200520. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés szabályozható kimenő karakterisztikájú nagyfeszültségű kaszkád tápegység céljára
1 HU 200520 B 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés szabályozható kimenő karakterisztikájú nagyfeszültségű kaszkád tápegység céljára. Nagyfeszültségű kaszkád tápegységek a többfokozatú kaszkád egyenirányító következtében jelentős belső ellenállással rendelkeznek. Ennek következtében a kimenő feszültség a kimenő áram növekedésével csökken. Nagyfeszültségű tápegységek alkalmazása során gyakori az az igény, hogy a tápfeszültség a kimenő áramtól függetlenül állandó érték legyen, illetve valamilyen előírt összefüggés szerint változzon. A stabilizált tápegységeknél szokásos eljárást, amely szerint a kimenő feszültségről vett jellel vezérelünk valamilyen áteresztő elemet, például tranzisztort, azonban nem lehet alkalmazni, mert nagyfeszültségű, adott esetben többszáz kV-os áteresztő elem nem áll rendelkezésre. A kimenő feszültség méréséhez nagyfeszültségű osztó szükséges, ez általában terjedelmes, költséges és sokszor nehezen megvalósítható (lásd pl. az US 4 616 300 számú szabadalmi leírást). A nagyfeszültségű kaszkád tápegységek kimenőfeszültségének stabilizálására ismeretesek kapcsolási elrendezések. Ilyen például a DE 2 529 357 számú szabadalomban leírt módszer, amely szerint a nagyfrekvenciás oszcillátor transzformátor elhelyezett segédtekercsről visszacsatolással szabályoz. Ennek a módszernek az a hátránya, hogy a segédtekercs feszültsége nincs közvetlen összefüggésben az egyenirányító kimenő áramával, ezért a szabályozás pontossága nem kielégítő. Az US 4 559 594 számú szabadalomban leírt módszer a kimenő feszültségről feszültségosztóval képezi az ellenőrző jelet, az áram ellenőrző jele pedig a nagyfrekvenciás oszcillátor primér oldaláról származik, ezért ez a megoldás is költséges elemeket tartalmaz, ugyanakkor a kimenő áram mérése ebben az esetben sem kellő pontosságú. A HU 172 971 számú szabadalmi leírásban olyan nagyfeszültségű generátort ismertetnek, mely szabályozható tápegységet, nagyfrekvenciás invertert és ahhoz kapcsolt kaszkád egyenirányítókat tartalmaz. Ennél a megoldásnál a kimenő áramot nem mérik, arról nincs visszacsatolás a bemenetre. A fenti hátrányok kiküszöbölhetők, ha figyelembe vesszük azt, hogy a nagyfeszültségű kaszkád egyenirányító ugyan jelentős, de - meghatározott feltételek között - közel állandó értékű, egy adott kapcsolás esetén mérhető, illetve számítható belső ellenállással rendelkezik, továbbá, hogy a nagyfeszültségű kaszkád egyenirányítót tápláló inverter-egység a tápfeszültségével arányos kimenő nagyfrekvenciás jelet szolgáltat. A nagyfrekvenciás inverter tápegysége azonban kisfeszültségű tápegység, amelynek feszültsége a szokásos módszerekkel egyszerűen változtatható, ezért mindig beállítható olyan értékűre, hogy az adott nagyfeszültségű kimenő áram esetén éppen a kívánt nagyfeszültségű kimenőfeszültséget kapjuk. A nagyfeszültségű kimenő áram és belső ellenállás ismeretében egyszerű függvénygenerátor áramkör állítja elő a kisfeszültségű tápegység szükséges vezérlőjelét. A találmány célja tehát olyan kapcsolási elrendezés létrehozása szabályozható kimenő karakterisztikájú nagyfeszültségű kaszkád tápegység céljára, mely nem tartalmaz sem áteresztő stabilizátort, sem nagyfeszültségű osztót. A kitűzött célt olyan kapcsolási elrendezéssel, szabályozható kimenő karakterisztikájú nagyfeszültségű kaszkád tápegység céljára, értük el, mely szabályozható tápegységgel összekötött nagyfrekvenciás invertert, ehhez kapcsolt kaszkád egyenirányítót, visszacsatoló mérőellenállást tartalmaz. A találmány lényege abban van, hogy a mérőellenállás egy árammérő ellenállás, mely egyik kivezetésénél a kaszkád egyenirányító kisfeszültségű bemenőpontjával és függvénygenerátor áramkör bemenetével, másik kivezetésénél a nagyfeszültségű kimenet földelt pontjával van összekötve, míg a függvénygenerátor áramkör kimenete a szabályozható tápegység vezérlő bemenetére van kötve. A találmány szerinti kapcsolási elrendezést az alábbiakban kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az ábrán a találmány szerinti kapcsolási elrendezés vázlata látható. Ez 1 szabályozható tápegységet, annak kimenetéhez 2. a bemenetén keresztül csatlakoztatott 2 nagyfrekvenciás invertert, annak kimenetével összekötött 3 kaszkád egyenirányítót, valamint az 1 szabályozható tápegység l.a vezérlő bemenetére 4.b kimenetén keresztül csatlakozó 4 függvénygenerátor áramkört foglal magába. A 3 kaszkád egyenirányító kimenetére 6 változó terhelő ellenállás, 3.a bemenetére a 4 függvény generátor áramkör 4.a bemenete és 5 árammérő ellenállás egyik kivezetése van kapcsolva, míg annak másik kivezetése a 6 változó terhelő ellenállás másik kivezetésével és a 4 függvénygenerátor áramkör másik bemenőpontjával együtt le van földelve. Az 1. ábrán feltüntettük még a 6 változó terhelő ellenálláson átfolyó it nagyfeszültségű kimenőáramot és a rajta eső Uki nagyfeszültségű egyenfeszültséget. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés a következőképpen működik: A kimenő áramkör földelt részében lévő 5 árammérő ellenálláson a teljes it nagyfeszültségű kimenőáram átfolyik. Az 5 árammérő ellenálláson eső, az it nagyfeszültségű árammal arányos feszültséget a 4 függvénygenerátor áramkörbe vezetjük, amely a 3 kaszkád egyenirányító ismert függvény szerinti belső ellenállásának és a kívánt kimenő karakterisztikának megfelelő vezérlőjelet szolgáltat a 2 nagyfrekvenciás invertert tápláló 1 szabályozható tápegységnek, a 2 nagyfrekvenciás inverter kimenő jelét pedig a 3 kaszkád egyenirányító alakítja át egyenfeszültséggé. Az 1 szabályozható tápegység az l.a vezérlő bemenetén lévő feszültséggel arányos tápfeszültséget szolgáltat, amely a 2 nagyfrekvenciás inverter tápfeszültségével arányos nagyfrekvenciás kimenőjelét a 3 kaszkád egyenirányítóra kötjük, ily módon a 3 kaszkád egyenirányító kimenetén Uid nagyfeszültségű egyenfeszüítség keletkezik. A 6 változó terhelő ellenállás következtében keletkező it nagyfeszültségű kimenő áram átfolyik a kimenet földelt pontja és a nagyfeszültségű 3 kaszkád egyenirányító 3.a kisfeszültségű bemenőpontja közé kötött 5 árammérő ellenálláson, ezért a 4 függvénygenerátor áramkör 4,a bemenetén az it nagyfeszültségű kimenő árammal aranyos feszültség keletkezik. A 4 függvénygenerátor áramkör a 3 kaszkád egyenirányító által képviselt, ismert értékű belső ellenállás figyelembevételével olyan vezérlőjelet ad a 4.b kimenetén az 1 szabályozható tápegység l.a vezérlő bemenetére, hogy az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
