора, авто-
автотрансформатор, транзисторный или тиристорный комму-
коммутаторы, включаемые в первичную обмотку силового
трансформатора.
При неизменном значении сопротивления балластного
резистора увеличение тока нагрузки приводит к воз-
возрастанию потерь на нем. Этого можно избежать, если
одновременно с увеличением тока автоматически умень-
уменьшать величину ^6, но так, чтобы сохранилось неравен-
неравенство -Кб>сШраб/д/раб [20]. Величина пульсаций тока
в нагрузке зависит от выбранного способа регулирова-
регулирования тока и размеров фильтра выпрямительного устрой-
устройства.
22

' Рассмотренная группа схемных решений не обеспе-
обеспечивает высокой стабильности выходного тока, но бла-
¦годаря своей простоте нашла широкое применение для
питания маломощных газоразрядных приборов. Даль-
Дальнейшее улучшение параметров связано с использованием
схем параметрической стабилизации тока.
" Чаще всего в качестве ТСУ в схемах параметричес-
параметрической стабилизации применяются электронные лампы и
транзисторы, которые включаются последовательно
с нагрузкой.
ДП-Д17
1м Д1°-Д13
,/ггг
18к
Выпрямитель 7.
Выпрямитель Ъ
. 2.5. Схема параметрического стабилизатора тока на электрон-
электронных лампах
Электрическая схема лампового стабилизатора тока
для молекулярного лазера ЛГ-17 приведена на рис. 2.5.
. Высокое напряжение создается сложением выходных
напряжений трех модульных выпрямителей, каждый из
которых состоит из повышающего трансформатора Тр1,
Диодов Д1 — Д4, фильтра С1 — Др — С2 и разрядного
резистора В.1.
На выходе высоковольтного выпрямителя включены
четыре параллельно соединенные регулирующие лампы
- 23

Л4 — Л7 ограничивающий резистор К10 и резистор це-
цепи обратной связи по току Ш1. Напряжение на этом
резисторе, пропорциональное току нагрузки, сравнивав
ется с напряжением уставки (резистор К8). Разность
напряжений подается на управляющую сетку регули-
регулирующих ламп. При отклонении тока нагрузки от задан-
заданного значения его исходный уровень восстанавливается
изменением падения напряжения на лампах.
Регулировка\
тока
Л1
Высоковольт-
Высоковольтный
Выпрямитель
Рис. 2.6. Лампово-транзисторный регулятор тока накачки газового
лазера
В схеме установлено реле времени (на лампе Л1)
для задержки подачи высокого напряжения на время
прогрева катодов ламп, имеется цепь питания экранных
сеток ламп от стабилизаторов опорного напряжения
(диоды Д10 — Д13), а также выпрямитель на диодах
Д14 — Д17 для питания мотора вентилятора системы
воздушного охлаждения газоразрядной трубки. При ука-
указанных номиналах элементов схемы стабилизатор обес-
обеспечивает поддержание стабильного тока в пределах
20—30 мА при напряжении на трубке 6250±200 В.
Пульсации тока в нагрузке не превышают 1%- Габарит-
Габаритные размеры блока питания 390X330X172 мм, масса-
не более 18 кг.
В схемах параметрических стабилизаторов тока мо-
могут использоваться ламповые триоды, а также тетроды
и пентоды в триодном включении. Рациональным реше-
решением является введение транзистора в катодную цепь
лампового триода вместо катодного резистора, как это
показано на рис. 2.6 [21]. Для большинства транзисто-
транзисторов при коллекторном токе в несколько десятков милли-
миллиампер их динамическое сопротивление может состав-
составлять сотни килоом, что существенно увеличивает внут-
24

греннее сопротивление источника тока. Как следует из
рис. 2.6, управление регулирующим элементом Л1 мо-
^кет производиться сигналами малого уровня. В схеме
усилителя транзистор 77 уменьшает потребление тока
гЬт делителя /?/ — КЗ, установленного для регулирования
|тока, и увеличивает тем самым линейность регулировоч-
регулировочной характеристики. Резистор К7 включен на случай
попадания высокого потенциала анода лампы на ее сет-»
ТЯкВ
Рнс. 2.7. Схема источника питания СИТ—24М
жу. Диоды Д1, Д2 предназначены для устранения пере..
Напряжений во входных цепях регулирующего элемента.
Широкое распространение в источниках электропи-
электропитания маломощных ГРП получили ТСУ, построенные по
^принципу компенсационных стабилизаторов тока (СТ).
Схемы таких СТ отличаются большим многообразием
Д22, 23]. Компенсационные СТ могут выполняться с од-
!лим или двумя регулирующими элементами (РЭ).
'В первом случае РЭ может включаться как в цепь высо-
высокого напряжения, так и в цепь первичного напряжения.
! Уменьшить потери мощности при регулировании и
Стабилизации тока помогают схемы с двумя регулирую-
регулирующими элементами, один из которых устанавливается
4 цепь нагрузки, а другой — в первичную цепь питаю-
питающего напряжения [24, 25].
В маломощных устройствах электропитания газового
разряда успешно применяются однофазные Т-образные
й мостовые схемы ИЕП [2, 14, 26, 27]. Электрическая
Льхема источника электропитания СИТ-24М, в котором
использован ИЕП, приведена на рис. 2.7. Основным
25

Рис. 2.8. Схема стабилизатора
тока иа базе ИЕП
функциональным узлом является однофазовый Т-образ-
Т-образный ИЕП, состоящий из дросселя Др1 и батареи кон-
конденсаторов С1 емкостью 100 мкФ. -С помощью ИЕП
осуществляется преобразование напряжения сети в ток.
Дальнейшее преобразование выходного тока ИЕП
производится трансформатором Тр1 и выпрямительным
устройством. Трансформатор Тр1 имеет на первичной
.обмотке отводы, позволяющие изменять коэффициент
трансформации и соответст-
соответственно величину тока нагруз-
нагрузки. Резистор Я1 служит для
устранения режима холос-
холостого хода при переключени-
переключениях отводов трансформатора.
На выходе двухполупериод-
ной схемы выпрямления
(диоды Д1—Д8 и конденса-
конденсаторы СЮ, СП) последова-
последовательно в цепь нагрузки вклю-
включены резистор НЗ и дрос-
дроссель Др2. Первый необходим для ограничения броска
разрядного тока конденсаторов СЮ, СП через нагруз-
нагрузку, а второй — совместно с КЗ повышает устойчивость
горения газового разряда. Конденсаторы С2 — С9 слу-
служат для выравнивания напряжения на высоковольтных
диодах и защиты их от всплесков напряжения.
Устройство защиты на транзисторе 77 служит для
ограничения времени.работы ИЕП в режиме холостого
хода. Сигнал на устройство защиты поступает с пере-
переменного резистора К4. Если в течение примерно 1 с пос-
после включения источника питания, в сеть по резистору
Я.4 не начнет протекать ток, что указывает на отсутст-
отсутствие зажигания газового разряда, возрастающее напря-
напряжение на конденсаторе С13 пробьет динистор Д9. После
этого реле Р срабатывает и отключает источник пита-
питания от сети. При наличии тока в резисторе Ш транзис-
транзистор 77 открыт и шунтирует конденсатор С13.
Основные технические характеристики СИТ-24М: ра-
рабочий ток 40 ±2 мА при изменении напряжения сети от
200 до 240 В и сопротивлении нагрузки от 225 до
290 кОм; диапазон регулирования тока нагрузки от 35
до 45 мА при напряжении сети 220 В; выходное напря-
напряжение в режиме холостого хода не менее 25 кВ. Источ-
Источник тока СИТ-24М используется для питания промыш-
26

ленного СОг-'лазера ЛГ-25 с мощностью излучения около
40 Вт [28].
На базе ИЕП могут быть построены компенсацион-
компенсационные схемы регулирования (стабилизации) тока. Одна
де возможных схем, позволяющих плавно регулировать
ток нагрузки, изображена на рис. 2.8. К дополнительной
обмотке шд согласующего трансформатора непосредст-
непосредственно или через выпрямитель подключается регулирую-
регулирующий элемент РЭ. Сопротивление РЭ изменяется в зави-
зависимости от сигнала, который должен быть пропорцио-
пропорциональным отклонению величины тока от заданного уров-
уровня при изменении питающего напряжения, сопротивле-
сопротивления нагрузки или сигнала уставки /уст. Поскольку ток
на выходе ИЕП в идеальном случае неизменный, ток
.9 цепи нагрузки и в цепи РЭ обратно пропорционален
величинам сопротивлений в этих цепях и коэффициенту
трансформации каждой из обмоток.
2.3. Источники электропитания дугового газового
разряда
. Дуговой разряд в среде газов используется в лампах
«оптической накачки твердотельных лазеров и при раз-
разработке ионных газовых лазеров. Дуговой разряд харак-
характеризуется большими плотностями ток-а A000 А/см2),
•сравнительно низкими значениями напряжения между
электродами газоразрядной трубки A00—400 В), высо-
высокой степенью ионизации плазмы газового разряда. В ра-
рабочем диапазоне вольт-амперной характеристики наблю-
наблюдается слабая зависимость напряжения от тока разряда,
"«то определяет способ управления дуговым разрядом —
регулированием величины разрядного тока. При этом
мощность дугового разряда изменяется линейно. Пре-
Предельная величина тока разряда ограничивается конст-
конструктивными и технологическими возможностями созда-
создания разрядной трубки, выдерживающей большие на-
нагрузки.
Возрастающая ветвь вольт-амперной характеристики
Дугового разряда допускает возможность питания раз-
разряда от источника напряжения. На рис. 2.9 показана
Постовая схема трехфазного выпрямителя с каскадами
Умножения напряжения для зажигания газоразрядной
лампы [17]. При разомкнутой цепи нагрузки напряже-
напряжение на выходе схемы должно в пять раз превышать
27

амплитудное значение входного переменного напряже-
напряжения. Фактически напряжение холостого хода несколько
ниже из-за внутреннего сопротивления такого выпря-
выпрямителя. Так, например, при подключении выпрямителя
к трехфазной сети с линейным напряжением 380 В на
выходе появляется напряжение около 2 кВ.
После пробоя газоразрядной трубки и установления
рабочего тока схема начинает работать как обычная
ОО О—
ем и
г
Д7-Д18^
С1-С15'
-
гд1
гч
н
_ ^
- -
_ ;
¦I
гдз
7Д*=
_ _
-=
_ г
1Д5
7_Де=
1
к_
1 =
ДР-
-
)Я
Рис. 2.9. Трехфазная схема мостового выпрямителя с каскадами
умножения напряжения
схема выпрямления (диоды Д1 — Д6) с выходным на^
пряжением порядка 500 В при указанных выше пара-
параметрах сети и величине емкости конденсаторов умножи-
умножителя С=0,1 мкФ. Максимальная величина емкости
выбирается из условия С^/раб/б^т/с, где /раб — рабочий
ток на нагрузке; 1]ш — амплитуда линейного входного
напряжения; /с — частота сети. Минимальное значение
емкости ограничивается, в основном, величиной обрат-
обратного тока вентилей, и поэтому следует принимать
С^/обр/^т/с, где /обр — обратный ток диодов.
Для повышения устойчивости газового разряда по-
последовательно с трубкой включается балластный резис-
резистор Ю, а уменьшение пульсаций тока достигается уста-
установкой дросселя Др. Последний служит также для
ликвидации возникающих в лампе флюктуации тока до
того момента, когда источник питания в силу своего
быстродействия не восстановит прежнее значение пара-
параметров дугового разряда. Цепочка из резистора и диода,
28

подключенная параллельно дросселю, служит для уве-
увеличения скорости нарастания рабочего тока после за-
зажигания разряда в трубке.
Мощности дугового разряда, используемого в лазер-
лазерной технике, могут достигать десятков киловатт. Это
ограничивает возможности использования балластных
резисторов. Реактивные балластные элементы Ь$ и Сб.;
обычно включают в цепь переменного напряжения или
последовательно с первичной обмоткой согласующего-
трансформатора [29].
Применение ИЕП позволяет весьма эффективно раз-
разрешить многие трудности, возникающие при разработке-
источников электропитания дугового разряда [2, 3]. Прш
создании ИЕП для питания дугового разряда учет огра-
ограниченного диапазона изменения нагрузки дает возмож-
возможность существенно снизить установленные мощности'
реактивных элементов и всего преобразователя в целом;
[15].
Плавное регулирование тока ИЕП, содержащих маг-
магнитно-связанные обмотки дросселей, может осущест-
осуществляться изменением коэффициента магнитной связи,,
если, конечно, в этом случае не нарушается резонансная-
настройка элементов преобразователя. Для этих целей
магнитопровод трехфазного дросселя может быть вы-
выполнен по типу индукционной машины с заторможенным:
¦отором" [30—32].
На основе регулируемых ИЕП (РИЕП) разработаны
и выпускаются промышленностью два типа источников
йяитания ИТ-Р1 и ИТ-Р2, различающихся по мощности..
В состав этих источников входят: выпрямитель, сгла-<-
Зкивающий фильтр, двухступенчатая схема зажигания1.,
¦о источниках предусмотрен узел обратной связи, слу-
служащей для стабилизации тока нагрузки при изменении
^напряжения сети. Узел обратной связи включен в цепь
сервопривода, который вращает ротор индукционной
^.машины.
Использование электромеханического привода регу-
иятора тока ограничивается его инерционностью и не.
позволяет осуществлять быстродействующее управление'
роком накачки. Этот недостаток может быть устранен:
в схеме, построенной по принципу структурного регу-
регулирования, которое осуществляется тиристорными клю-
Ьами переменного тока с непрерывным управлением при
^охранении условий резонанса в ИЕП [33]. Перспек-
2а

тивными являются схемы, у которых регулирование и
-стабилизация выходного тока осуществляются пол-
полностью электронными средствами. К их числу можно
«отнести схемы транзисторных и тиристорных импульс-
импульсных стабилизаторов тока с широтно-импульсной моду-
модуляцией, а также схемы на основе управляемых выпря-
выпрямителей [3, 34, 35].
Д1-ДЗ
Др
ГрГ-Трд У УУ
Д9-Д11
8>ис. 2.Ю. Схема управляемого выпрямителя для непрерывного пи-
питания лампы накачки
На рис. 2.10 изображена упрощенная схема источни-
источника питания СН-4, предназначенного для питания газо-
газоразрядной лампы накачки ДКрТВ-3000 непрерывного
излучателя ЛТ-2. В этой схеме управляемый трехфаз-
трехфазный выпрямитель собран на диодах Д1— ДЗ и тиристо-
тиристорах Д9 — ДП. На входе выпрямителя установлены три
однофазных трансформатора Тр1 — ТрЗ. Выпрямленное
напряжение сглаживается дросселем Др, конденсатор-
конденсаторной батареей С и электронным фильтром ЭФ. Схема
зажигания СЗ выполнена двухступенчатой. Фазовое ре-
регулирование выпрямителя осуществляется системой
•управления СУ. Для синхронизации импульсов, вклю-
¦чающих тиристоры при положительных полуволнах пе-
переменного напряжения, служат диоды Д4 — Д6. Система
управления (на рисунке не показана) формирует им-
импульсы частотой 150 Гц, определяющие срабатывание
тиристора Д8 и включение одного из тиристоров Д9 —
ДП, у которого напряжение анод — катод имеет прямую
полярность. Импульсы управления могут сдвигаться
относительно фазы сетевого напряжения в зависимости
30

от величины выходного тока, осуществляя стабилизацию
последнего при изменении нагрузки и напряжения сети.
Напряжение обратной связи, пропорциональное току,,
снимается с переменного резистора К.4, подключенного
к эталонному резистору $5. Регулирование выходного
тока в некоторых пределах производится изменением
напряжения обратной связи (резистором Ш).
Таблица 2.1
Тип источ-
- ника гшта-
Габариты,
МИТ-47
ИТ-Р1
¦ ИТ-Р2
¦ СН-4 "
5—30
5—20
10—40
20—30
1,0
1.0
0
1,0
1,0
1,0
1,0
_30
1.7
_30
Т^
40
178
7,5
6,0
4,5
8,г
3,0
440
350
400
95
595X595X430
605Х740ХПЗО-
605X740X1130=
496X575X340 ¦
» * Для двухступенчатых блоков зажигания над чертой приведено напряжение пер-
первой ступени (инициирование пробоя), а под чертой — напряжение второй ступени (пере-
(перевод в дуговой режим).
Основными трудностями при разработке устройств
питания с управляемыми выпрямителями являются: сози-
созидание устойчивой системы регулирования и стабилиза-
стабилизации тока накачки; обеспечение источника электропита-
электропитания быстродействующей защитой от коротких замыка^
ний в нагрузке; сглаживание пульсаций (особенно пр№
малых значениях угла отпирания тиристоров); борьба
с помехами, проникающими в сеть при коммутации ти-
тиристоров; сложность согласования параметров газораз-
газоразрядных ламп с выходными параметрами источника-
электропитания, если не используется силовой согласую-
согласующий трансформатор. В значительной степени эти труд-
трудности преодолеваются при использовании импульсных
регуляторов тока [3].
В табл. 2.1 приведены основные данные источников;
Лля питания газоразрядных ламп непрерывной на-
накачки твердотельных излучателей типа ДКрТВ-3000 и
¦КрТВ-5000.
3.1

3. Выбор и расчет функциональных элементов
импульсных источников электропитания
3.1. Схемы формирования выходных импульсов
Разнообразие типов и параметров импульсных лазер-
.пых излучателей, особенности условий получения им-
импульсной генерации требуют разработки источников
литания, отличающихся широким диапазоном выходных
.электрических параметров: импульсного тока и напря-
напряжения, длительности и частоты повторения выходных
импульсов.
К форме импульса разрядного тока через лампу
.накачки твердотельного излучателя не предъявляется
.жестких требований. Фронт стремятся сделать длитель-
длительностью не менее 100 мкс, чтобы избежать возникновения
ударной волны, способной вывести лампу накачки из
строя [5, 36]. Вместе с тем, минимальная длительность
импульса должна превышать время, необходимое для
¦создания условий генерации излучения, а максимальная
определяться требованиями к продолжительности излу-
излучения и может составлять единицы и даже десятки
-миллисекунд.
За время длительности импульса, которое обычно
^измеряется на уровне 50% мощности, подводимой к лам-
ле накачки, на лампу должна быть подана необходимая
электрическая энергия, определяемая уровнем энергии
излучения твердотельного лазера. Диапазон энергий на-
жачки для различного типа лазеров составляет от еди-
зшц джоулей до десятков и сотен килоджоулей.
Электрическая накачка импульсных газовых лазеров
осуществляется напряжением с амплитудой от единиц
до десятков киловольт при длительности от долей до
единиц микросекунд. Длительность импульса накачки
может определяться выбранным режимом импульсного
тазового разряда (тлеющим, дуговым). Фронт и спад
:импульса электрической накачки стремятся сделать воз-
возможно более короткими при получении генерации в ус-
условиях нестационарной плазмы газового разряда.
Полупроводниковые лазеры имеют вольт-амперную
характеристику, типичную для обычных полупроводни-
полупроводниковых диодов. В связи с этим задавать и контролировать
;режим работы полупроводникового лазера целесообраз-
32

но по величине тока, так как положение вольт-амперной
характеристики по оси напряжений существенно зависит
от температуры лазерного диода, а изменение величины
этого напряжения вызывает резкие колебания тока на-
накачки и соответственно. мощности, выделяемой на
диоде.
Согласование выходной характеристики импульсного
лазерного диода с внешней характеристикой источника
токовой накачки представляет собой весьма сложную
задачу, если учесть также, что чем короче длительность
фронта, тем меньше тепловыделение на диоде. Наиболее
приемлемая величина длительности фронта тока накачки
10—20 не.
Импульсные полупроводниковые лазеры, работающие
при комнатной температуре, практически не могут обес-
обеспечить длительность излучения более 200 не. Тепловой
режим полупроводниковых лазеров ограничивает верх-
верхний диапазон частоты повторения импульсов излучения
A00—200 кГц).
Импульсный режим лазеров может осуществляться
„либо непосредственно от питающей сети, либо с приме-
применением промежуточного накопителя энергии [37]. Оче-
Очевидно, что первый вариант, хотя и является наиболее
"фростым, мало приемлем для устройств лазерной тех-
техники. Использование промежуточного-накопителя энер-
энергии приводит к усложнению схемы источника питания,
но позволяет реализовать совместно с коммутирующи-
коммутирующими элементами все необходимые режимы работы с лю-
любым уровнем входных параметров. Энергия, необходи-
необходимая для накачки лазеров, может накапливаться в кон-
конденсаторах в виде энергии электрического поля и
, в индуктивных элементах, где аккумулируется энергия
магнитного поля. Возможно использование комбиниро-
комбинированных накопителей энергии.
Все многообразие схем формирования выходных им-
импульсов источников питания лазерных излучателей раз-
различного типа можно классифицировать по виду накопи-
накопителя энергии и по режиму его работы. При установке
в разрядный контур индуктивного накопителя энергии
зарядка его осуществляется от устройства с низким вы-
выходным напряжением при среднем значении зарядного
тока, равном половине амплитуды тока в момент окон-
окончания зарядки [38]. Выходное же напряжение заряд-
зарядного устройства емкостного накопителя должно быть
3—215 33

не менее требуемого значения напряжения накопителя,
а среднее значение тока зарядки (при заданных значе-
значениях напряжения и емкости накопителя) зависит от
длительности цикла зарядки и может быть во много раз
меньше амплитуды импульса разрядного тока. Таким
образом, выбор накопителя определяет требования
к параметрам зарядного устройства.
Накопители энергии могут работать в режиме полной
или неполной (частичной) разрядки, характер которой
определяется типом разрядного коммутатора. В режиме
полной разрядки накопителя в нагрузку передается вся
накопленная энергия при замыкании разрядного комму-
коммутатора, установленного между емкостным накопителем
и нагрузкой, или -при размыкании коммутатора в случае
использования индуктивного накопителя. Возврат раз-
разрядных коммутаторов в исходное положение происходит
не ранее окончания процесса разрядки накопителя. Этот
режим позволяет иметь минимальный размер накопи-
накопителя, что очень важно при значительной величине энер-
энергии накачки.
При полной разрядке как индуктивного, так и ем-
емкостного накопителей энергии на активное линейное
сопротивление форма импульса разрядного тока на на-
нагрузке носит экспоненциальный характер. Практически
линейный характер сопротивления нагрузки имеют лишь
полупроводниковые лазерные излучатели в области ра-
рабочих точек. У газоразрядных приборов (лампы, накач-
накачки, газовые излучатели) характер нагрузки нелинейный,
т. е. изменение тока накачки не происходит пропорцио-
пропорционально изменению напряжения на нагрузке. Как след-
следствие, статическое и динамическое сопротивления газо-
газового разряда не только перестают быть равными друг
другу, но и постоянно изменяются в процессе разрядки.
Форма импульса разрядного тока отклоняется от экспо-
экспоненциальной.
Выражение для вольт-амперной характеристики им-
импульсной газоразрядной лампы накачки, наполненной
ксеноном под давлением до 8-Ю4 Па при плотности раз-
разрядного тока от 102 до 104 А/см2 и длительности раз-
разрядного импульса от 0,15 до 4 мс, имеет вид [5, 39].
где &о=1,3 Цй [Ом-А1/2] —постоянный коэффициент
для каждого типа лампы, зависящий от ее геометричес-
34

-ких размеров (/ — длина, й — диаметр газоразрядного
промежутка).
I В каждой точке вольт-амперной характеристики лам-
щЫ можно определить ее статическое сопротивление
Е установившемся режиме, если провести прямую линию
"из начала координат в заданную точку. Тангенс угла
наклона этой прямой к оси токов пропорционален со-
сопротивлению разряда при дан-
рых значениях тока и напря-
напряжения лампы. -Динамическое
сопротивление лампы опреде-
определяется тангенсом угла накло-
наклона между осью тока и каса-
касательной к вольт-амперной ха-
характеристике в заданной точке.
... Форма импульса тока при
разрядке накопителя энергии
на лампу показана на рис. 3.1
[2, 39]. На графике по оси
абсцисс отложено относитель-
относительное время разрядки емкостно-
емкостного накопителя
0,8
0,6
0,2
\
\
\
\
1^
—¦—.
В
Рис. 3.1. Форма импульса
разрядного тока накопите-
накопителей энергии:
/ — емкостного; 2 — индуктив-
индуктивного
и индуктивного накопителя
^Разрядный ток (в относительных единицах) для емкост-
емкостного накопителя
;* _;* — *'с — ; к*°
1 р—* с /с@) с и*с '
а для индуктивного
где /с@) и 7.1,@) —токи, протекающие через емкостный
и индуктивный накопители в момент начала разрядки,
причем /*х,= A—^т'ьJ в интервале времени 0<//т'ь^
^2 и 1*ь=0 при ^/т/ь>2.
Внешне т'с и т'ь напоминают постоянные времени
Цепи разрядки, однако при активном линейном сопро-
сопротивлении нагрузки постоянная времени цепи разрядки
остается неизменной, а при нелинейном сопротивлении
3* 35

нагрузки х'с и т'ь являются „ величинами переменными
и изменяются в зависимости от значения сопротивления
лампы. При разрядке конденсатора сопротивление лам-
лампы равно
#П=ЛУС/П=ЛУ1УС,
при разрядке индуктивного накопителя
где 11с—напряжение на конденсаторах емкостного на-
накопителя; /ь — ток разрядки индуктивного накопителя,
равный току через лампу /л.
Увеличение зарядного напряжения емкостного нако-
накопителя или тока, запасенного в индуктивном накопите-
накопителе, приводит к образованию более короткого импульса,
а их уменьшение — к возрастанию длительности раз-
разрядного импульса. Еще одна особенность состоит в том,
что разрядка индуктивного накопителя заканчивается
через вполне определенное время, а именно, при /=2т/ь.
Это указывает на возможность использования индук-
индуктивного накопителя для построения схем с повышенной
частотой повторения импульсов накачки.
Величина емкости накопителя может быть определе-
определена по формуле
где 1Ж — длительность импульса тока разрядки по уров-
уровню 0,5 интенсивности излучения лампы; И?с — заданная
энергия накопителя.
Крутой фронт импульса накачки при разрядке ем-
емкостного или индуктивного накопителя энергии необхо-
необходим для полупроводниковых и газовых лазерных излу-
излучателей. Однако быстрое нарастание разрядного тока
существенно уменьшает срок службы ламп накачки
твердотельных излучателей.
•Включение дополнительного элемента — катушки ин-
индуктивности— в цепь разрядки емкостного накопителя
на лампу может обеспечить требуемую -длительность
фронта и более равномерную накачку в течение дли-
длительности разрядного импульса [40]. Форма импульса
разрядного тока зависит от соотношения параметров
разрядного контур'а и определяется коэффициентом за-
затухания
36

где Рр= К ^-р/Свк — характеристическое сопротивление
разрядного контура; <)р —его добротность; /,р — индук-
индуктивность разрядной катушки. Графики кривых разряд-
разрядного тока при различных б показаны на рис. 3.2 [39].
Разрядный ток представлен в относительных единицах
(текущее значение тока пронумировано относительно
максимального значения тока контура при нулевом
сопротивлении нагрузки).
Рис. 3.2. Разрядный ток емкостного накопителя через индуктивность
на лампу при «=0,2—0,8 (а) и 6=0,8—2,0 (б)
По сравнению с работой /-С-разрядного контура на
активное линейное сопротивление нагрузки при анало-
аналогичных значениях рр и 1]с и нелинейном сопротивлении
нагрузки лампы накачки процессы в цепи происходят
более медленно и имеют затухающий характер. С повы-
повышением напряжения коэффициент затухания уменьша-
уменьшается.
Обычно выбирают режим согласованной нагрузки,
который имеет место при 5=0,8. При несколько мень-
меньшем значении б можно создать благоприятные условия
для уменьшения времени деионизации импульсной лам-
лампы. Для наиболее типичного случая F=0,8 и 1Ш на
Уровне 0,5) значение параметров разрядного контура
можно определить по формулам
Для получения на нагрузке прямоугольной формы
импульсов тока при полной разрядке накопителя энер-
энергии в схемах формирования используются длинные ли-
37

нии с распределенными параметрами и искусственные
линии с сосредоточенными параметрами.
Основной недостаток линии с распределенными пара-
параметрами— большая протяженность при формировании
даже сравнительно коротких импульсов. Уже при
•си=1 мкс длина линии составляет 150 м, что не всегда
может быть приемлемым. Такие линии нашли примене-
применение в генераторах для накачки полупроводниковых и
некоторых типов газовых излучателей.
Рис. 3.3. Форма импульса тока на нагрузке при различном числе
звеньев формирующей линии
Чаще всего используются искусственные формирую-
формирующие линии, состоящие из дискретных элементов — кон-
конденсаторов и катушек индуктивности [41]. Форма им-
импульса тока на нагрузке при полной разрядке линии
определяется числом ее звеньев (рис. 3.3) и соотноше-
соотношением волнового и нагрузочного сопротивлений. При
подключении к линии лампы накачки параметры форми-
формирующей линии находятся из выражений

где /?л=&ок Ми/^с — сопротивление лампы; N — число
одинаковых звеньев формирующей линии. Суммарная
емкость накопителя энергии Спк—СтЫ и общая индук-
индуктивность разрядного контура Ьр=Ь'рМ.
¦ Подключение накопителя энергии к лазерному излу-
излучателю производится, как правило, с помощью различ-
различных коммутирующих приборов. Исключение составляют
лампы накачки твердотельных излучателей, которые

сами могут выступать в качестве коммутирующих эле-
элементов. Включение их производится одним из рассмот-
рассмотренных выше способов импульсного зажигания. Однако
при использовании режима дежурной дуги в разрядный
контур лампы накачки также должен быть включен
коммутатор.
В схемах с полной разрядкой накопителя энергии
разрядный коммутатор может быть полууправляемым
прибором. Он определяет лишь момент подачи импуль-
импульса накачки на излучатель и остается в открытом состоя-
состоянии до полной разрядки накопителя. Тип коммутирую-
коммутирующего прибора определяется параметрами импульса на-
накачки. Это могут быть различного рода разрядники,
игнитроны, тиратроны, тиристоры [42].
Рассмотренные способы формирования разрядных
импульсов могут быть использованы для построения
источников питания импульсных лазеров любого типа.
Эти схемы будут только отличаться по своим выходным
параметрам: величине тока и напряжения, длительности
и частоте следования импульсов, форме разрядного
импульса.
В результате расчета разрядного контура импульсно-
импульсного излучателя определяются исходные данные для про-
проектирования зарядного устройства накопителя энергии.
3.2. Зарядные устройства емкостных накопителей
энергии
В источниках электропитания импульсных излучате-
излучателей преимущественно используются емкостные накопи-
накопители энергии. Основной задачей зарядного устройства
является передача из первичной питающей сети необ-
необходимой энергии в накопитель за время между импуль- •
сами разрядного тока. Возможные диапазоны частот
повторения выходных импульсов источников питания
Для различных типов излучателей приведены на рис. 3.4.
Там же штриховой вертикальной линией показана
условная граница принятого в лазерной технике деления
источников питания на низкочастотные и источники пи-
питания с повышенной частотой повторения выходных
импульсов. Такое деление при использовании промыш-
промышленной сети 50 Гц определяет выбор направления раз-
Работки зарядных устройств.
В низкочастотных источниках питания, используя
токоограничивающие двух- и четырехполюсники, удается
39

достаточно простыми средствами реализовать принцип
«медленной» зарядки емкостного накопителя. Под мед-
медленной зарядкой понимается передача энергии из пер-
первичной сети за несколько полупериодов питающего на-
напряжения. Чем больше число таких полупериодов заряд-
зарядки, тем равномернее загружается сеть и обеспечиваются
нормальные условия для работы других потребителей
энергии.
0,01 0,1
10 \ 10г
Г,Гц
[ууу
ТСердо/лельнь/е
ГазоЗь/е
Рис. 3.4. Диапазоны частот повторения импульсов накачки лазерных
излучателей
Зарядные устройства емкостных накопителей энер-
энергии, в которых используется резистивный токоограничи-
вающий элемент (РТЭ), благодаря простоте схемного
решения и низкой стоимости нашли довольно широкое
применение в устройствах лабораторного и промыш-
промышленного назначения. Схема зарядки (рис. 3,5,а)
емкостного накопителя от сети переменного синусои-
синусоидального напряжения через РТЭ содержит в своем сос-
составе резистор /?3, повышающий трансформатор Тр и
мостовой выпрямитель. Считая, что вентили, трансфор-
трансформатор и параметры сети идеальны, зарядный процесс
при нулевых начальных условиях {Ус@)=0 и любом
типе токоограничивающего элемента можно описать
уравнением [43]
7 С
40

Еде и — время зарядки в течение большого числа полу-
^ериодов питающего напряжения; 2,3 — сопротивление
токоограничивающего элемента; ю, 1/т — соответственно
угловая частота и амплитуда входного напряжения;
%3СВк<й — обобщенное сопротивление токоограничиваю-
токоограничивающего элемента.
По уравнению зарядки может быть построено семей-
семейство кривых, выражающих усредненную (без выявления
в)
А
/Г)
Рис. 3.5. Схема зарядки емкостного накопителя от сети переменного
напряжения через резистор (с) и изменение напряжения на нако-
накопителе (б)
особенностей процесса в каждом полупериоде питаю-
питающего напряжения) зависимость ис/11т от безразмерного
параметра /*=т4/тс при фиксированных значениях %
(т —1 для однофазной однополупериодной схемы; т=2
для однофазной двухполупериодной схемы и т = 3 для
трехфазной однополупериодной схемы). Графики такой
зависимости для рассматриваемой схемы B3=Яз;
Я.=^зСнкИ=тссй) показаны на рис. 3.5,6. При А,!>25 по
графику можно рассчитать величину зарядного резис-
резистора
гДе г*2 и /*1 — соответствуют значениям ыс(^*2)/^Лп и
М'*)/1/
М)/т
Минимальное значение типовой мощности зарядного
трансформатора получается при ис{г*2I11т=0,8 и
т1=0,458 [ыс(**1)=0].
Улучшенными показателями обладают схемы ступен-
ступенчатого изменения выходного напряжения трансформато-
41

ра, при котором не только можно производить регулиров-
регулировку напряжения накопительных конденсаторов, но и суще-
существенно поднять к. п. д. при зарядке через резистор. Если
каждая последующая ступень напряжения, подаваемого
на конденсаторы, больше предыдущей на одну и ту же
величину, то к. п. д. процесса зарядки при такой ампли-
амплитудно-импульсной модуляции т) = п/A+п) [44]. Уже при
четырех ступенях (п=4) зарядки к. п. д. увеличится до
0,8.
Получение равных ступеней повышения напряжения
возможно при секционировании вторичной обмотки
трансформатора [45]. Недостатки такой схемы очевид-
очевидны: большое число высоковольтных коммутаторов, дис-
дискретный характер изменения напряжения накопителя.
Чаще всего в схемах зарядки с РТЭ коммутатор вклю-
включают в первичную обмотку трансформатора. Изменяя
продолжительность включенного состояния коммутатора
на тиристорах, можно вручную или по сигналу обратной
связи в широких пределах изменять напряжение нако-
накопителя или стабилизировать его предразрядное значение.
Включение коммутатора в состав зарядного устрой-
устройства позволяет создать быстродействующую защиту от
аварийного режима в цепи нагрузки [46].
Зарядные устройства с реактивными токоограничн-
вающими элементами Ь и С в достаточной степени рав-
равноценны по экономичности, и поэтому на выбор типа
токоограничивающего элемента могут повлиять .такие
факторы, как простота схемы, наличие стандартных или |
разработанных уже элементов, минимальные габариты
зарядного устройства, возможность повышения напря-
напряжения на емкостном накопителе без установки повы-
повышающего трансформатора.
Преимущество схемы зарядки с индуктивным токо-
ограничивающим элементом (ИТЭ) в цепи первичного
напряжения сети состоит в том, что эта индуктивность
может быть совмещена с индуктивностью рассеивания
силового повышающего трансформатора. Поэтому схе-
схемы с ИТЭ часто используются в низкочастотных источ-
источниках питания [47, 48]. Схемы зарядки с ИТЭ приве-
приведены на рис. 3.6,а и б.
Зависимость изменения напряжения на конденсаторе
от относительного времени зарядки ^з=^(оЬ3Ст( при
различных значениях параметра р=ча}^1зС1Ш показана
на рис. 3.6,в и г для двух мостовых схем [43]. Причем
42

трехфазной мостовой схемы показана заштрихован-
юая зона возможных режимов зарядки, нижняя граница
%оторой дана для случая конечной добротности заряд-
зарядного контура, а верхняя — для бесконечно большой доб-
добротности (в обоих режимах р->-оо и влияние переходных
процессов, возникающих в начальный момент зарядки,
Г
I
а)
0,8
0,6
о,г
В)
Рис. 3.6. Схемы однофазной (и) и трехфазной (б) зарядных цепей
с ИТЭ и их усредненные кривые зарядки (в и г) соответственно
41
/
Г
/
1
V
^*-
— —
— —
пренебрежимо мало). Величина токоограничивающей
индуктивности определяется по формуле Ь3=;/з/иСнк^*з,
гДе ?*3 находится по кривым рис. 3.6 при р-^оо (для
трехфазного варианта лучше пользоваться кривой, про-
проходящей посредине заштрихованной зоны).
Минимальное значение типовой мощности зарядного
трансформатора получается при ыс/С/т=0,75 для схем
с однофазными мостовыми выпрямителями и при
«с/(/т=о,85 для схем с трехфазными мостовыми выпря-
43

мителями. Переходный процесс в цепи с индуктивностью
будет отсутствовать, если начальная фаза переменного
напряжения равна фо=зх/2, т. е. начало зарядки строго
синхронизировано с определенной фазой переменного
напряжения. Такую синхронизацию легче всего осуще-
осуществить включением в цепь переменного напряжения за-
зарядного коммутатора, который управлялся бы схемой
синхронизации.
дг
а)
Д1
8)
В)
Рис. 3.7. Схемы однополупериодной (с) и двухполуперйодной (б)
зарядных цепей с ЕТЭ и их диаграммы режимов работы (в и г)
соответственно
Схемы зарядки с емкостными токоограничивающими
элементами (ЕТЭ), устанавливаемыми в цепь перемен-
переменного напряжения, позволяют собрать зарядное устрой-
устройство на стандартных элементах в ряде случаев отказать-
отказаться от повышающего трансформатора или использовать
автотрансформатор, что также приводит к уменьшению
габаритов и массы силовой части источников питания
[49]. Две такие схемы (однополупериодного и двухпо-
лупериодного удвоения напряжения) показаны на
рис. 3.7,а и б.
44

Характер процессов зарядки, происходящих в обеих
схемах, аналогичен. Отличие состоит в том, что в одно-
й^олупериодной схеме в один полупериод происходит
^подготовка токоограничивающего конденсатора С3 к цик-
*яу зарядки конденсатора накопителя Снк в следующий
Гдолупериод (рис. 3.7,е). В двухполупериодной схеме
"в каждом полупериоде совмещены процессы зарядки
накопителя Снк через один из токоограничивающих кон-
конденсаторов (например, через С31) и подготовки другого
конденсатора (например, С32) к очередному циклу за-
зарядки С™ (рис. 3.7,г) [49].
Уравнение усредненной кривой изменения напряже-
напряжения на емкостном накопителе имеет вид
где т=\ для схемы на рис. 3.7,а т=2 для схемы на
''рис. 3.7,6; Ь=Сз/(С3+Снк). При нулевых начальных
условиях величина токоограничивающей емкости равна
при ненулевых начальных условиях
С.
5 СНК Я]т — ОсЦъ)
где Ыс{и) и ^с(^г) —соответственно начальное и конеч-
конечное напряжения на емкостном накопителе.
Для случая,, когда (Снк/С3)>25 и С/с(^)=^0, величи-
величина токоограничивающей емкости в схеме на рис. 3.7,а
может быть рассчитана по формуле
при этом она в 2 раза превышает величину емкости
в схеме на рис. 3.7,6.
В начальный момент включения при мгновенном зна-
значении напряжении сети, не равном нулю, в зарядной
Цепи с ЕТЭ возникает бросок тока, заряжающий конден-
конденсатор С3. На последующие процессы этот ток не ока-
оказывает влияния, но приводит к дополнительным поте-
потерям и может вывести из строя диоды. Для устранения
этого недостатка необходимо синхронизировать начало
45

зарядки с нулевой фазой входного напряжения. Послед-
Последнее достигается включением на стороне переменного
напряжения зарядного коммутатора в виде встречно-
параллельного соединения тиристоров или симметрично-
симметричного тиристора. Зарядный коммутатор в этом случае мо-
может выполнять также функции регулятора напряжения
и обеспечивать необходимое время деионизации газо-
газов)
Рис. 3.8. Зарядное устройство по несимметричной схеме удвоения:
а — схема; б — диаграммы режимов работы
разрядного прибора (лампы накачки или газового
лазера).
На рис. 3.8,а изображена схема зарядного устройства
с использованием однополупериодной несимметричной
схемы удвоения напряжения, управление которой про-
производится тиристорньш коммутатором, включенным на
первичную сторону повышающего автотрансформатора.
Схема нечувствительна к режиму короткого замыкания,
имеет ограниченное значение напряжения холостого хо-
хода, минимальное значение омических потерь, исключает
46

начальные броски тока и подмагничивание автотранс-
" форматора [50, 51].
При подаче на вход синусоидального напряжения
¦сети (рис. 3.8,6) формирователь ФИ вырабатывает им-
.пульсы, строго синхронизированные с положительной
полуволной напряжения сети. Импульсы синхронизации
поступают на первый вход схемы совпадения СС. Гене-
Генератор тактовых импульсов ГТИ вырабатывает импуль-
импульсы, например с частотой 0,5 Гц. Импульс с ГТИ посту-
поступает на расширитель Р и запускает его. На выходе Р
выделяется расширенный импульс длительностью не-
немногим более 20 мс при частоте сети 50 Гц. Этот им-
импульс подается на второй вход СС. На выходе последней
в момент совпадения импульсов на обоих входах выде-
выделяется одиночный импульс, из серии синхронизирующих
»импульсов, поступающих от ФИ и следующих с часто-
частотой сети.
г Одиночный импульс опрокидывает Тг во второе
устойчивое состояние. При этом с его выхода сигнал
подается на реле управления РУ, где усиливается и
разделяется на два канала, что необходимо для управ-
управления тиристорами Д1, Д2 зарядного коммутатора.
С появлением сигналов на управляющих электродах
тиристоров они открываются и напряжение сети при-
прикладывается к первичной обмотке, трансформатора.
В этот момент начинается зарядный процесс. Парал-
Параллельно накопительному конденсатору Снк подключен вы-
¦сокоомный делитель, с которого напряжение обратной
¦связи подается на первый вход сравнивающего устрой-
устройства УС. На второй его вход подано напряжение уставки.
I В момент сравнения напряжения обратной связи и
опорного напряжения срабатывает УС, сигнал с кото-
которого опрокидывает Тг в первое устойчивое состояние.
При этом Тг снимает сигнал с РУ, а РУ — с управляю-
управляющих электродов тиристоров зарядного коммутатора.
В момент перехода полуволны сети через нуль зарядный
¦коммутатор закрывается — зарядный процесс закончен.
Конденсатор накопителя может быть разряжен на на-
нагрузку автоматически по окончании зарядки, например
одновременно со срабатыванием УС. С этого момента
Устройство готово к воспроизведению следующего заряд-
зарядного цикла.
Устранение начальных бросков тока достигается
также в зарядных цепях с затухающим резонансом на-
47

пряжений [52]. В таких устройствах токоограничиваю-
щие элементы Ь3 и С3 соединяются последовательно и
включаются в каждую фазу переменного напряжения.
Собственная частота токоограничивающего Ь3С3-элемен-
та выбирается равной или близкой частоте напряжения
питающей сети. Однако зарядные цепи с затухающим
резонансом проигрывают по габаритно-массовым пока-
показателям обычным схемам с реактивными токоограни-
чивающими элементами.
Характер нарастания напряжения на емкостном на-
накопителе при его зарядке через токоограничивающие
элементы напоминает экспоненту. Это в -свою очередь
может создать не слишком благоприятные условия для
деионизации газоразрядных приборов, если в зарядной
цепи отсутствует коммутатор, и, кроме того, фиксация
напряжения накопителя на верхнем участке кривой за-
зарядки может быть затруднена.
Все зарядные устройства с токоограничивающимк
элементами потенциально чувствительны к режиму дли-
длительного короткого замыкания, которое возникает при
переходе импульсного газоразрядного прибора в режим
стационарного горения.
Использование индуктивно-емкостных преобразовате-
преобразователей в низкочастотных зарядных устройствах позволяет
устранить большую часть отмеченных недостатков заряд-
зарядных цепей с токоограничивающими двухполюсниками
[2, 14]. Усовершенствование схем ИЕП способствовало
широкому их использованию в различных областях
техники. Методика расчета различных схем ИЕП, рабо-
работающих в режиме зарядки емкостного накопителя, по-
подробно изложена в работе [2].
Нечувствительность ИЕП к коротким замыканиям
позволяет управлять зарядным устройством с помощью
тиристорного коммутатора, включенного паралельно вы-
выходным зажимам преобразователя, что имеет ряд суще-
существенных преимуществ перед схемами последовательного
включения зарядных коммутаторов в цепь переменного
напряжения [53]. Параллельная коммутация ИЕП мо-
может обеспечить эффективное управление при зарядке
нескольких емкостных накопителей с разными выходны-
выходными напряжениями, которые должны регулироваться не-
независимо друг от друга [53]. Неизменная величина вы-
выходного тока ИЕП обеспечивает полную свободу в выбо-
выборе режима зарядки каждого отдельного накопителя.
48

Низкочастотные зарядные устройства могут быть
построены на базе управляемых выпрямителей [54, 55].
Изменением угла регулирования вентилей управляемого
выпрямителя можно поддерживать неизменный ток за-
рядки емкостного накопителя. В ряде случаев удается
построить малогабаритные зарядные устройства. Однако
подобные схемы не получили большого распространения.
Это связано с наличием достаточно сложной системы
управления, которая должна обеспечить строгую син-
синхронизацию каждого импульса зарядного тока с часто-
частотой питающего напряжения. При каждом сбое импульса
синхронизации в цепи повышающего трансформатора
появляется постоянная составляющая тока, которая мо-
может привести к перегреву трансформатора и выходу его
из строя. Не меньшую опасность для зарядного устрой-
устройства представляют токи короткого замыкания, возника-
возникающие при переходе импульсных газоразрядных ламп в
непрерывный режим.
Управляемые выпрямители в режиме зарядки нако-
накопителя создают значительные импульсные помехи в каж-
каждом полупериоде питающей сети. Для сглаживания пи-
пиков зарядного тока последовательно с накопительным
конденсатором включается токоограничивающий индук-
индуктивный элемент. Высокая эффективность таких заряд-
вых цепей достигается при частотах повторения разряд-
разрядных импульсов, много меньших частоты сети.
. Частоты повторения разрядных импульсов, соизмери-
соизмеримые с частотой питающей сети, можно получить в управ-
управляемых выпрямителях с нулевой фазой включения пере-
переменного напряжения [56-59]. Здесь зарядный процесс
начинается в момент прихода на управляемый вентиль
положительной полуволны и заканчивается при дости-
достижении амплитудного значения входного напряжения,
т. е. примерно через четверть периода питающего на-
напряжения. Если требуется регулировка напряжения, то
возникает необходимость установки в зарядное устрой-
устройство полностью управляемого коммутатора (например,
тиристора с принудительным запиранием). Это большой
недостаток подобных схем, который удается в ряде слу-
случаев компенсировать лишь возможностью получения ми--
ВДмальных габаритных размеров зарядного устройства
пРи частоте повторения разрядных импульсов 100 Гц.
1акая частота характерна (и в определенном смысле оп-
оптимальна) для твердотельных излучателей на гранате.
4»

Рис. 3.9. Схема зарядки с ну-
нулевой фазой включения заряд-
зарядного коммутатора
Схема зарядки с нулевой фазой включения зарядного
коммутатора приведена на рис. 3. 9 [59]. В момент про-
прохождения питающего синусоидального напряжения, по-
поступающего на вход диодно-тиристорного выпрямитель-
выпрямительного моста Д1, Д2, ДЗ и Д4, через нуль на управляю-
управляющие электроды тиристоров моста поступают запускаю-
запускающие импульсы, которые обеспечивают зарядку конден-
конденсатора С1 через диод Д5, а конденсатора С2 через ди-
диод Д6. Зарядка конденсаторов происходит одновременно
в течение первой полуволны
питающего напряжения.
При достижении на конден-
конденсаторах максимального на-
напряжения, равного ампли-
амплитудному значению напряже-
напряжения сети, ток зарядки пре-
прекращается и тиристоры мос-
моста закрываются.
Разрядка конденсаторов
происходит в течение вто-
второй половины полуволны пи-
питающего напряжения. При
подаче на управляющие электроды тиристоров Д7 и Д8
запускающего импульса они открываются и конденсато-
конденсаторы разряжаются на импульсную лампу (схема зажига-
зажигания лампы не показана). В процессе разрядки накопи-
накопительные конденсаторы оказываются включенными по от-
отношению к лампе последовательно, и поэтому на наг-
нагрузке возникает удвоенное напряжение.
При подключении схемы к трехфазной сети 380 В
50 Гц на выходе можно получить напряжение до 1000 В
и частоту повторения импульсов накачки 100 Гц без ус-
установки силового трансформатора и токоограничиваю-
щих элементов.
Схемы с нулевой фазой включения управляемого вы-
выпрямителя обеспечивают только дискретные и кратные
частоте сети значения частоты повторения импульсов
накачки. Расширение частотного диапазона зарядных
устройств может быть достигнуто преобразованием ис-
источника переменного напряжения в источник выпрям-
выпрямленного (постоянного) напряжения с последующим то-
коограничением [60, 61].
Наибольшее распределение в источниках питания с
повышенной частотой повторения импульсов накачки
50

Получили схемы колебательной зарядки [62—65]. Если
Зарядный индуктивный элемент установлен в цепи вып-
выпрямленного напряжения (рис. 3.10), что наиболее часто
встречается на практике, то в процессе зарядки сущест-
существенное влияние имеют пульсации выпрямленного напря-
напряжения [64]. На рис. 3.10,6 приведены зависимости от-
отклонения напряжения на конденсаторе от номинального-,
¦значения при изменении соотношения частоты разряд-
разрядных импульсов и частоты питающей сети 5=///с для
/7-7
¦
Ж-
11
)
а)
г з
в)
Рис. 3.10. Схема включения зарядного индуктивного элемента на
выходе выпрямителя (а) и зависимость стабильности напряжения
от величины 5 (б)
различных схем выпрямления (п — число пульсаций вы-
•йрямленного напряжения). Для уменьшения этой неста-
нестабильности на выходе выпрямителя устанавливают
фильтры или промежуточные буферные батареи конден-
конденсаторов Сбуф. В этом случае величина зарядной индук-
индуктивности определяется по формуле
Зарядный индуктивный элемент может быть выполнен
в виде зарядного дросселя со стальным сердечником ли-
либо как катушка индуктивности без стального сердечни-
сердечника.
Расчет показывает [65], что объем и, следовательно,
масса сердечника зарядного дросселя прямо пропорци-
пропорциональны энергии, запасаемой в емкостном накопителе,
и не зависят от мощности зарядного устройства. Умень-
Уменьшить массу зарядного индуктивного элемента можно
применением катушки индуктивности без стального сер-
4* _ Б1

дечника, однако при этом должна быть установлена бу-
буферная емкость.
Плавное регулирование и стабилизация напряжения
накопителя при колебательной зарядке представляют со-
собой достаточно сложную задачу, так как требуют уста-
установки регулятора напряжения на входе зарядного уст-
устройства. Для этой цели могут быть использованы авто-
автотрансформаторы в цепях переменного напряжения, кото-
которые значительно увеличивают габариты зарядного уст-
устройства, или регулируемые выпрямители, требующие ус-
установки громоздких фильтров.
Во время зарядки энергия, запасенная в ^-контуре,
распределяется между энергией накопительного конден-
конденсатора и энергией магнитного поля индуктивного эле-
элемента. Если при зарядке обеспечить условия передачи
магнитной энергии в накопительный конденсатор, то, из-
изменяя или стабилизируя энергию зарядного контура,
можно регулировать или стабилизировать напряжение
¦емкостного накопителя [66—67].
Возможен еще один путь создания зарядных уст-
устройств емкостных накопителей энергии, разряжающихся
¦с повышенной частотой повторения. Он широко исполь-
используется при разработке источников питания, подключае-
подключаемых к автономной сети постоянного напряжения, и заклю-
заключается в инвертировании постоянного напряжения, в пе-
переменное повышенной частоты (от 1 до 50 кГц и выше)
[68—72]. В зависимости от выбранной частоты преобра-
преобразования могут быть использованы различные токоогра-
ничивающие элементы и схемы зарядных устройств, рас-
рассмотренные выше. Для промышленной сети 50 Гц в схе-
схеме зарядного устройства должно находиться звено по-
постоянного напряжения, на выходе которого устанавлива-
устанавливается инвертор, изменяющий параметры питающей сети.
Помимо создания устройств с повышенной частотой пов-
повторения импульсов накачки, промежуточное преобразо-
преобразование частоты питающего напряжения позволяет, естест-
естественно, уменьшить габариты электромагнитных элемен-
элементов, входящих в состав зарядного устройства (силовые
трансформаторы, зарядные дроссели).
Таким образом, имеется достаточно широкий круг
технических решений, обеспечивающих разработку за-
зарядных устройств емкостных накопителей энергии в ши-
широком диапазоне мощностей и частот повторения разряд-
разрядных импульсов. Далеко не все из этих решений доведе-
52.

[йы до уровня приборных разработок, пригодных для
Промышленного выпуска. В последующих главах будет
[приведено описание электрических схем импульсных ис-
источников питания, которые используются в условиях
лромышленной и лабораторной эксплуатации.
3.3. Модульные конструкции блоков зажигания ламп
накачки
Для инициирования зажигания дугового газового разряда ис-
используются различные схемы зажигания, рассмотренные в гл. I.
Выбор схемы зажигания определяется в основном тактико-техниче-
тактико-техническими требованиями и условиями эксплуатации. При отсутствии над-
надлежащих специальных высоковольтных кабелей, разъемов и других
радиокомпонентов, а также с целью уменьшения импульсных потерь
и уровня помех устройства импульсного зажигания располагают, как
правило, вне источника питания в непосредственной близости .от из-
—лучателя.
сз
0,1
ЯГ 1,0
Л ~г На импульсную
\ От накопителя
Як
0,05
Рис. 3.11. Схема тиратронного блока зажигания
Одни и те же устройства импульсного зажигания можно ясполь-
.Зовать как в твердотельных, так и газовых (прежде всего ионных)
^злучателях. Все это дает основание разрабатывать устройства им-
Мульсного зажигания как самостоятельные конструкции.
Наиболее часто в приборах дугового разряда используются схе-
схемы последовательного импульсного зажигания. Это связано, глав-
главным образом, с конструктивными удобствами подвода импульсного
^зажигания к газоразрядному прибору, особенно при наличии жидко-
жидкостного охлаждения 'баллона трубки.
В схемах импульсного зажигания используется разрядка пред-
предварительно заряженного конденсатора через коммутатор на первич-
Цую обмотку повышающего трансформатора. В качестве коммута-
коммутатора могут выступать тиратроны, механические и вакуумные раз-
разрядники, тиристоры. На рис. 3.11 показана схема тиратронного бло-
блока зажигания. Она состоит из высоковольтного выпрямителя (транс-
(трансформатор Тр1, диоды Д1—Д4 и конденсатор С2), от которого через
, балластные резисторы Я1, Я2 и первичную обмотку импульсного
.Трансформатора Тр2 заряжается накопительный конденсатор СЗ до
53

напряжения 2800 В. При подаче на сетку тиратрона Л через раз-
разделительный конденсатор С1 импульса запуска тиратрон открывает-
открывается и происходит разрядка СЗ на первичную обмотку Тр2, состоя-
состоящую из одного витка.
Импульсный трансформатор, конструкция которого показана на
рис. 3.12, имеет на вторичной обмотке 20 витков гибкого медного
провода сечением 25 мм2. Вторичная обмотка / уложена в пазы, вы-
фрезерованные в гетинаксовом разъемнрм каркасе, состоящем из
5 1
Рис. 3.12. Импульсный трансформатор зажигания
двух половин 2. Внутрь каждой из этих половин укладываются фер-
ритовые кольца 3 с наружным диаметром 125 мм. Обе половины
каркаса после намотки вторичной обмотки скрепляются централь-
центральными втулками 4 и стягиваются латунным болтом 5, который игра-
играет роль витка первичной обмотки и может использоваться для за-
закрепления импульсного трансформатора. Выводы вторичной обмот-
обмотки припаиваются к наконечникам 6 и закрепляются болтами 7 на
основании 8.
54

На выходе блока зажигания (см. рис. 3.11) обеспечивается им-
Кулье амплитудой 40 кВ и длительностью порядка 2 мкс. Макси-
Максимальная частота повторения импульса зажигания до 10 Гц. Подоб-
Подобные блоки зажигания применены в импульсных источниках питания
¦лазерных технологических установок «Квант-9» и «Квант-10».
; Недостатком тиратронных блоков является задержка подачи им-
импульсов зажигания при первом включении из-за необходимости про-
прогрева нити накала тиратрона. Используемая конструкция импульс-
Рис. 3.13. Модульный блок зажига-
зажигания:
к а — электрическая схема; б—-конструкция
импульсного трансформатора
ного трансформатора имеет индуктив-
индуктивность вторичной обмотки порядка
; • 10 мкГ при насыщении ферритового
сердечника. Это позволяет форми-
формировать короткие (менее 100 мкс) фронты разрядного импульса нако-
рштеля. Трансформатор имеет слабую магнитную связь между
^¦обмотками, что определяет повышенную индуктивность рассеяния и
^несоответствие между напряжением на обмотках трансформатора
('коэффициенту трансформации, равному отношению числа витков.
В модуляторах МТ-42 и МЙЛ-49 применены блоки зажигания
МТ-ЗПЖ и МТ-2ПЖ, выполненные в виде типовых модулей по еди-
иой электрической схеме (рис. 3.13,й). В качестве базы послужила
{еСхема .блока зажигания МТ-1ПЖ, разработанная для источника пи-
^тания МИЛ-35 лазерной установки «Корунд». Схема содержит за-
зарядное устройство и разрядный контур. Зарядное устройство, пред-
предназначенное для зарядки формирующего конденсатора, выполнено
: по схеме удвоения напряжения на диодах Д1, Д2 и конденсаторах
•СД С2. На входе схемы включен повышающий трансформатор Тр1.
|/В разрядный контур входит формирующий конденсатор С2, первич-
первичная обмотка импульсного трансформатора Тр2 и коммутатор Рр
(вакуумный разрядник типа Р-24).
Зарядка конденсатора С2 производится до удвоенного значения
амплитудного напряжения на вторичной обмотке Тр1 B600 В).
Включение разрядника осуществляется в момент подачи на его элек-
электрод зажигания импульсов управления через повышающий импульс-
импульсный трансформатор ТрЗ. Разрядник замыкается, в результате напря-
напряжение на конденсаторе С2 прикладывается к первичной обмотке
.'Трансформатора Тр2. На вторичной обмотке Тр2 возникает высоко-
высоковольтный импульс инициирования в виде затухающей синусоиды,
.используемый для зажигания газоразрядных приборов. Частота сле-
55

дования выходных импульсов задается частотой управляющих сиг-
сигналов, подаваемых на ТрЗ. Наибольшая частота определяется вре-
временем зарядки формирующего конденсатора С2 и для рассматри-
рассматриваемых блоков зажигания находится в пределах 15—20 Гц. Ампли-
Амплитуда управляемых импульсов должна быть порядка 130—150 В при
длительности 10—20 мкс. Применение схемы удвоения в блоке за-
зажигания реализует зарядку формирующего конденсатора через ем-
емкостный токоограничивающий элемент, вследствие чего устройство,
имеет высокую экономичность, нечувствительность к коротким за-
замыканиям и простоту схемного решения.
К особенностям блоков зажигания типа МТ-1ПЖ можно отне-
отнести оригинальную конструкцию импульсных высоковольтных транс-
трансформаторов (Тр2). На рис. 3.13,6 показан такой трансформатор.
Вторичная обмотка трансформатора (выводы 3—4) намотана широ-
широкой медной лентой в виде спиральной кольцеобразной катушки из
20—25 витков. Первичная обмотка (выводы /—2) размещена внутри
вторичной и имеет один виток из медной ленты меньшего сечения.
По периметру катушек наложены четыре пары П-образяых ферри-
товых сердечников в виде замкнутых прямоугольников 5. В качестве
межвитковой изоляции используется фторопластовая лента, которая
наматывается одновременно с обмотками. Для усиления электриче-
электрической прочности вся конструкция пропитывается и заливается эпо-
эпоксидными компаундами.
Вторичная обмотка трансформаторов предназначена для вклю-
включения непосредственно в сильноточный разрядный контур. В момент
разрядки накопителя к обмотке прикладывается полное напряжение
И ферритовый магнитопровод быстро насыщается. В данных транс-
трансформаторах индуктивность вторичной обмотки после "насыщения сер-
сердечников имеет относительно большие значения (порядка 100 мкГ).
Это позволяет для однозвенных ЛС-формирующих линий обойтись-
без включения дополнительных разрядных катушек индуктивности.
В рассматриваемой конструкции .функции импульсного трансформа-
трансформатора и разрядной катушки оказываются совмещенными в одном эле-
элементе, что вдвое сокращает массу и объем такого устройства по
сравнению со случаем использования импульсных трансформаторов,
у которых после насыщения магнитопровода индуктивность, как пра-
правило, имеет величину 10—15 мкГ.
Кольцеобразная конструкция трансформатора со спиральными
ленточными обмотками позволяет широко варьировать его парамет-
параметрами. Индуктивность вторичной обмотки может быть увеличена за
счет выбора большего диаметра при фиксированных размерах стан-
стандартных ферритовых сердечников. Коэффициент трансформации мо-
может устанавливаться изменением числа витков первичной обмотки.
Сечение магнитопровода увеличивают за счет большего количества
сердечников. Это позволяет передавать более длинные импульсы
с первичной обмотки и более мощные сигналы инициирования.
Амплитуда высоковольтных импульсов на вторичной обмотке
имеет повышенные значения при одинаковых входных сигналах по
сравнению с другими конструкциями трансформаторов, поскольку
концентрическое расположение первичной и вторичной обмоток обес-
обеспечивает максимальный коэффициент связи и наименьшие значения
индуктивности рассеяния. Выполнение обмоток из проводников в ви-
виде широкой ленты позволяет уменьшить активное сопротивление ка-
катушки для быстроизменяющихся токов (импульсов инициирования и
разрядных токов накопителя), поскольку здесь существенно ослаб-
ослабляется вредное влияние поверхностного эффекта.
56

Для блоков зажигания МТ-1ПЖ, МТ-2ПЖ и МТ-ЗПЖ были
разработаны импульсные трансформаторы ТИС-1, ТИС-2 и ТИС-3
}л совмещением функций разрядного индуктивного элемента. В пер-
"вых двух трансформаторах применены сердечники ПК 24X15 мм,
'.а в третьем — ПК 40X16 мм, марка феррита М30О0НМС. Обмотки
выполнены из медной ленты с сечением 0,8X24 мм (ТИС-1 и ТИС-2)
и 0,5X38 мм (ТИС-3). Диаметр катушек около 120 мм. Все транс-
трансформаторы залиты эпоксидным компаундом. В ТИС-3 предусмотрен
"высоковольтный разъем, который формируется с эпоксидной обо-
оболочкой как единое целое в процессе заливки трансформатора. Транс-
Трансформаторы типа ТИС в составе описанных блоков зажигания обес-
обеспечивают на выходе импульсы с амплитудой 20—30 кВ, значения
эффективных токов через вторичную обмотку достигают 100 А.
А. Источники электропитания с низкой частотой
повторения импульсов накачки
4.1. Импульсные источники питания с индуктивно-
емкостными преобразователями
С развитием лазерной техники совершенствовались ис-
источники питания для лазерных излучателей. К настоя-
настоящему времени промышленность освоила и выпускает
'.большое число типов источников электропитания. Эти
источники поставляются отдельно и в комплекте с ла-
лазерными установками. Среди промышленных установок
наиболее широко представлены лазерные технологиче-
вкие установки импульсного действия с твердотельными
Излучателями на рубине, стекле с неодимом и на алю-
мо-иттриевом гранате.
„ В первых технологических установках К-3, КЗМ,
КУ-1 [73] зарядка накопительных конденсаторов произ-
производилась малоэффективным способом — через активный
резистор. Для последующих установок были разработа-
разработаны более совершенные схемы электропитания. Уже в ус-
установках типа «Квант-3» [73] были использованы
источники питания (МИЛ-24 и МЛ-25), построен-
построенные на базе индуктивно-емкостных преобразователей
(ИЕП). Аналогичные источники были применены в уста-
установке СЛС-10-1. Положительные результаты экс-
эксплуатации этих установок, а также разработка много-
многочисленных лабораторных источников питания послужи-
послужили основой для создания унифицированного ряда блоков
Литания типа БП, основные параметры которого приве-
приведены в работе [74].
57

Накопитель Н-2.
1Г-12
б
600,0
600,0
С7
600,0
600,0
На базе блоков БП вы-
выполнены модуляторы им-
импульсных ламп (МИЛ) для
установок «Корунд»
(МИЛ-35), «Квант-10»
(МИЛ-40), «Квант-12»,
«Квант-16», «Квант-17»
(МТ-42), ЛТИПЧ-1
(МИЛ-36), ЛУМ-1
(МИЛ-38) и др. [75—79].
Рассмотрим схему сило-
силовой части модулятора МТ-42
для питания твердотельных
излучателей. Управление си-
силовой частью производится
от системы управления
СУМ-10, которая будет опи-
описана в § 4.3. На рис. 4.1 изо-
изображена упрощенная элек-
электрическая схема силовых це-
цепей. Схема состоит из заряд-
зарядного устройства (рис. 4Л,а)
и разрядного контура (рис.
4.1,6). Зарядное устройство
выполнено с применением
двух блоков из унифициро-
унифицированного ряда типа БП: бло-
блока источника тока ИТ-2-Зф
и блока выпрямителя
ВЗ-2000-Зф. Источник тока представляет собой трехфаз-
трехфазный ИЕП, собранный на линейных дросселях со сталь-
стальным сердечником Др1—ДрЗи на конденсаторах С1—СЗ,
соединенных треугольником. На выходе ИЕП установ-
установлен зарядный коммутатор на тиристорах ДЬ—Д4, вклю-
включенных встречно-параллельно. В блоке ИТ-2-Зф имеется
также не показанная на рисунке схема защиты, которая
срабатывает в случае выхода ИЕП на холостой ход,
являющийся аварийным режимом.
В блоке выпрямителя находится повышающий трех-
трехфазный трансформатор Тр1 с четырьмя одинаковыми
вторичными обмотками (на рис. 4. Х,а показаны только
две обмотки), каждая из которых подсоединена к мосто-
мостовому выпрямителю по схеме Ларионова. Два включен-
включенных последовательно моста (диоды Д5—Д16) образу-
58
Рис. 4.1. Схема силовой

лиг-г-ъФ
Д1-ДЧ
Нп/ГГ-2УС
(СУМ-10)
КЯТОк Р70 10к
части модулятора накачки МТ-42
1'Ют секцию на максимальное напряжение 1000 В. На схе-
сме показана одна такая секция, вторая секция подклю-
подключена параллельно первой. В процессе изменения напря-
напряжения на выходе выпрямителя до максимального зна-
значения ток его сохраняет неизменную величину 18 А. Кон-
Конструкция блока предусматривает переключение секций
выпрямителя на последовательное соединение для слу-
случаев, когда требуется максимально выпрямленное на-
напряжение до 2000 В, при этом ток на выходе имеет значе-
значение соответственно вдвое меньше, т. е. 9 А.
Для контроля напряжения на выходе выпрямителя
Дили, что то же, на накопителе) служит схема пикового
^ольтметра. Конденсатор С4 заряжается через диод Д17
Одновременно с накопителем; ток разрядки С4 протекает
. ограничительные резисторы #3—^5 и стрелочный
59

измерительный прибор ИШ (находится в СУМ-10), осу-
осуществляющий индикацию напряжения.
Регулирование и стабилизация предразрядного зна-
значения напряжения накопителя производится с помощью
обратной связи. Напряжение обратной связи снимается
с резистивного делителя Я6—Я.8 и подается на сравни-
сравнивающее устройство в СУМ-10.
Цепочка Ш, $2 служит для разрядки накопителя че-
через замкнутые контакты реле Р1 в момент выключения
силовой части; при включении последней реле срабаты-
срабатывает и контакты размыкаются, обеспечивая беспрепят-
беспрепятственное течение зарядных процессов.
В блоке накопителя Н-2 размещен разрядный кон-
контур, состоящий из накопительной формирующей линии,
разрядного коммутатора, блока зажигания МТ-ЗПЖ и ис-
источника питания дежурной дуги. Формирующая линия
имеет четыре звена и собрана на индуктивных элемен-
элементах Ы—Ь4 и батареях конденсаторов С5—С8. Каждая
батарея разбита на 4 группы по 3 конденсатора типа
К75-17. Выводы от групп подсоединены на клеммную
колодку. За счет переключателя групп конденсаторов
можно получить импульсы с формирующей линии с че-
четырьмя фиксированными длительностями: 1,5; 2; 2,5 и
4 мс; форма импульсов близка к прямоугольной.
На выходе 'формирующей линии установлен разряд-
разрядный коммутатор, выполненный на включенных последо-
последовательно тиристорах Д18, Д19. Цепочка #9, Ш0 вырав-
выравнивает напряжение на закрытых тиристорах. Управля-
Управляющие импульсы на тиристоры подаются от СУМ-10 с
помощью импульсных трансформаторов ТрЗ и Тр4.
В модуляторе МТ-42 применена двухступенчатая схе-
схема зажигания. Первая ступень — инициирование и обра-
образование маломощного вспомогательного канала разря-
разряда — обеспечивается блоком зажигания МТ-ЗПЖ. Вто-
Вторая ступень — развитие и поддержание более мощного
канала разряда (дежурной дуги) — обеспечивается ис-
источником питания дежурной дуги, который выполнен на
основе маломощного однофазного ИЕП, собранного по
Т-образной схеме на дросселе Др4 и конденсаторе С9.
Для согласования его выхода с нагрузкой (лампой Л)
установлен повышающий трансформатор Тр2. Напряже-
Напряжение Тр2 выпрямляется мостиком на диодах Д20 — Д23
и сглаживается дросселем Др5. От того же мостика про-
производится зарядка конденсатора СЮ через резистор КП
60

Ша холостом ходу ИЕП блок источника питания дежур-
дежурной дуги развивает напряжение до 1400 В (на выходе
выпрямителя), а под нагрузкой, в том числе и при ко-
коротком замыкании, обеспечивает номинальный ток 1,2 А.
| Конденсатор СЮ заряжается до максимального
Напряжения на выпрямителе. Процесс разрядки СЮ на
импульсную лампу собственно и определяет перевод
вспомогательного канала разряда из маломощного ре-
режима в сравнительно мощный режим дежурной дуги,
поддерживаемый далее схемой однофазного ИЕП. Для
ограничения бросков тока разрядки СЮ при зажигании
лампы служит резистор Ш2. Диоды Д24, Д25 необхо-
необходимы для развязки: они исключают возможность попа-
попадания напряжения с формирующей линии на СЮ. Реле
Р2 предназначено для автоматического отключения по-
подачи управляющих импульсов на блок МТ-ЗПЖ после
зажигания дежурной дуги во избежание появления помех
от инициирующих импульсов.
Г Блокирующий конденсатор СП необходим для замы-
замыкания цепи по переменной составляющей инициирующих
импульсов с блока зажигания.
I Рассмотрим взаимодействие узлов силовой части
модулятора МТ-42. Сначала включают блок питания
дежурной дуги, для чего подают напряжение сети на
вход однофазного ИЕП. На выходе его устанавливается
напряжение холостого хода, одновременно заряжается
«конденсатор СЮ. От системы управления СУМ-10 при-
приводит сигнал, запускающий блок зажигания МТ-ЗПЖ-
Инициирующий импульс с МТ-ЗПЖ пробивает лампу
Л, после чего срабатывает вторая ступень зажигания
и устанавливается дежурная дуга.
Г После зажигания дежурной дуги включают зарядное
устройство. В блоке ИТ-2-ЗФ напряжение сети преобра-
преобразовывается с помощью трехфазного ИЕП в неизменный
.выходной ток. В ждущем состоянии выход ИЕП зако-
закорочен и его ток замыкается через открытые тиристоры
зарядного коммутатора. В некоторый момент СУМ-10
снимает отпирающий сигнал с этих тиристоров, комму-
коммутатор закрывается и освобождает выход ИЕП. Вдарям-
Ленный в блоке ВЗ-2000-ЗФ ток ИЕП начинает заряжать
накопительные конденсаторы формирующей линии блока
Н-2. Напряжение на конденсаторах возрастает, часть
ето с делителя (Я6—К8) поступает в СУМ-10. В момент
Достижения напряжением значения уставки, заданной
61

з СУМ-10, последняя вырабатывает сигнал, отпирающий
тиристоры зарядного коммутатора. Тиристоры отпира-
отпираются, коммутатор замыкает выход ИЕП, прекращая за-
зарядку формирующей линии. Разрядка линии произво-
производится с приходом от СУМ-10 управляющего сигнала на
тиристоры разрядного коммутатора (Д18, Д19). По
окончании разрядки коммутатор закрывается. Схема
возвращается к исходному состоянию. В момент при-
прихода на зарядный коммутатор очередного сигнала от
¦СУМ-10 процессы в схеме протекают аналогично рас-
рассмотренному.
Модулятор МТ-42 имеет следующие основные техни-
технические данные:
пределы плавного регулирования напряжения на на-
накопительных конденсаторах 250—1000 В;
стабильность предразрядного значения на накопи-
накопительных конденсаторах — не хуже ± 1 %;
максимальная частота следования разрядных им-
лульсов 20 Гц;
средняя потребляемая мощность от сети 12 кВт.
Нагрузкой модулятора могут служить импульсные
лампы типа ИФП-800, ИФП-1200 и другие, аналогичные
по параметрам.
4.2. Источники питания с реактивными
токоограничительными элементами
Кроме источников питания, построенных на индук-
индуктивно-емкостных преобразователях, широко использу-
используются источники питания, выполненные на основе не ме-
менее эффективных зарядных устройств с емкостным то-
коограничивающим элементом. Такие схемы разработа-
разработаны для серийных установок «Квант-9» (МИЛ-29) и
«Квант-9М» (МИЛ-49).
В источнике питания МИЛ-29 установки «Квант-9»
заложен принцип зарядки накопительных конденсаторов
по схеме удвоения напряжения [50]. Достоинствами этой
схемы являются: возможность уменьшения вдвое входного
напряжения, нечувствительность к коротким замыканиям,
ограниченное значение напряжения холостого хода, вы-
высокий к. п. д. Недостаток схемы состоит в том, что
во время включения зарядного коммутатора, установ-
.ленного последовательно с первичной обмоткой входного
трансформатора, последний может подмагничиватьсЯ-
•62 -

г^одмагничивание способствует возникновению бросков
Тока в первичной обмотке трансформатора, увеличению
потерь энергии в коммутаторе и трансформаторе.
Улучшить схему можно несколькими способами.
Первый предполагает синхронизацию момента включе-
включения зарядного коммутатора с фазой входного напряже-
напряжения сети. По второму способу устранить подмагничива-
цие можно за счет перенесения зарядного коммутатора
с первичной стороны . трансформатора на вторичную.
Однако оба эти способа приводят к усложнению схемы.
Наиболее приемлемым оказывается третий способ: со-
совмещение функций зарядного коммутатора и выпрями-
выпрямителя [80]. В этом случае совмещенный выпрямитель-
коммутатор находится на вторичной стороне трансфор-
трансформатора, что исключает'явление подмагничивания; схема
при этом существенно не усложняется. Такое решение
было положено в основу схемы разработанного им-
импульсного модулятора МИЛ-49 для новой установки
«Квант-9М».
Модулятор МИЛ-49 состоит из двух функциональ-
функциональных блоков: импульсного источника питания ИПИ-2 я
системы управления СУМ-10. В блоке ИПИ-2 размеще-
размещена силовая часть модулятора. Электрическая схема его
показана на рис. 4.2. В соответствии с общей структурой
построения импульсных модуляторов схема содержит
зарядное устройство и разрядный контур. Зарядное
устройство представляет собой схему удвоения, выпол-
выполненную на диодах Д1—Д5, тиристорах Д10— Д12 и
конденсаторах С1, С2 и С4— СИ. Диоды и тиристоры
образуют управляемый выпрямитель, который помимо-
основной выполняет функцию зарядного коммутатора.
Конденсаторы С1, С2 первого плеча схемы удвоения'
являются зарядным токоограничителем, а конденсаторы
С4 — С11 ее второго плеча образуют батарею емкост-
емкостного накопителя.
. На входе схемы установлен согласующий трансфор-
трансформатор Тр1. В разрядный контур, кроме упомянутого-
накопителя, входит импульсный трансформатор Тр2
блока зажигания МТ-2ПЖ и импульсная лампа Л. Раз-
Рядный индуктивный элемент в контуре отсутствует, так
Как его роль играет вторичная обмотка трансформатора
Тр2, выполненного по особой конструкции. К конденса-
конденсаторам накопителя подсоединен высокоомный делитель
(резисторы Ш2 — Ш8), с которого снимается напряже-
63.

ние обратной связи. Для измерения выходного напря-
напряжения предусмотрена схема пикового вольтметра (Д9,
СЗ, Д8 — Ш1), при этом индикация осуществляется
стрелочным прибором, установленным в СУМ-10.
В схеме ИПИ-2 напряжение на накопителе достигает
сравнительно высоких значений, поэтому в плечах вы-
лрямителя-коммутатора применено последовательное
соединение диодов и тиристоров. Управление последо-
последовательно включенными тиристорами в схемных заряд-
зарядных устройств имеет некоторые особенности. Подача
управляющих сигналов на открывание тиристоров обыч-
обычно производится с помощью импульсного трансформа-
трансформатора с несколькими, по числу тиристоров, вторичными
обмотками. Каждая из обмоток принимает потенциал
катода тиристора, к которому она подключена. В пос-
последовательной цепочке на катодах потенциал возрастает
от тиристора к тиристору, соответственно возрастает
потенциал от обмотки к обмотке. Между крайними ти-
тиристорами и обмотками образуется разность потенциа-
потенциалов, почти равная полному напряжению, приложенному
к последовательной цепочке тиристоров. Отсюда выте-
вытекает требование к конструкции импульсного трансфор-
трансформатора: изоляция между его обмотками должна выдер-
выдерживать полное напряжение на цепочке закрытых тири-
тиристоров.
Другая особенность управления тиристорами следует
из специфики работы собственно зарядного устройства.
ИГШ-г
ДГ-Д5
64
на мт-гру
. (СУМ-10)
на ил
(СУМ-10)
Рис. 4.2. Принципиальная схема импульсного источника

(Зарядка накопителя производится, как правило, за де-
[сятки и сотни полупериодов синусоиды сетевого напря-
напряжения. В течение всей длительности зарядного процес-
1 са необходимо подавать импульсы на открывание тири-
ксторов в начале каждого полупериода синусоиды, когда
'Напряжение на тиристорах переходит через нуль и ста-
становится положительным. Необходимо учитывать при
.этом, что моменты перехода через нуль непрерывно
-сдвигаются по мере зарядки конденсаторов накопителя
и соответственно этому должны сдвигаться во времени
оправляющие импульсы, т. е. необходимо в процессе за-
кфядки сдвигать фазу управляющих импульсов на тири-
¦рторах относительно фазы сети. Все это приводит
к усложнению системы управления. Подача управляю-
Вцих импульсов производится с помощью трансформа-
Ьора, который, как отмечалось, должен иметь конструк-
«ию, отвечающую повышенным требованиям. Таким об-
Казом, реализация фазового регулирования приводит
к усложнению схемы.
[¦ Помимо фазового, возможен «потенциальный» способ
•правления тиристорами. В этом случае в течение всего
Варядного цикла на тиристоры подают постоянный
вправляющий потенциал, который приводит к открыва-
иию тиристоров, как только полярность напряжения на
шнодах становится положительной. Здесь не требуется
¦фазовой синхронизации с сетью, однако^ передача длин-
Вых импульсов (доли и единицы секунд) через импульс-
импульсный трансформатор на после-
последовательно включенные тири-
тиристоры практически не осуще-
осуществима.
7^г I + В ИПИ-2 применена схема
\\пс/{ мт-2.пж 1 управления последовательно
Л соединенными тиристорами, ко-
которая устраняет отмеченные
недостатки и решает постав-
поставленную задачу [81]. В цепях
управляющих электродов ти-
тиристоров ДЮ—Д12 включены
вспомогательные диоды Д6—
Д8. Каждый из этих диодов
заперт разностью потенциалов,
равной напряжению на одном
тиристоре (к цепочке тиристо-
¦НаМТ-гУС
(ОУМ-Я)
Т
>питания ИПИ-2
К—215
65

пов приложено положительное напряжение) Фик-
Фиксация потенциала достигается резисторами К4 — К6,
Как видно на рис. 4.2, входные цепи всех тиристоров
имеют потенциал катода тиристора Д12, т. е. нулевой
потенциал (фиксация посредством ^5 и #6).
Такая схема допускает управление тиристорами
с помощью низковольтного потенциального сигнала. Во
время зарядного цикла от СУМ-10 поступает отпираю-
отпирающий сигнал, он проходит на управляющий электрод ти-
тиристора Д12. Тиристор Д12 открывается, потенциал его
анода резко падает почти до нуля, вместе с этим исчеза-
исчезает запирающее напряжение на диодах Д7, Д8, сигнал
управления получает возможность пройти на тиристор
Д11. Последний отпирается, потенциал его анода лада-
Тип источника
питания
МИЛ-25
МИЛ-29
МИЛ-35
МИЛ-36
МИЛ-38
МИЛ-40
МТ-41
(МИЛ-41)
МТ-42
(МИЛ-42)
МТ-47
МТ-42М
МИЛ-49
Состав
силовая часть
ИЕП
ИЕП
ИП-1
(схема удвое-
БП-5000-0,6
БП-5000-0,6
БП-5000-1,2
БП-5000-1,8
БП-2000-9
БП-2000-9
ЕП
ИЕП
ИПИ-2
(схема удвое-
удвоения)
система
управления
СУМ-1
Модифика-
Модификация СУМ-1
СУМ-5
СУМ-2
СУМ-2
СУМ-8
СУМ-4 .
СУМ-10
СУМ-10
СУМ-10А
СУМ-ЮА
СУМ-10
Применение
в установке
Квант-3
СЛС-10-1
Квант-9
Корунд
ЛТИПЧ-1
ЛУМ-1
(Импульс-1)
Квант-10,
• Квант-16
Двухканалькая
установка на
Квант-12
Квант-17
Квант-9М
Мощность
на нагруз-
нагрузке, кВт
5,0
1,5
1,5
1,5
1,5
3,0
4,0
6,0
6,0
6,0
8,0
1,5
66

|Ьт, что вызывает устранение запирающего напряжения
иа диоде Д6. Далее через открытые диоды Д6 и Д8
Управляющий сигнал приходит на Д10 и открывает его.
|Гаким способом может быть включено любое число ти-
исторов в последовательном соединении. Описанная
:хема не требует применения импульсных трансформа-
трансформаторов и реализует более простой потенциальный метод
^правления.
Импульсный источник питания ИПИ-2 работает сле-
¦ующим образом. При замыкании выключателя В1 на-
¦ряжение сети предварительно поступает на блок зажи-
зажигания МТ-2ПЖ и систему управления СУМ-10. Подача
иапряжения на силовой трансформатор Тр1 осуществ-
осуществляется через магнитный пускатель Р в момент нажатия
Таблица 4.1
Параметры выходных
(разрядных) импульсов
частота,
! Гц
0,01—3
I 0,5
0,05—1
0,05—1
0,1
1 1
90"^240
0,05—1
0,1—10
0,1—20
0,1—30
0,1—30
0,05—5
длитель-
длительность, мс
1; 4; 8
2; 4
0,6
0,2
0,4
3
8
0,5
1,5; 2;
2,5; 4
0,2
2; 3; 4; 5
0,6
Параметры накопи-
накопителя
напряже-
напряжение, кВ
0,4—1,8
0,2—1
0,4—2
0,4—2,5
0,4—2,5
0,4—4,5
0,4—2
0,2—2
0,2—1
0,2—2
0,2—1
0,4—2
емкость,
мкФ
4000
4ХЮ00
800
300
2X500
4X1400
2000
600
4X600
100
4X600
800
Типы лампы
ИСПТ-6000
ИФП-1200
ИФП-1200'
ИФП-800
ИФП-1200
4 шт.
ИФП-2000
4 шт.
ИФП-5000
ИСПТ-С00О
ИФП-800
ИФП-1200
ИФП-800
2 шт.
ИФП-1200
Размеры ИП, мм:
(масса, кг)
1000X800X1500
F00)
543X598X1212
B10)
496X454X253
(90)
595X613X1356
B50)
595X613X1356
B80)
595X613X1700
A700)
595X613X1730
E00)
595X613X2300
F00)
595X613X2000
E80)
718X610X1895
E10)
718X610X1895
E50)
496X454X253
(90)
5*
67

кнопки «Пуск» (В2), при этом размыкается цепь рези-
резистора Я7, предназначенного для снятия остаточного за-
заряда с накопителя по выключении ИПИ-2. Зарядный
цикл начинается с приходом от СУМ-10 сигнала управ-
управления на тиристоры Д10 — Д12 выпрямителя-коммута-
выпрямителя-коммутатора. Коммутатор включается, в результате чего кон-
конденсаторы С1, С2 заряжаются до амплитудного значе-
значения напряжения отрицательной полуволны на вторичной
обмотке Тр1. В следующую, положительную полуволну
с Тр1 конденсаторы С1, С2 перезаряжаются на накопи-
накопительные конденсаторы С4 — СИ. Эти процессы перио-
периодически повторяются с частотой сетевого напряжения.
Накопительные конденсаторы с течением времени заря-
заряжаются; с делителя Ш2 — $.18 часть напряжения нако-
накопителя поступает в СУМ-10. При достижении этим
напряжением напряжения уставки схема СУМ-10 сни-
снимает сигнал управления с коммутатора, тиристоры за-
закрываются, прекращая процесс зарядки. В момент при-
прихода от СУМ-10 сигнала на МТ-2ПЖ блок зажигания
срабатывает, включает импульсную лампу Л, и накопи-
накопитель разряжается. Аналогичным образом работает
ИПИ-2 при последующих циклах.
ИПИ-2 имеет следующие основные технические дан-
данные:
пределы плавного регулирования напряжения нако-
накопителя 250—2000 В;
стабильность предразрядного значения на накопи-
накопительных конденсаторах не хуже 1 %;
максимальная частота следования разрядных импуль-
импульсов 3—5 Гц;
индуктивность разрядного контура 100 мкГ;
средняя потребляемая мощность 2 кВт.
Нагрузкой ИПИ-2 могут служить лампы ИФП-800,
ИФП-1200 и др., аналогичные по параметрам.
В табл. 4.1 приведены некоторые данные по разра-
разработанным источникам электропитания для импульсных
лазерных установок.
4.3. Системы управления импульсными источниками
питания
Неотъемлемой частью источников питания (модуля-
(модуляторов) являются системы управления. Если энергетичес-
энергетические показатели, а также масса, габариты, стоимость
обусловливаются в основном силовыми цепями источни-
68

ков питания, то качественные характеристики всего
комплекса определяются в значительной мере система-
системами управления модуляторов (СУМ). Системы управле-
управления обеспечивают необходимую точность и стабильность,
быстродействие и устойчивость, синхронизацию и выда-
выдачу сигналов, устанавливают режим работы модулятора,
I а вместе с тем и всей лазерной установки.
Система управления выполняет следующие функции:
— задает частоту циклов зарядка — разрядка нако-
¦ пителя;
— регулирует напряжение на накопителе;
— стабилизирует предразрядное значение напряже-
¦ ния на накопителе;
— осуществляет заданную программу управления
зарядным устройством;
— синхронизирует начало зарядки накопителя с
внешними датчиками;
— синхронизирует разрядку накопителя с устройст-
ами модуляции добротности резонатора излучателя,
измерителями энергии, а также с другими устройст-
ами;
— обеспечивает время для деионизации газоразряд-
ой лампы;
— обеспечивает различные блокировки, повышающие
стойчивость работы в условиях значительных импульс-
ых помех.
Приведенный перечень не исчерпывает все необхо-
необходимые функции СУМ. В зависимости от назначения
Лазерной установки системы управления могут удовлет-
Г ворять и ряду других требований.
Набор необходимых функций определяется в процес-
се проектирования установки. В общем случае каждый
¦"акой набор может быть реализован с помощью боль-
¦цого числа структурных схем и составляющих их узлов.
¦Очевидно, что для сокращения времени и уменьшения
стоимости последующих разработок целесообразно выя-
выявить такие схемные решения узлов (модулей), которые
ири минимальном числе позволяли бы создавать опти-
Шальные структурные схемы с заданными свойствами.
I Такой подход нашел свое воплощение при проекти-
проектировании систем управления уже для первых промышлен-
промышленных лазерных установок. Например, в установке
ВКвант-3» применена система управления СУМ-1, для
Которой были разработаны достаточно универсальные
69

функциональные модули. После усовершенствования они
применены в системе управления СУМ-2 для унифици-
унифицированного ряда импульсных блоков питания типа БП.
На базе модернизированных модулей, получивших наз-
название типовых (МТ), были созданы системы СУМ-4
(для установки «Квант-10»), СУМ-5 («Квант-9»), СУМ-6
Режип
Частота
Частотт/й
Вых.? ШИЗ ВЫХЛ
Рис. 4.3. Структурная схема системы управления СУМ-Ю
(модулятор МИЛ-30), СУМ-7 (модулятор МИЛ-31),
СУМ-8 (ЛУМ-1), универсальная система управления
СУМ-10 («Квант-9М», «Квант-12») и ряд других.
В последних разработках наибольшее применение
нашла система управления СУМ-10. На рис. 4.3 показа-
показана ее структурная схема. Принцип действия СУМ-10
поясним при работе ее в составе модулятора МТ-42,
у которого силовые цепи построены на базе ИЕП (см.
§ 4.1). В этом случае зарядный коммутатор стоит парал-
параллельно выходу ИЕП. Для управления таким коммута-
коммутатором переключатель ВЗ в СУМ-10 (рис. 4.3) должен
находиться в положении «Паралл». Вначале рассмотрим
частотный режим. Этот режим устанавливают переводом
переключателя В2а в положение 1. В исходном состоя-
состоянии зарядный коммутатор замыкает выход ИЕП (блок
ИТ-2-ЗФ), что обусловливает отсутствие зарядки нако-
накопителя Н-2 (см. рис. 4.1).
Этап зарядки начинается в момент 1\ прихода с ге-
генератора тактовых импульсов (ГТИ) сигнала, который
70

рпрокидывает триггер Тг1 во второе устойчивое состоя-
ие (рис. 4.4). Перепад напряжения с Тг1 поступает че-
гёз усилитель НЕ на электронное реле управления РУ,
следствие чего исчезает серия положительных импуль-
еов на выходе РУ, удерживавших в открытом состоянии
иристоры зарядного коммутатора. Последний закрывав
Рис. 4.4. Диаграммы работы СУМ-10 в частотном режиме
размыкает выход ИЕП, и накопитель начинает
Наряжаться. Часть напряжения иос накопителя с дели-
веля обратной связи подается на первый вход сравни-
сравнивающего устройства УС. На второй вход УС заведено
^напряжение уставки {/уст. В момент сравнения этих
капряжений A2) на выходе УС возникает перепад на-
рряжения, который фронтом перебрасывает Тг1 в пер-
71

воначальное состояние. При этом на выходе РУ появ-
появляется сигнал, открывающий зарядный коммутатор.
Коммутатор замыкает выход ИЕП, прекращая зарядку
накопителя.
На втором этапе осуществляется разрядка накопите-
накопителя. В момент г2 при срабатывании УС запускается одно-
вибратор (блокировка) Бл. На выходе Бл выделяется
импульс с фиксированной длительностью 12 мс, который
служит для удержания Тг1 в течение всей длительности
в положении «Нет зарядки», предохраняя триггер от
ложных срабатываний и соответственно от перехода
в стационарный режим горения импульсной лампы.
Фронт импульса с узла Бл запускает одновибратор за-
задержки 301, который формирует импульс длительностью
4 мс. Этот импульс может быть использован, если в оп-
оптическом канале лазерной установки предусмотрен
электромеханический затвор. Спадом импульса (момент
и) запускается формирователь импульсов ФИ1. Выход-
Выходной импульс с ФИ1 служит для включения разрядного
коммутатора (для режима с дежурной дугой, например
при использовании модулятора МТ-42) либо для запуска
блока зажигания (в МИЛ-49). Через открытый комму-
коммутатор накопитель разряжается на лампу.
Одновременно с ФИ1 запускается одновибратор за-
задержки 302, вырабатывающий импульс, длительность
которого регулируется в пределах 0,4—2,2 мс резистором
КЗ. Формирователь ФИ2 выделяет на выходе импульс,
синхронный со спадом импульса с 302 (момент ?4). За-
Задержанный сигнал с ФИ2 может быть использован для
управления 'электрооптическим затвором или для запус-
запуска блока зажигания при включении источника дежур-
дежурной дуги.
Триггер Тг2 и электромеханический счетчик Сч сра-
срабатывают от импульса с ФИ1. Счетчик регистрирует
количество разрядных импульсов (запусков на разряд).
Регулирование напряжения накопителя производится
изменением напряжения уставки (резистором К2). Для
запуска измерителя энергии ИЭ может быть использо-
использован выход задержки 302.
Этап рассмотренного единичного цикла работы схе-
схемы повторяется с приходом очередного сигнала от ГТИ
(момент 1§). Частота, циклов задается ГТИ и устанавли-
устанавливается резистором Щ, а также переключателем диапа-
зонов В1.
72

[, Одиночный режим реализуется при установке пере-
переключателя В2а в положение 4. В этом случае вместо
сигнала с ГТИ используется сигнал от формирователя
одиночных импульсов (ФОИ), который запускается от
кнопки или педали. Все последующие процессы
^полностью соответствуют предыдущему режиму (см.
рис. 4.4).
Режим работы СУМ-10 при запуске (синхронизации)
Ьот внешнего датчика, определяющего начало зарядного
этапа, устанавливают переключателем В2б (положение
Ш[) и переключателем В2а (положение 2 — Датч. СЗ).
ИЗ этем случае процессы аналогичны рассмотренным для
частотного режима, за исключением того, что запуск
1схемы производится сигналом от внешнего датчика,
Сформированным предварительно триггером Шмитта
ЩТгШ),а не сигналом, получаемым от генератора так-
тактовых импульсов.
I Особенностью трех рассмотренных режимов является
шо, что разрядка следует почти сразу, как только напря-
Ккение на накопителе достигает значения, определяемого
Напряжением уставки. Накопитель здесь не может раз-
Лядиться за счет утечек, поэтому в этих режимах обес-
Вечивается высокая стабильность предразрядных значе-
значений напряжения накопителя.
¦ Режим работы СУМ-10 лри синхронизации запуска
от внешнего датчика сигналом, определяющим начало
разрядного этапа, устанавливают переключателем В2б
«положение 2) и переключателем В2а (положение 3 —
Щатч. СР). В данном режиме накопитель постоянно на-
наводится под напряжением (в ждущем состоянии). Для
июддержания напряжения, уменьшающегося с течением
времени вследствие утечек, схема СУМ-10 обеспечивает
^слежение и автоматическую выдачу команд на подза-
подзарядку накопителя. В отсутствие сигнала от датчика на
первый вход инвертирующей схемы совпадения И/НЕ
с одновибратора Бл поступает отрицательный потен-
потенциал. Если напряжение накопителя падает до опреде*
Ценного уровня, то в этот момент со сравнивающего
устройства УС на другой вход И1НЕ приходит второй
отрицательный потенциал; при этом на выходе ИЩЕ
появляется сигнал, заставляющий с помощью узлов НЕ
«I РУ сработать зарядный коммутатор и осуществить
^подзарядку накопителя до первоначального уровня.
1Р момент окончания зарядки УС снимает потенциал
6—215 73

с И/НЕ, соответственно изменяется сигнал на РУ и за-
зарядном коммутаторе.
Запуск схемы СУМ-10 на разрядку накопителя про-
производится от внешнего датчика. Его сигнал, сформиро-
сформированный триггером ТгШ, поступает на одновибратор Бл,
последний срабатывает и запускает одновибратор Зд1у
а вместе с ним и узлы ФИ1, 302 и ФИ2 аналогично то-
тому, как это было в частотном режиме. Накопитель в ре-
результате разряжается. На время разрядки ^узел Бл
снимает отрицательный потенциал со входа И/НЕ, что
блокирует подачу команды от УС на зарядку во избе-
избежание перехода лампы в непрерывный режим горения.
По окончании импульса с одновибратора Бл на обо-
обоих входах И/НЕ вновь появляются отрицательные по-
потенциалы с выхода узлов УС и Бл, что, как отмечалось,
в конечном итоге приводит к зарядке накопителя до
заданного уровня. Накопитель «ждет» следующего цик-
цикла. Как видно из изложенного, точность предразрядного
значения напряжения в данном режиме несколько ниже,
чем в предыдущих (зависит от гистерезиса при сраба-
срабатывании и отпускании сравнивающего устройства).
В приборе СУМ-10 предусмотрено переключение на
управление с дистанционного пульта, с которого можно
осуществлять: выбор частотного или одиночного режима
работы, регулировку и индикацию напряжения накопи-
накопителя, одиночный запуск.
В схеме СУМ-10 применены модули МТ. Функции
задержки 301, 302 и блокировки Бл выполняет одновиб-
одновибратор МТ-10В, собранный по схеме заторможенного
мультивибратора на транзисторах, функции ФИ1 и
ФИ2— тиристорный формирователь импульсов МТ-1ФИ.
Триггер Тг с коллекторно-базовыми связями собран на
транзисторах (МТ-1Тг). Реле управления РУ (МТ-1РУ)
построено на базе магнитного мультивибратора Роэра,
управляемого входным транзисторным ключом. Все мо-
модули питаются от одного блока питания МТ-2БП.
На рис. 4.5 показана схема сравнивающего устрой-
устройства МТ-2УС [82]. Сравнение входных напряжений
уставки 11уст и обратной связи иос отрицательной поляр-
полярности осуществляется на диодах Д2 и ДЗ в балансном
включении. Если {УуСт>Иос (по абсолютной величине),
то диод ДЗ открыт, а Д2 закрыт. В этом случае поло-
положительный импульс с блокинг-генератора (собран на
транзисторе 77) проходит через конденсатор С4, диоД
74

ШЗ и конденсатор С9 на первый вход триггера (собран
Ьа транзисторах Т2 и ТЗ) и перебрасывает его в первое
^устойчивое состояние (ТЗ — закрыт, а Т2— открыт).
т момент, когда напряжение иос достигнет {7уст и не-
несколько его превысит, открывается диод Д2, а ДЗ за-
забирается. Первым же импульсом с блокинг-генератора,
^прошедшим через Д2 и С8, триггер перебрасывается во
.'второе устойчивое состояние (ТЗ открыт, Т2 закрыт).
+8В Карп. -72В ит
Вых.1
Вых.! Вых.З ВыхЛ
Рис. 4.5. Схема сравнивающего устройства МТ-2УС
рели «ос снова станет меньше ?7уСТ, то триггер перейдет
! первоначальное состояние. Таким образом, состояние
триггера полностью определяется знаком разности вход-
¦ых напряжений. В виде потенциала выходной сигнал
может быть снят непосредственно с коллекторов триг-
триггера либо с развязывающего усилителя Т4.
| Наряду с относительно высокой чувствительностью
¦ порядка 50 мВ) схема МТ-2УС обладает и другими
¦остоинствами. Входное сопротивление определяется
^запертым диодом Д2 (ДЗ) и в случае применения крем-
¦иевых приборов превышает I МОм. Уровень макси^
¦альных входных напряжений зависит от предельно до-
¦устимых обратных напряжений для диодов Д2, ДЗ;
В данной схеме диапазон сравниваемых напряжений
¦аходится в пределах 1—100 В. Балансное включение
€* . ¦ 75

диодов обеспечивает стабильность схеме в условиях ши-
широкого изменения температуры окружающей среды. По-
Потенциальный выход удобен для запуска и надежного
удержания последующих узлов в необходимом состоя-
состоянии (например, триггера в положении «Нет зарядки»),
для осуществления режима автоматической подзарядки
накопителя и т. п.
Одной из особенностей, которую следует учитывать
при разработке схем, является то, что системы управ-
управления работают в условиях сильных импульсных помех,
возникающих как внутри самой установки, так и вне ее.
Например, внутри установки помехи появляются в мо-
момент включения тиристоров зарядного и разрядного
коммутаторов, при срабатывании блоков зажигания, во
время зарядки и разрядки накопителя и т. п. Без приня-
принятия специальных мер по подавлению помех и повышению
помехоустойчивости узлов системы управления оказы-
оказываются практически неработоспособными.
При разработке конкретных типов СУМ, в частности
СУМ-10, использованы схемные и конструктивные мето-
методы ослабления влияния помех (экранирование, рацио-
рациональная компоновка, монтаж и развязка цепей). В схе-
схемах модулей предусмотрены фильтры по питанию и по
выходным цепям (например, в схеме на рис. 4.5 для
этой цели служат С1, С2 и Др, С5 — С7). Временная
диаграмма взаимодействия узлов также строилась с уче-
учетом возможных воздействий помех. В структурную схе-
схему были введены дополнительные узлы и связи (узел
блокировки Бл, узел ФОН). Помехоустойчивость отдель-
отдельных каскадов, работающих в ключевом режиме, дости-
достигалась за счет повышения запирающего напряжения на
закрытых транзисторах и увеличения степени насыще-
насыщения открытых транзисторов.
Весьма эффективным методом повышения помехо-
помехоустойчивости схем является преобразование сигнала из
аналоговой в аналого-импульсную форму. На рис. 4.6
приведена схема генератора тактовых импульсов
МТ-1ГТИ, реализующая этот метод [83]. Работу схемы
рассмотрим с момента, когда конденсатор Св времяза-
дающей цепочки ИЪСЪ, заряженный до отрицательного
напряжения в предыдущем цикле, начинает медленно
разряжаться через резистор Яв. Отрицательный потен-
потенциал с конденсатора Св запирает транзистор 77 (в ди-
диодном включении), что обеспечивает работу сравниваю*
76

Ьщего органа схемы — блокинг-генератора, выполненного
Сна транзисторе ТЗ, <в режиме свободных автоколебаний
с частотой в несколько десятков килогерц. При этом
Положительная обратная связь блокинг-генератора обра-
образуется цепочкой: база транзистора ТЗ, обмотка 2—3
трансформатора Тр1, транзистор Т2 (в диодном вклкн
рении), конденсатор СЗ и эмиттер транзистора ТЗ. Да*
Рис. 4.6. Схема генератора тактовых импульсов МТ-1ГТИ
'ее импульсы с блокинг-генератора, усиленные каскадом
|а транзисторе Т4, заряжают конденсатор С5 до поло-
положительного потенциала. Этот потенциал надежно удер-
Вшвает транзистор Т5 в запертом состоянии. Вследствие
¦того тиристор Д6 также закрыт и на его аноде имеется
шложительное напряжение, запирающее диод Д5.
ь С течением времени конденсатор Св разряжается;
на его обкладке, подсоединенной к резистору Яв, появ-
¦яется небольшой положительный потенциал, который
¦ткрывает 77 и запирает Т2. Запертый транзистор Т2
¦азмыкает цепь обратной связи, срывая автоколебания
¦локинг-генератора. Импульсы на его выходе исчезают,
кто приводит к быстрой перезарядке С5 до отрицатель-
¦зго потенциала (через резистор Я9), отпиранию Т5 и
жлюченню Д6. Потенциал анода Д6 становится отрин
ртельным, поэтому одновременно открывается диод Д5.
этого момента начинается быстрая зарядка Св до
77

исходного значения, равного напряжению питания. По
окончании зарядки Св тиристор Д6, диод Д5, транзис-
транзистор Т1 запираются, а Т2 переходит в проводящее сос-
состояние. Работа блокинг-генератора возобновляется и
начинается новый цикл работы устройства. Далее про-
процессы в схеме протекают аналогично рассмотренному.
Как видно из описания работы устройства, в течение
•всего времени медленной разрядки времязадающего кон-
конденсатора сравнивающий орган (блокинг-генератор) вы-
вырабатывает импульсы с высокой частотой, т. е. форма
аналогового сигнала с Св преобразуется в импульсную,
При воздействии импульсной помехи на сравнивающий
орган как на наиболее чувствительный узел блокинг-ге-
блокинг-генератор выдает дополнительный импульс, который, сло-
сложившись с основными импульсами частоты заполнения,
не изменит общей картины процессов в схеме: допол-
дополнительный импульс вызовет еще более сильное запира-
запирание транзистора Т5, что является положительным фак-
фактором. В распространенных генераторах обычно отсут-
отсутствует преобразование сигнала с времязадающего кон-
конденсатора, поэтому каждый импульс помехи может
вызвать преждевременное срабатывание сравнивающего
органа и сбой в работе всего устройства. В одинаковых
условиях генератор с преобразованием сигнала практи-
практически не чувствует помех, а в других генераторах с каж-
каждым импульсом помехи наблюдается сбой.
В принципе, наводка может воздействовать на схему
рассматриваемого генератора, когда импульсы с бло-
блокинг-генератора прекращаются, т. е. во время быстрой
Зарядки конденсатора Св. Однако время зарядки Св су-
существенно меньше периода следования выходных им-
импульсов с устройства (большая скважность), поэтому
вероятность воздействия помехи здесь очень мала и
будет выражаться в незначительном мгновенном изме-
изменении периода следования. Но и в этом случае вероят-
вероятность воздействия помехи можно еще более уменьшить
за счет перевода транзистора блокинг-генератора из
линейного в насыщенный режим. В схеме МТ-1ГТИ это
осуществляется следующим образом.
Зарядка конденсатора Св до исходного значения про-
производится через резистор /?У. Часть тока зарядки ответ-
ответвляется с помощью диода Д1 и направляется в базу
транзистора ТЗ; при этом ТЗ переходит из линейного
режима, оаределяемого делителем ЯЗ, Я.4, в насыщен-
78

ный. Насыщение транзистора ТЗ повышает помехоустой-
помехоустойчивость устройства во время зарядки Св. Рассмотренный
метод повышения устойчивости работы схем в условиях
I сильных помех может быть применен и для других
функциональных узлов.
Выходной сигнал в генераторе образуется во время
быстрой зарядки Св и выделяется на резисторе Я12.
Схема МТ-1ГТИ обеспечивает амплитуду выходных
импульсов 10 В, длительность 10 мкс, период следовав
ния от 100 с до 0,01 с при использовании во времяза*
дающей цепочке конденсатора емкостью порядка 30 мкФ
|и переменного резистора с сопротивлением до 1,5 МОм.
5. Электропитание излучателей при повышенной
частоте повторения импульсов
5.1. Схемы источников питания для твердотельных
излучателей
Схемы зарядки емкостного накопителя энергии от
Ьети переменного напряжения с нулевой фазой вклю*
«ения зарядного коммутатора оказались весьма эконо*
шшчными и удобными для построения зарядных
устройств импульсных источников питания газоразряд-
газоразрядных ламп с повышенной частотой повторения разрядных
импульсов [57—59]. В схемах с нулевой фазой включе-
¦ия накопительный конденсатор начинает заряжаться
¦ри включении зарядного коммутатора в момент пере-
перехода синусоиды сетевого напряжения через нуль. Заряд-
Зарядный ток в этом случае ограничивается скоростью нара-
ктания напряжения и имеет форму отрезка косинусоиды.
В процессе зарядки используется менее четверти перио-
периода синусоиды. По этой причине потребление энергии от
«ети получается относительно неравномерным. Такие
¦хемы целесообразно применять при небольших
емкостях накопителя и небольших запасаемых энергиях
¦до нескольких сотен джоулей). Однако схемы с нулевой
¦>азой включения достаточно просты и могут применять-
Вя, например, в системах питания твердотельных излу-
излучателей на итрий-алюминиевом гранате, оптимальные
астоты повторения импульсов излучения которых 50—
иЮ Гц.-
79

Рассмотрим функциональную схему (рис. 5.1) моду-
модулятора накачки МИЛ-31, входящего в состав серийно
выпускаемых твердотельных лазеров серии ЛТИ и ЛТИ-
ПЧ. Принцип работы модулятора основан на одновре-
одновременной зарядке двух батарей 'накопительных конденса-
конденсаторов BX150 мкФ) от сети переменного напряжения
.380 В, 50 Гц с нулевой фазой включения зарядного ком-
коммутатора. При разрядке на нагрузку — лампу накачки—
батареи конденсаторов включаются последовательно, в
результате чего 'напряжение на выходе удваивается.
Модулятор МИЛ-31 состоит из зарядного блока
БЗ-1, разрядного блока БР-1 и системы управления
СУМ-7. В зарядный блок входит диодно-тиристорный
выпрямитель ДЗ— Д6, устройство принудительной ком-
коммутации тиристоров Д5, Д6, состоящее из индуктивного
элемента Ы, конденсатора С1, коммутирующего тири-
тиристора Д9 и вспомогательных цепей Д7, Д8, Щ, #2 для
восстановления исходного состояния конденсатора С1.
Управление тиристорами Д5 — Д6 производится от
СУМ-7, через усилитель мощности МТ— 1УМ. На транс-
трансформаторе Тр1 имеются обмотки синхронизации шсинх
и обратной связи шос-
Последняя совместно с
выпрямителем и резисто-
'ром Ш образует датчик
обратной связи. Автома-
Автоматический выключатель В1
и магнитный пускатель
Р1 служат для включе-
включения модулятора.
В разрядный блок вхо-
входят: накопительные кон-
конденсаторы С2 и СЗ, раз-
разрядные индуктивные эле-
элементы Ь2 и ЬЗ, разряд-
разрядный коммутатор на тири-
тиристорах Д12 и Д13, схема
импульсного зажигания
на разряднике Рр и ис-
источник питания дежурной
дуги МТ-2ИТ. Каждый из
накопительных конденса-
конденсаторов С2 и СЗ подклю-
подключен через соответствую-
Блок
ТвШ
Зй1
Рис. 5.1. Схема силовой
80

элементы Ь2, ЬЗ и диоды Д10, Д11 к выходу
зарного устройства. Разноименные полюса двух
¦'групп накопителей соединены через тиристор Д12, кото-
который вместе с Д13 образует разрядный коммутатор. Ди-
ИЬдЫ Д14, Д15 предназначены для устранения возмож-
Ешх переполюсовок напряжения на конденсаторах С2
-пСЗ.
В модуляторе МИЛ-31 использована двухступенчат
ргая схема зажигания лампы накачки. Первая ступень
^импульсного зажигания состоит из схемы умножения
И диоды Д16 — Д19 и конденсаторы С4 — С7), воздушно-
[го разрядника Рр и импульсного трансформатора Тр2.
Режим дежурной дуги лампы накачки обеспечивается
источником тока МТ-2ИТ, который выполнен на основе
маломощного Т-образного ИЕП на дросселе Др2 и кон-
¦енсаторе С8. Согласование выходной характеристики
источника тока с вольт-амиеряой характеристикой лам-*
ры накачки производится повышающим трансформато-
юм ТрЗ и выпрямителем В. К лампе Л источник тока
юдключается через дроссель Др1 и обмотку реле Р4.
холостом ходу ИЕП выходное напряжение МТ-2ИТ
щиряйныи ЕЗ-1
Блок разрядный ВР-1
рсти модулятора МИЛ-31

составляет примерно 800 В, а под нагрузкой обеспечи-
обеспечивается ток дежурной дуги 0,75 А. Реле Р1 — Р4 задают
необходимую последовательность включения силовых
функциональных элементов модулятора.
Система управления СУМ-7, структурная схема кото-
которой приведена на рис. 5.2, построена на базе типовых
модулей МТ с учетом особенностей функционального
взаимодействия узлов модулятора. Принцип ее работы
51
72,5Гц"- „Одиночный*
НаВЗ-1
Рис. 5.2. Структурная схема системы управления СУМ-7
будет рассмотрен при описании зарядно-разрядных про-
процессов.
Подключение модулятора МИЛ-31 к линейным про-
проводам трехфазной питающей сети 380 В, 50 Гц произво-
производится автоматическим выключателем В1 (см. рис. 5.1).
После нажатия кнопки Кн2 «Пуск» подается напряже-
напряжение 220 В на обмотку реле РЗ, при срабатывании которо-
которого через контакты Р3.1, напряжение 220 В поступает на
источник тока МТ-2ИТ, а через контакты Р3.2 и РЗ.З к
выходу источника подключается коденсатор С2 и ин-
индуктивный элемент Ь2.
Переменное напряжение сети через повышающий
трансформатор ТрЗ поступает ¦ на резонансный контур
С8-Др2, где происходит преобразование источника пере-
переменного 'напряжения в 'источник неизменного тока. Ис-
Источник тока работает на холостом ходу и на его выходе
82

развивается напряжение 800 В. Это напряжение рас-
распределяется по двум цепям. По первой из них через вы-
выпрямитель В, обмотку реле Р4, дроссель Др1, резистор
Ь&?, индуктивный элемент Ь2, контакты Р3.2 и РЗ.З осу-
осуществляется зарядка конденсатора С2 до напряжения
*800 В. Одновременно^ напряжение с ИЕП поступает на
схему умножения напряжения (конденсаторы С4 — С7,
диоды Д16 — Д19), и по достижении на выходе напря-
"жения 2,5 — 3 кВ искровой промежуток воздушного раз-
разрядника Рр, подключенный к схеме через первичную об-
обмотку импульсного трансформатора Тр2, пробивается.
Во вторичной обмотке Тр2 возникают импульсы с ам-
амплитудой до 20 кВ, которые обеспечивают инициирова-¦
ние зажигания газоразрядной лампы (перовая ступень
зажигания). После разрядки накопительного конденса-
конденсатора С2 на импульсную лампу источник тока подхваты-
подхватывает и удерживает маломощный дуговой разряд—де-
разряд—дежурную дугу (вторая ступень зажигания).
После установления дежурной дуги срабатывает ре-
реле Р4 и контактами Р4.3 отключает схему импульсного
зажигания, а контактами Р4.2 блокирует кнопку «Пуск».
Через контакты Р4.1 подается питание на обмотку реле
Р2, которое срабатывает через 2,5 с и обеспечивает пи-
питание обмотки магнитного пускателя Р1. Контактами
' Р1.1 и Р1.2 производится подключение силовой части
модулятора к питающей сети. Сразу же "начинается про-
процесс зарядки конденсатора С1 в схеме принудительной
коммутации зарядных тиристоров Д5, Д6. Зарядка осу-<
ществляется от диодного мостика Д1 — Д4 через рези-
| сторы Н1 и #2.
Далее рассмотрим взаимодействие силовой части мо-
дулятора с системой.управления при работе с частотой
( повторения 100 Гц. Диаграммы режимов работы показа-
[ ны на рис. 5.3. В момент времени г\, совпадающий с пе-
переходом входного сетевого напряжения через нуль, с об-
гмотки синхронизации трансформатора Тр1 ¦поступает на-
напряжение 14 В, 50 Гц в СУМ-7 на модуль ТгШ, кото-
Грый формирует прямоугольные импульсы частотой 50 Гц
[ (см. рис. 5.3). Фронты этих импульсов совпадают с мо-
[ ментом изменения полярности входного синусоидально-
[го напряжения.
С выходов модуля ТгШ отрицательные импульсы по-
| ступают на входы модуля блокировки Бл, последний
служит для исключения сбоя фазы управляющих им-
83

пульсов при коммутации кнопочного переключателя ча-
частоты В1. Для этого первый выход блокировки через ди-
диод Д1 соединен с выходом модуля задержки зарядки
Зд1. Одновременно со второго выхода модуля Бл сфор*
ЯфМ
Рис. 5.3. Диаграмма работы СУМ-7 в режиме 100 Гц
мированные импульсы с частотой 100 Гц поступают че-
через клавишу «100 Гц» переключателя В1 на вход управ-
управляющего триггера Тг1, перебрасывая его во второе
устойчивое состояние. (Отметим, что срабатывание Тг1
происходит сразу после перехода напряжения сети через
нуль).
84

Фронтом импульсов с выхода управляющего триггера
. Тг1 запускается 301, длительность задержки которого
регулируется от 0,7 до 1,2 мс одновременно с изменени-
изменением напряжения уставки накопителя от 300 до 900 В, что
обеспечивается спаренным резистором Ц4. Необходи-
Необходимость введения задержки зарядки определяется остаточ-
остаточным напряжением на накопителе после его разрядки на
газоразрядную лампу. Напряжение погасания составля-
Еет 150—200 В.
Если выход Зд1 не заблокирован со стороны модуля
-Бл, то импульсы задержки зарядки поступают на уси-
усилитель мощности МТ-1УМ в блоке БЗ-1. Далее импуль-
импульсы проходят на управляющие электроды тиристоров Д5,
Д6. После открытия 'одного из них (см. рис. 5.1) начина-
начинается процесс зарядки накопительных конденсаторов (мо-
(момент времени (% на рис. 5.3). Зарядка конденсатора С2
протекает по следующей цепи: Д5 (Д6) — Ь2 — Д10 —
Ы—ДЗ (Д4). Аналогично заряжается конденсатор СЗ,
только теперь уже зарядный ток проходит через диод
Д11 и индуктивный элемент ЬЗ.
Процесс зарядки накопительных конденсаторов осу-
осуществляется до момента сравнения г3 (рис. 5.3) напря-
напряжения обратной связи, снимаемого с резистора Я.4, ус-
установленного в БЗ-1, с напряжением уставки (рези-
(резистор К.4 в схеме СУМ-7). Нетрудно видеть, что регули-
регулирование и стабилизация предразрядного напряжения на
конденсаторах емкостного накопителя производится по
| цепи косвенной обратной связи. Для этой цели с одной
из вторичных обмоток трансформатора Тр1 в блоке БЗ-1
подается напряжение на выпрямительный мостик. На вы-
выходе выпрямителя, нагруженного на резистор Я4, появ-
1 ляются полусинусоиды напряжения с амплитудой 80 В и
I частотой 100 Гц. Поскольку напряжение на накопитель-
! ных конденсаторах С2 и СЗ также меняется в процессе
. зарядки по закону, близкому к синусоидальному, то
между напряжением обратной связи и напряжением на
накопителе есть вполне определенное соответствие. В
этой схеме сигнал обратной связи иос оказывается про-
пропорциональным напряжению накопителя и изолирован-
: ным от сетевого напряжения, что позволяет 'вводить та-
I кой сигнал в яизкопютенциальные цепи управления.
Сравнение двух сигналов (уставки и напряжения с
| накопителя) производится в сравнивающем устройстве
УС. В момент сравнения на выходе сравнивающего
85

устройства появляется импульс, который, поступая на
вход управляющего триггера Тг1, возвращает его в пер-
первоначальное состояние (момент 1% на рис. 5.3). В резуль-
результате этого на выходе триггера появляется импульс, ко-
которым запускается формирователь импульсов ФИ1. Пос-
Последний формирует положительный импульс амплитудной
150 В для запуска через импульсный трансформатор
коммутирующего тиристора Д9 в 'блоке БЗ-1.
Принудительная коммутация зарядных тиристоров
Д5 (Д6) осуществляется перезарядкой предварительно
заряженного конденсатора С1 через тиристор Д9 и ин-
индуктивный элемент Ы. Восстановление полярности нап-
напряжения на С1 происходит через диод Д8 и индуктив-
индуктивный элемент Ы. После закрытия тиристоров Д5 {Д6)
процесс зарядки заканчивается-
Рассмотрим теперь протекание процесса разрядки
накопителя энергии на лампу накачки (см. рис. 5.1,
рис. 5.2). Сигнал с выхода 361 одновременно поступает
на запуск МТ-1УМ, определяющий начало зарядки нако-
накопителя, и на вход модуля 332 задержки разрядки, кото-
который выдает постоянную задержку разрядки накопителя
на 5,2 мс. С выхода модуля 362 запускается формиро-
формирователь ФИ2, который через импульсный трансформатор
обеспечивает включение разрядных тиристоров Д12 и
Д13 (момент #4 на рис. 5.3). Накопительные конденсато-
конденсаторы С2 и СЗ оказываются включенными последовательно
и разряжаются на лампу накачки через индуктивные
элементы Ь2, ЬЗ, тиристор Д13 и вторичную обмотку
импульсного трансформатора зажигания.
Для подготовки очередного зарядного цикла коммути-
коммутирующий конденсатор С1 подзаряжается. Предваритель-
Предварительно € выхода 332 был запущен модуль задержки подза-
подзарядки ЗдЗ, который обеспечивает задержку до 5,5 мс
при помощи резистора <Я1 (рис. 5.2). По 'истечении ука-
указанного времени (момент ^ на рис. 5.3) срабатывает
формирователь 'импульсов ФИЗ и открывает тиристор
Д7 (рис. 5.1)- После этого на коммутирующем конден-
конденсаторе С1 восполняются потери энергии, понесенные им
при запирании зарядных тиристоров, и устанавливается
исходный уровень напряжения.
Если в твердотельном лазере используется режим
модуляции добротности, то в СУМ-7 для этого преду-
предусмотрена подача задержанного на 0,05 — 0,2 мс импуль-
импульса относительно начала разрядки накопителя (модуль

Зд4 и переменный резистор И2 на рис. 5.2). Выходные
импульсы с Зд4 поступают на формирователь ФИ4, где
образуются импульсы с амплитудой 150 В для управле-
1ния генератором, подключенным к электрооптическому
¦ затвору.
При работе модулятора МИЛ-31 с частотой повторе-
повторения импульсов накачки 50 Гц импульсы с выхода моду-
модуля Бл с частотой 100 Гц поступают через клавишу
«50 Гц» переключателя В/ на вход триггера Тг2, кото-
который работает в режиме деления частоты. С выхода триг-
триггера Тг2 импульсы частотой 50 Гц поступают через
клавишу «50 Гц» на вход управляющего триггера Тг1.
При работе «а частоте 25 Гц импульсы частотой
50 Гц 'поступают с выхода синхронизирующего триггера
ТгШ через клавиши «100 Гц» и «50 Гц» на вход тригге-
триггера Тг2, с выхода которого импульсы частотой 25 Гц нап-
. равляются через нажатую клавишу «25 Гц» на вход уп-
управляющего триггера Тг1. На частоте 12,5 Гц задейству-
ется триггер ТгЗ.
При работе в одиночном режиме при нажатой клави-
клавише «Одиночный» и кнопке «Одиночный запуск» форми-
формируется одиночный импульс, который поступает на' вход
управляющего триггера Тг1. Дальнейшая работа схемы
в режимах 50 Гц, 25 Гц, 12,5 Гц и «Одиночный» проис-
происходит, как и при частоте 100 Гц-
В системе управления СУМ-7 так же, как и в
СУМ-10, функции задержек Зд1 — Зд4 и блокировки Бл
Таблица 5.1
Тип источ-
источника пита-
питания
Частота повто-
повторения, Гц
Напряже-
Напряжение накопи-
накопителя, В
Габариты, ым
МИЛ-30
МИЛ-31
МИЛ-39
100, 50,
25, 12, Б
и одиноч.
100, 50,
25, 12, 5
и одиноч.
100, 50,
25, 12, 5
и одиноч.
150—300
300—1000
200—500
400
75
300
400
0,75
800
0,75
800
55
100
95
496X424X402
496X424X660
496X424X660
* Над чертой указана величина тока дежурной дуги (в А), под чертой — напря-
напряжение холостого хода источника питания дежурной дуги (в В).
87

выполняет одновибратор МТ-10В, а формирование им-
импульсов управления ФИ1—ФИ4— тиристорный генера-
генератор МТ-1ФИ. Индикация напряжения на емкостном
накопителе производится стрелочным прибором, уста-
установленным в СУМ-7 и подключенным параллельно дели-
делителю ¦напряжения в блоке БР-1 (на схемах прибор не
показан). При выключении модулятора принудительная
разрядка накопительных конденсаторов осуществляется
через резистор ЯЗ (рис. 5.1).
Основные технические характеристики модулятора
МИЛ-31 и других источников электропитания с повы-
повышенной частотой повторения импульсов накачки для
твердотельных излучателей 'приведены в табл. 5.1.
5.2. Источники электропитания газовых
и полупроводниковых излучателей
Формирование коротких высоковольтных импульсов
для накачки газовых лазеров осуществляется, как пра-
правило, по схеме полной разрядки накопителя энергии
через коммутатор — разрядник, тиратрон, тиристор. На-
Наибольшее распространение получили схемы с водород-
водородными тиратронами, которые успешно работают в диапа-
диапазоне длительностей от десятков наносекунд до сотен
микросекунд при анодном напряжении от 3 до 50 кВ
[84—87]. Импульсные тиратроны способны обеспечить
мощность на нагрузке до сотен мегаватт и энергию на-
накачки за один импульс до единиц килоджоулей; они поз-
позволяют работать при частотах повторений импульсов до
тысяч герц, что вполне соответствует требованиям по на-
накачке подавляющего большинства газовых лазеров.
На рис- 5.4 изображены две схемы формирования им-
импульса накачки с использованием тиратрона и тиристо-
тиристора. В схеме на рис. 5.4,6 использован повышающий им-
импульсный трансформатор для согласования выходных
параметров источника накачки с вольт-амперной харак-
характеристикой газоразрядной трубки [88]. Успешно могут
применяться в схемах накачки импульсных газовых ла-
лазеров тиристоры типа ТЧ и ТБ, допускающие высокие
скорости нарастания разрядного тока и способные фор-
формировать импульсы микросекундной длительности.
Обычно тиристоры применяются совместно с импульс-
импульсными трансформаторами. Высоковольтные высокочастот-
высокочастотные тиристоры могут серьезно ограничить область ис-
83

пользования тиратронов в схемах накачки газовых излу-
жчателей.
Наиболее жесткие требования к форме разрядного
импульса предъявляют полупроводниковые излучатели,
поэтому выбор типа разрядного коммутатора представ-
представляет собой главную задачу при разработке источника
питания [89—95]. В качестве накопителей энергии ис-
[ пользуются конденсаторы в режиме как полной, так и-
' частичной разрядки, формирующие длинные линии
Рис. 5.4. Схемы формирования разрядного импульса газового из-
излучателя:
а — тиратронная; б — тиристорная
с распределенными параметрами и разрядные линии с
сосредоточенными параметрами. Для согласования вы-
выходного сопротивления источника питания 'с весьма низ-
• коомной нагрузкой, какой является лазерный диод, ис-
используется широкополосный импульсный трансформа-
трансформатор, выходная обмотка которого состоит из одного витка
[ с большим поперечным сечением.
На рис. 5.5 приведено несколько схем формирования1
' разрядного импульса. Применение той или иной схемы
' диктуется конкретным техническим заданием. В част-
частности, тиратронные и тиристорные схемы позволяют по-
I лучать большие средние мощности. Ламповые схемы да-
чют возможность регулировать в широких пределах дли-
длительность и частоту повторения импульсов накачки при
| малом времени нарастания разрядного тока. Использо-
; вание транзисторных схем обеспечивает большую мощ-
мощность накачки, длительность и частоту повторения-
нэазрядных импульсов. Кроме того, применение полупро-
полупроводниковых приборов открывает возможность создать
гибридные микросхемы, содержащие в одном корпусе
¦полупроводниковый лазерный" диод с источником пита-
7—215 89*

ашя, что позволяет улучшить форму разрядного тока за
счет уменьшения индуктивности схемы, суммарного оми-
омического сопротивления и паразитной емкости элементов
монтажа [91].
Ж)
4 ,
го
ю
¦
/
/
\
\
50 100 Тн,НС
б)
гао
по
а
юо
г)
1
1
\
го
10
0 50 100Тц,нс
в)
100
100
О
0,5
3)
Рис. Б.Б. Схемы формирования импульса накачки полупроводнико-
полупроводникового излучателя:
•я — тиратронная с длинной фермирующей линией; в — ламповая; д — тран-
транзисторная; ж — тиристорная; б, г, е, з — соответствующие формы тока на-
накачки
Для накачки полупроводниковых излучателей, рабо-
работающих в импульсном режиме, наибольшее распростра-
распространение получили схемы с использованием транзисторов и
тиристоров в качестве коммутирующих элементов [93—
¦90.

95]. Электрическая схема транзисторного источника пи-
питания излучателей показана на рис. 5.6.
Схема состоит из трех основных узлов: задающего-
генератора, построенного на высокочастотном мощном-
транзисторе Т4 с согласующим трансформатором Тр2;
разрядного контура, включающего накопительные кон-
конденсаторы С8 — С15 и коммутирующие транзисторы.
I Т5—Т8; зарядного устройства на транзисторах Т1—ТЗ,
обеспечивающего регулирование напряжения -накопителя;
таким образом, чтобы автоматически изменять величи-
величину тока накачки в зависимости от изменения температу-
температуры окружающей среды.
Формирование импульса запуска разрядного комму-
коммутатора осуществляется по схеме заторможенного бло-
кинг-генератора на транзисторе Т4. На длительность
фронта и спада импульса существенно влияют индуктив-
индуктивность проводов и элементов электрического монтажа.
Подбором С7 и Н6 корректируется форма запускающего-
им'пульса-
Коммутирующие транзисторы Т5—Т8 включены пос-
последовательно по переменному (импульсному) току, чем
достигается увеличение мощности накачки. Для вырав-
выравнивания режимов работы транзистров использованы ре-
резисторы Я9—Н15. Подстройка величины тока накачки
производится подбором резистора Н8; цепочка В.8—С16
служит для коррекции формы импульса на нагрузке.
Контроль формы импульса и измерение его аплитуды
осуществляются посредством эталонных резисторов Н16,
ЯП. Для уменьшения выброса тока обратной полярно-
полярности установлены диоды Д2, ДЗ.
Нагрузка представляет собой излучатель лазера, со-
[ стоящий из лазерного диода и импульсного трансформа-
I тора. Последний выполняется на ферритовом сердечнике
с объемным вторичным витком, который непосредствен-
' но подключен к лазерному диоду.
Параметры полупроводниковых излучателей за-
зависят от изменения температуры. Если не предусмотреть
специальных мер, обеспечивающих регулирование вели-
величины тока накачки в зависимости от изменения темпера-
температуры, лазерный диод может выйти из строя или пере-
перестать излучать энергию. Поэтому предусмотрена воз-
возможность регулирования тока накачки по закону, обес-
обеспечивающему приблизительно постоянное превышение
тока накачки над пороговым током лазерного диода в
7* 91

япироком диапазоне температуры окружающей среды.
дВ качестве термочувствительного элемента используется
херманиевый транзистор Т1 (рис- 5.6.). Изменение тока
¦коллектора Т1 под действием температуры позволяет
транзистору ТЗ регулировать напряжение на выходе за-
фядного устройства. Это, в свою очередь, приводит к из-
изменению величины тока накачки в нужном направлении.
!Рис. 5.6. Транзисторная схема источника питания полупроводнико-
¦ вого излучателя
Приведенная схема транзисторного источника питания
¦излучателя позволяет формировать на согласованной
нагрузке порядка 0,3 Ом импульс тока мощностью 0,9—
1 кВт и длительностью 100 — 150 не с фронтом не более
-40 не. Частота повторения импульсов накачки задается
внешним генератором в диапазоне от 0,04 до 6 кГц
(амплитуда входного ньшульса 10 В, длительность
¦0,5 мкс). Габариты источника накачки 170X50X88 мм,
масса не более 800 г.
Увеличение мощности накачки полупроводниковых
излучателей может быть достигнуто с использованием
тиристоров и нелинейных коммутирующих дросселей.
Электрическая схема источника питания ГИТ-10 изобра-
изображена на рис. 5.7. Источник питания состоит из зарядно-
'92

го устройства (образованного источником 'напряжения
+300 В, зарядным дросселем Др1 и фиксирующим дио-
диодом Д1) и разрядного контура (содержащего формиру-
формирующий конденсатор С2, разрядный коммутатор—тири-
коммутатор—тиристор Д2, схему формирования разрядного импульса то-
тока, включающего повышающий автотрансформатор и
другие элементы, назначение которых будет объяснено
ЪОйд
151 ВыхаВ
150м о,
/?7 Т Кентроль
Рис. 5.7. Электрическая схема источника питания ГИТ-10 для полу-
полупроводникового излучателя с нелинейными дросселями
«иже). Для подключения источника питания к нагруз-
нагрузке —-' лазерному полупроводниковому диоду — использую
етея согласующее устройство.
В зарядном устройстве использована колебательная
зарядка емкостного накопителя энергии. С приходом за-
запускающего импульса тиристор Д2 отпирается и начина-
начинается разрядка накопителя через коммутатор и трансфор-
трансформатор Тр2- Дальнейшее формирование импульса задан-
заданной длительностью и амплитудой производится двумя
магнитными звеньями (Др4, Дрб— насыщающиеся дрос-
дроссели), включенными последовательно между трансфор-
трансформаторами Тр2 и ТрЗ.
Цепочка Д2, Н2 служит для замыкания цепи заряд-
зарядки конденсатора С2 и уменьшения величины обратного
выброса импульса напряжения, который не должен пре-
превышать 200 В (подбирается резистором Н2). Дополни-
Дополнительный источник напряжения, подключаемый к аноду
Д2, обеспечивает требуемую амплитуду тока первого им-
импульса. Это вызвано тем, что в первый момент включе-
включения напряжение на конденсаторе С2 не может достиг-
достигнуть установившегося значения, равного примерно удво-
удвоенному значению напряжения источника питания.
93

Параллельно выходной обмотке трансформатора ТрЗ
включается резистор К5, который совместно с Я6 ис-
используется для установки рабочего тока накачки. Конт-
Контроль формы и амплитуды импульса накачки производит-
производится с помощью резистора ^7.
На эквивалентной, нагрузке 5 Ом тиристорный источ-
источник питания излучателя обеспечивает амплитуду им-
импульса около 100 А при длительности импульса (по
уровню 0,5) в течение 110—130 не с фронтом не более
40 не. Частота повторения импульсов накачки задается
внешним генератором и составляет 100 Гц (величина
амплитуды входного импульса должна быть не менее
80 В при длительности 1—1,5 мкс). Габаритные разме-
размеры блока 247X334X172 мм, масса не более 8 кг.
Источник питания ГИТ-10 используется в системе
светового управления высоковольтными тиристорными
преобразователями на подстанции ЛЭП постоянного то-
тока большой мощности [96]-

Список литературы
1. Ищенко Е. Ф., Климков Ю. М. Оптические квантовые генера-
генераторы.— М.: Сов. радио, 1967.
2. Волков И. В., Вакуленко В. М. Источники электропитания лазе-
лазеров.— Киев: Технжа, 1976.
3. Булатов О. Г., Иванов В. С, Панфилов Д. И. Тиристорные
схемы включения высокоинтенсивных источников света. — М.:
Энергия, :1975.
4. Грановский В. Л. Электрический ток в газе. — М.: Наука, '197Д.
5. Импульсные источники света/ И. С. Маршак, А. С. Дойников,-
В. П. Жильцов и др.; Под общей ред. И. С. Маршака. — М.:
Энергия, '1978.
6. Капцов Н. А. Электроника. — М.: Гостехиздат, '1953.
7. Вассерман А. Л. Исследование и методы /расчета пускорегули-
. рующих устройств для мощных трубчатых ксеноновых ламп:
Канд. дис./ МЭИ. —М., '1968..
8. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Сов.
радио, 4964. .
¦9. Гинзбург С. Г. Методы решения задач по переходным процессам
в электрических цепях. — М.: Высшая школа, -1967.
10. Балагуров В. А. Аппараты зажигания.—•М.: Машиностроение,
11968.
й'1. Лабунцов В. А., Ривкин Г. А., Шевченко Г. И. Автономные
тиристорные инверторы. — М.: Энергия, 1967.
12. Забродин Ю. С. Узлы принудительной конденсаторной коммута-
коммутации тиристоров. — М.: Энергия, 1974.
13. Меерович Л. А., Ватин И. М., Зайцев Э. Ф., Кандыкин В. М.
Магнитные генераторы импульсов. — М.: Сов радио, 1968.
14. Милях А. Н., Кубышин Б. Е., Волков И. В. Индуктивно-емкост-
Индуктивно-емкостные преобразователи. — Киев: Наукова думка, 1964.
15. Волков И. В. Основы теории, расчета и применения индуктивно-
емкостных преобразователей.: Докт. дис/ ИЭД АН УССР.—
Киев, '1972.
18. Закревский С. И. Разработка и исследование автономных источ-
источников стабильного тока на основе индуктивно-емкостных пре-
преобразователей.: Канд. дис/ ИЭД АН УССР. —Киев, 497:1.
17. Источники питания для непрерывных газовых лазеров и других
разрядов подобного рода. — Экспресс-информация. Сер. Кванто-
Квантовая радиотехника, 1971, № 35, реф. № [159/ ВИНИТИ.
95

18. 84ап1еу С. К. СагЬоп дюхЫе 1азегз — ап ЫгойисНоп 1о Шеп-
сЬагас1епз11С5 апй йе51дп. — Орйсв апй Ьазег ТесЬпо1оду, 1971,
V. 3, № 1, р. 12—17.
19. Мизера О. -1--Р- Ье 1а5ег п'ез!; р1и« ипе сипзНе йе 1аЬога1о1ге.—
Тои1е 1'Е1ес1гог^ие, 1971, № 358, р. 21—24.
ВО. А. С. 402169 (СССР). Устройство для питания газоразрядного
прибора/ Авт. изобр.: К. Д. Шмелев, В. В. Цуканов. — Опубл.
¦в Б. И., '1973, № 411.
21. Раяакопу М. Л. А Ы§Ь-уо11а§е сиггеп! гедиЫог 1ог 1абег дав
(ИзсЬагде 1иЬез. — Кеу. 5а. 1п51гшп., 1972, V. 43, № 2,
р. 270—273.
22. Дивильковский И. М., Ковалевский Д. В., Мацвейко А. А. Тран-
Транзисторный стабилизатор разрядного тока газового лазера.—
ПТЭ, 11970, № 6, с. 1157—1159.
23. Шмелев К. Д., Цуканов В. В. 'Полупроводниковый стабилизатор
постоянного тока для питания газоразрядной трубки. — ПТЭ,
•1970,- № 2, с. 269.
24. Леонтьев Р. М., Куликов А. С. Высоковольтные стабилизаторы
тока с широким диапазоном регулирования. —¦ Электронная тех-
техника. Сер,. 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы, 1973,
вып. 1, с. 1138.
25. Махсоп О., 8еНег О. С, Ир1оп Ь. Сиггеп1-геди1а1;е<1, ЪщЪ уо1-
1аде ро-даег зирр1у {ог С\У дав 1азег8. — Кеу. 5а. 1п51'гит., 1975,
V. 46, № 8, р. 1110—1112.
26. Михалевич Г. А., Григорьев А. С, Макаров А. М. Математиче-
Математическое моделирование электромагнитных процессов в индуктивно-
емкостном источнике питания оптического квантового генератора
непрерывного режима. — Проблемы технической электродина-
электродинамики. — Киев: Наукова думка, '1975, вып. 50, с. 24—28.
27. Шлапак В. А., Стародумов Ю. И. Машинный анализ переход-
переходных процессов источника питания с индуктивно-емкостным пре-
преобразователем при нелинейной нагрузке. — Проблемы техниче-
технической электродинамики. — Киев: 'Наукова думка, 11975, вып. 50,
с. 28—312.
28. Ильина О. К., Мачулка Г. А., Перова Л. А. Серия ОКГ на
углекислом газе яа основе базовой конструкции типа ЛГ-.17.—•
Квантовая электроника, ',197'1, № 6, с. 78—83.
29. Вегцаппп Р. Хепоп рошег зиррНез аге в1гапде. — Е1ес1го-орНса1
зуз1ет8 Йез1§п, 1975, V. 7, № 3, р. 32—37.
30. Губаревич В. Н., Исаков В. Н., Кабан В. П. Устройство для
питания ламп накачки лазеров непрерывного режима работы. —
Проблемы технической электродинамики. — Киев: Наукова дум-
думка, |1975, .вып. 60, с. 1132—'136.
96

31. А. С. 416682 (СССР). Трехфазный регулируемый и индуктивно-
емкостный преобразователь/ Авт. изоб.: А. Н. Милях, И. В. Вол-
Волков, В. М. Вакуленко, С. И. Закревский, В. Н. Исаков, В. Н. Гу-
баревяч. — Опубл. в Б. И., 1974, № 7.
32. Волков И. В., Исаков В. Н. Регулируемый •индуктивно-емкостной
преобразователь. — В кн.: Повышение эффективности устройств
преобразовательной техники. Ч. 2. — Киев: Наукова думка, 11972,
с. 2412^250.
33. Волков И. В., Горбачев М. Н., Губаревич В. Н., Закревекий С. И.
Статические индуктивно-емкостные преобразователи с 'Плавным
регулированием тока нагрузки. — В кн.: Системы стабилизиро-
стабилизированного тока. — Киев: Наукова думка, '1976, с. 3—М5.
34. Горбачев М. Н. Расчет углов регулирования многофазного тири-
сторного выпрямителя в режиме источника тока. — В кн.: Опти-
Оптимизация преобразователей электромагнитной энергии. — Киев:
Наукова думка, 11976, с. 98—1105.
35. Сушко В. А., Зельдич М. Н. Стабилизатор тока лампы непре-
непрерывной накачки ОКГ. — В кн.: Системы стабилизированного то-
тока.— Киев: Наукова думка, 11976, с. 95—99.
36. Перльман Д. Е. Предельные нагрузки прямых трубчатых им-
импульсных ламп, наполненных ксеноном. — Приборы для научных
исследований, '1967, т. 38, № И, с. 72—76.
37. Коновалов М. Б., Голубев П. В. Сравнение двух способов им-
импульсного преобразователя энергии. — В кн.: Системы электро-
электропитания потребителей импульсной мощности. — М.: Энергия, 1976,
с. 5—'10.
38. Гой А. И., Данилов Л. В., Таипов Р. А. Лазер с индуктивным
накопителем для сварки и термообработки. — Вопросы радио-
радиоэлектроники. Сер. Технология производства и оборудования,
11967, № 2, с. 39—42.
39. МагЫедагсЬ Л. Р., ЕттеК Л. Ь. Оез^п о! ИазЫатр йгтпд С1г-
сш1$. — ШЕЕ ригпа! о! (Зиапгит Е1есгготез, 1966, V. 2, № 11,
-р. 707—711.
40. Королев Е. А., Хазов Л. Д. Расчет схем' питания импульсных
ламп для накачки твердотельных ОКГ. — Журнал прикладной
спектроскопии, 11967, т. VI, вып. 4, с. 467—470.
41. Бенедиктов Г. Л., Михайлов Н. И. Особенности получения мощ-
мощных световых импульсов сложной формы. — ПТЭ, 11971, № 4,
с. 487—1189.
42. Козодаев А. М. Электрические управляемые вентили для фор-
формирования мощных импульсов тока.—М.: Атомиздат, Ц976.
43. Пентегов И. В. Основы теории и расчета зарядных цепей емкост-
емкостных накопителей энергий7.: Докт. дис/ ИЭД АН УССР.— Киев,
Л974.
97

44. Волков И. В., Закревский С. И. Импульсный заряд емкостных
накопителей энергии. — Проблемы технической электродинами-
электродинамики.— Киев: Наукова думка, 1969, вып. '19, с 83—87.
45. Липюовский К. А., Озерянский А. А. О рациональном использо-
использовании трансформатора в тиристорных регуляторах переменного
напряжения. — Проблемы технической электродинамики. — Киев:
Наукова думка, 1972, выл. 35, с. Ш15-ЧГ19.
46. А. С. 177517 (СССР). Устройство быстродействующей защиты
от коротких замыканий неуправляемых выпрямителей/ Авт.
изобр.: В. М. Вакуленко. — Опубл. в Б. И., 1966, № 1.
47. Бердинских Г. С. Исследование режимов работы и выбор опти-
оптимальных параметров зарядных устройств с выпрямителями:
Каид. дне/ КПИ. — Киев, 11969.
48. Епсккоп Ь. Е., 8решег С. М. А ЫдЬ-81аЫН1у, ргодгаттей, зоНй-
з1а1е ри1зе-1а$ег рошег еирр1у.— Е1ес1готк Епдтеепгщ, 1970,.
№ 3, р. 36—38.
49. Пентегов И. В., Стемковский Е. П. Исследование переходных
процессов при зарядке 'батареи конденсаторов с помощью вы-
выпрямителя, собранного по схеме Латура. — Проблемы техниче-
технической электродинамики. — Киев: Наукова думка, 11970, вып. 24,
с. 407—A411.
50. Вакуленко В. М., Иванов Л. П. Зарядная цепь емкостного нако-
накопители с удвоением напряжения. — ПТЭ, 1970, № 5, с. НПО—!М2.
ЭК А. С. 336779 (СССР). Устройство зарядки накопительных кон-
конденсаторов./ Авт. изобр.: В. М. Вакуленко, Л. П. Иванов.—
Опубл. в БИ, '1972, №. 14. 4
52. Пентегов И. В. Анализ процессов в зарядных цепях с затухаю-
затухающим резонансом. — В кн.: Повышение эффективности устройств
преобразовательной техники. Ч. 4 — Киев; Наукова думка,
'1973, с. 290-^299.
БЗ. Вакуленко В. М. Тиристорное управление индуктивно-емкостным
преобразователем при зарядке емкостных 'накопителей энергии.—
В сб.: Проблемы технической электродинамики. — Киев: Нау*
кова думка,-119711, вып. 29, с. 61—65.
64. Еллерн Ф. Емкостные зарядные устройства для космических
систем с использованием управляемых вентилей. — Электро-
Электроника, 1963, т. 36, № 41, с. 24—126.
55. Кононов С. П., Белокопытов А. С. Исследование зарядки емкост-
емкостных накопителей от сети переменного напряжения через управ-
управляемый выпрямитель. — В кн.: Импульсная электроэнергетика.—
Казань, 1970, с. 176—'186.
56. Воробьев А. А., Тонконогов М. П., Глузберг Е. И., Сулимов К. Г.
К. п. д. зарядки емкостного «накопителя». — Из-в. вузов СССР.
Сер. Электромеханика, 1968, № !12, с. 1303—-1Э10.

57. Вакуленко В. М. Эффективная схема питания импульсных
ламп.—Журнал прикладной спектроскопии, '1970, т. '.13, № 3,
с. 413—418.
68. Вакуленко В. М., Бомко А. Г., Иванов Л. П. Зарядка емкост-
емкостного накопителя от сети переменного напряжения. — ПТЭ, 1970,
№ 5, с. 112—11I4.
59. А. С. 430493 (СССР). Устройство для заряда накопительных
конденсаторов./ Авт. изобр.: А. Г. Бомко, В. М. Вакуленко. —
Опубл. в БИ, '1974, № 20.
60. Ингельс Н. Б., Буржио А., Томпсон Н. П. Расчет зарядных це-
цепей для импульсных генераторов с формирующей линией.—
Приборы для научных исследований, 1966, т. 37, № 111, с. 45—49.
61. Бенедиктов Г. Л., Овчаренко А. Е., Опре В. М. Генератор мощ-
мощных прямоугольных импульсов тока регулируемой длительно-
длительности.—ПТЭ, 1975, № 5, с. 96—96.
62. Ьо С. С, Рап В. Сопз1ап1 ри!зе епегду ромег зирр!у 1ог а ЫдЬ
гереШюп га1е 1азег 8уз1ет. — Неу. За. 1пз1гит., 1976, V. 47,
№ 1, р. 63—65.
63. Сегхогап V. 3., Мс МШап К- №., Вагпохке 8. К. Р1азп1атррит-
реа УАС: Ш+3 1азег ас1юп а! Ы1опег1г га1ез. — ШЕЕ X, 1974,
О.Е-10, № 8, р. 618—620.
64. Песоцкий В. С. Колебательная зарядка импульсных конденса-
конденсаторов при различных схемах выпрямления.—-В кн.: Повышение
эффективности устройств преобразовательной техники. Ч. 2. —
Киев: Наукова думка, 11972, с. 259—266.
65. Вакуленко В. М. Некоторые особенности колебательного заряда
емкостного накопителя энергии. — Журнал прикладной спектро-
спектроскопии, '.1969, т. XI, вып. 4, с. 7!Н—717.
66. А. С. 365784 (СССР). Устройство для стабилизации выходного
напряжения импульсного преобразователя./ Авт. изобр.:
А. Г. Бомко, В. М. Вакуленко, В. А. Комков. — Опубл. в БИ,
Й973, № 6.
67. Бомко А. Г., Вакуленко В. М. Источник питания газоразрядных
ламп с повышенной частотой следования импульсов. — ПТЭ,
¦1975, № II, с. 250.
68.. Шевченко Г. И., Богданов Н. Н., Забродин Ю. С. Регулируемый
тиристорный преобразователь для зарядки батареи конденсато-
конденсаторов. — Доклады на научно-технической конференция по итогам
НИР за 4966—'1967 тт. Секция электронной техники, подсекция
промышленной электроники. — М.: 'МЭИ, /1967, с. 27—36.
69. Пазеев Г. Ф. О некоторых ключевых схемах для заряда емкости
от источника постоянного напряжения. — Проблемы технической
электродинамики. — Киев: Наукова думка, 11969, вып. 119,
с. 95—Л 01.
99

70. Бертинов А. И., Гершберг В. С, Кофман Д. Б. Регулируемый
статический преобразователь для заряда емкостного накопите-
накопителя. — В кн.: Устройства преобразовательной техники. — Киев:
Наукова думка, -1969, вып. 2, с. 205—218.
71к Бертинов А. И., Кован Ю. И., Кофман Д. Б. Анализ работы и
расчет тиристорного инвертора для заряда конденсатора. —
В кн.: Повышение эффективности устройств преобразовательной
техники. Ч. 2. — Киев: Наукова думка, '1972, с. 282—292.
72. Катасонов Н. М., Коновалов М. Б. Принципы построения и
сравнительная характеристика инфранизкочастогных систем за-
зарядки емкостных накопителей энергии. — В кн.: Системы элек-
электропитания потребителей импульсной мощности. — М.: Энергия,
1976, с. '111—17.
73. Лисовский Л. П., Чельный А. А. Современное состояние и пер-
перспективы развития лазерной технологии. — Физика я химия обра-
обработки материалов, 4967, № 4, с. 34—39.
74. Блоки питания лазерных технологических установок. — Электрон-
Электронная промышленность, Ц 976, № Ц, с. 68.
75. Богоявленский В. С, Иванов Е. Ф., Цельный А. А. Квантовая
электроника на выставке «Машиностроение-72». — Электронная
промышленность, 1972, № 5,-ч;. 96—/105.
76. Великих В. С, Рончаренко В. П., Картавцев В. С, Ковриж-
кин В. С, Тарасова Е. Н., Тимофеев А. И., Цельный А. А. Им-
Импульсная лазерная закалка технологического инструмента. —
Электронная промышленность, 1976, № 1, с. 64—67.
77. Бузмаков А. Г., Коврижкин В. С, Тарасова Е. Н., Тимо-
Тимофеев А. И., Цельный А. А. Импульсная шовная сварка излуче-
излучением лазеров на алюмо-иттриевом гранате. — Электронная про-
промышленность, -1976, № |1, с. 45—61.
78. Вакуленко В. М., Ершов А. Г., Иванов Л. П., Муратов Л. С,
Чередниченко О. Б., Шариф Г. А. Моноимпульсный ОКГ с кас-
каскадными умножителями и перестраиваемым преобразователем
частоты. — ПТЭ, 1971, № 5, с. 197—200.
79. Вакуленко В. М., Захаров В. Г., Иванов Л. П., Лавров А. Ф.,
Парфенов Б. А., Цельный А. А., Бондарев И. А. Установка
«'Квант-9» для сверления отверстий. — Квантовая электроника,
1973, № 2, с. 99—1102.
80. А. С. 379956 (СССР). Устройство для зарядки накопительных
конденсаторов./ Авт. изоб.: В. А. Белявцев, В. М. Вакуленко,
Л. П. Иванов, В. П. Мызников. — Опубл. в БИ, A973, № 20.
81. А. С. 470892 (СССР). Устройство для управления последова-
последовательно соединенными тиристорами./ Авт. «зобр.: Л. П. Ива-
Иванов.—Опубл. -в БИ, 1975, № 48.
100

82. А. С. 341005 (СССР). Сравнивающее устройство с потенциаль-
потенциальным выходом./ Авт, изобр.: Л. П. Иванов. — Опубл. в БИ, 11972,.
№ 18.
83. А. С. 327574 (СССР). Генератор импульсов./ Авт. изобр.:
Л. П. Иванов. — Опубл.. в БИ, 11972, № 15.
\р4. \Уапе С. Р. 5ш1р1е Газ^сНвспаг^е йеуке Гог Ы^И-ро^ег рикей
1авег8. — Кеу. 8а. 1п81гит., 1976, V. 47, № 1, р. 92—95.
85. НаЙоп 5., ТовЫо О: ЗаЫгаНоп о{ роуег аигри{ о! а ри15ей шп-
1азег ш уегу ЪщЬ сиггеп1 ге^юпв.—Арр1. Рпув. ЬеМегв, 1968,.
V. 12, № 4, р. 131—133.
86. Тарасенко В. Ф. Азотный лазер с системой питания на тира-
тиратроне.— Приборы и техника эксперимента, 1974, №Л,с .172—1174.
87. Тарасенко В. Ф. Генератор возбуждения импульсных лазеро»-
с продольным разрядом. — Приборы и техника эксперимента,.
¦1975, № 5, с. 1180—18I.
88. \УНкег5оп Л. Ь., \УШе К. 5. Ьазег ри^ег оуегсотез 5СК Ьа1сЫпе.
РгоЫет. — МшгодуагеБ, 1970, № 5, р. 75—79.
89. Кэролл Р. Схемы питания импульсных инжекционных лазеров.—
Электроника, 11971, т. 44, М> 26, с. 39—43.
90. СНЪбоп 5. В., 8та1Ьег8 8. Е., Кераку А. Л. ОрЦс апй риЬе ролуег
8ирр1у {ог 1авег Йюйе аггау зоигсеб. — Ргос. Е1ес1го-ОрНса1 Зу5-
1ет5 Ое81дп Соп!., 1970, р. 789—800.
Й1. Импульсный генератор и лазер в одном корпусе. — Электроника,
1973, т. 46, № ,14, с. 83.
92. Греков Е. Н., Сигитов В. Т., Балдихин В. С Генератор импуль-
импульсов тока. — Приборы и техника эксперимента, 1970, № 3, с. 278,
93. УапсЗегтеаН Л., НаНегу XV. V., 8г1апкау 2. О. ЗиЬпапоБесопй
П8е Ите риЬез Ггот т]'ес!юп 1авег5. — ШЕЕ Л. 1974, (^Е-Ю,.
№ 7, р. 570—572.
94. Кусургашев С. В. Транзисторный генератор для накачкн инжек-
ционного полупроводникового квантового генератора. — ПТЭ,.
Д975, № .1, с. .165-4166.
95. Миме Ф. М. Релаксационные генераторы для возбуждения ин-
инжекционных лазеров. — Электроника, 119711, т. 44, № '15, с. 50—53.
96. Еремин В. И., Горшков В. С, Данькин Е. Ф. Световой канал
для системы управления, защиты и сигнализации высоковольт-
высоковольтных аппаратов. — Электротехника, 1975, № 6, с. 27.

ОГЛАВЛЕНИЕ
^Предисловие 3
. Включение лазерных излучателей , 5
. A.1, Принципы построения схем зажигания газоразрядных
приборов 5
A.2. Схемы зажигания маломощных газоразрядных при-
приборов . 8
11.3. Импульсные схемы зажигания Ю
'3,. Электропитание лазерных излучателей непрерывного ре-
режима работы 18
2Л. Способы преобразования источников напряжения
в источники тока 18
Й.2. Маломощные источники тока 20
2.3. Источники электропитания дугового газового разряда 27
.*3. Выбор и расчет функциональных элементов импульсных
источников электропитания 32
3.1. Схемы формирования выходных импульсов ... 32
3.2. Зарядные устройства емкостных накопителей энергии 39
3.3. Модульные конструкции блоков зажигания ламп на-
накачки 53
-4. Источники электропитания с низкой частотой повторения
импульсов накачки 57
4Л. Импульсные источники питания с индуктивно-емкост-
индуктивно-емкостными преобразователями 57
4.2. Источники питания с реактивными токоограничитель-
яыми элементами 62
4.3. Системы управления импульсными источниками пита-
питания 68
35. Электропитание излучателей при повышенной частоте повто-
повторения импульсов . 79
5Л. Схемы источников питания для твердотельных излу-
излучателей 79
6,2. Источники электропитания газовых и полупроводни-
полупроводниковых излучателей 88
Список литературы 95

ИБ № 489
ВЛАДИМИР МИХАЙЛОВИЧ ВАКУЛЕНКО
ЛЕВ ПАВЛОВИЧ ИВАНОВ
Источники питания лазеров
Редактор Л. В. Голованова
Художественный редактор Н. А. Игнатьев
Технический редактор И. В. Орлова
Корректор М. Ф. Белякова
Сдано в набор 12.05.79 ' Подиисано в печать 27.09.79 Т-18509-1
Формат 84Х108'/з2 Бумага типографская № 2 Гарнитура литерат.
Печать высокая Объем 5,46 усл. п. л. 5,87 уч.-изд. л. Тираж 10 000 экз—
Зак. 215 Цена 30 к.
Издательство «Советское радио», Москва, Главпочтамт, а/я 693
Московская типография № 10 «Союзполиграфпрома»
Государственного Комитета СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
Москва, М-114, Шлюзовая наб., 10

Вакуленко В. М., Иванов Л. П.
Источники питания лазеров. — М.: Сов. радио,
1980.— 104 с, ил.— (Массовая библиотека инже-
инженера. «Электроника»).
30 к.
Рассмотрены электрические схемы, предназначенные для обеспе-
обеспечения работы лазеров в непрерывном н импульсном режимах. Даны
описания практических схем с указанием особенностей их проекти-
проектирования и эксплуатации.
Книга рассчитана на широкий круг читателей, занимающихся
разработкой и эксплуатацией лазеров.
В 30407~°П 48-80 2403000000 ББК.32.86
046@1)—80 6Ф2.14