Источник питания с ёмкостным накопителем энергии

Такие источники питания получили в настоящее время наиболее широкое применение на практике. Источники питания с емкостными накопителями можно разделить на две группы:

1 схемы с неуправляемым током зарядки

2 схемы с управляемым током зарядки.

Зарядное напряжение емкостных накопителей лазерных установок колеблется в пределах от нескольких кВ до нескольких десятков кВ.

К первой схеме относятся схемы с зарядкой емкостей от источника напряжения через токоограничивающие элементы: активный резистор, индуктивность, конденсатор.

Принципиальная схема высоковольтного источника питания в виде источника напряжения с активным токоограничивающим резистором представлена на рис. .

Рис.

Т₁-регулировочный трансформатор

Т₂- ВВ трансформатор ( повышает напряжение)

V- ВВ диод для получения выпрямленного напряжения, для зарядки конденсаторов С₁-С₄

С₁-С₄ – батарея ВВ конденсаторов , суммарная емкость которых сотни, тысячи мкФ.

R₂ – разрядное сопротивление для разрядки конденсаторов С₁-С₄ при отключении установки.

kV- киловольтметр, для измерения зарядного напряжения

L_p- индуктивности для обеспечения импульса разрядного тока требуемой формы

ИЛ- импульсная лампа, постоянно подключена к батарее конденсаторов но не пробивается, т.к. напряжение на конденсаторах выбрано меньше пробивного.

Работа схемы

При включении S₁ происходит зарядка батареи ВВ конденсаторов С_б через Т₁, т₂, V₁ и R₁ до установившегося значения напряжения U_з. Таким образом происходит запасание эл. Энергии в батарее конденсаторов С_б. Величина зарядного напряжения U_з устанавливается с помощью регулировочного трансформатора Т₁ и контролируется kV. После этого с помощью схемы поджига вызывается пробой газоразрядного промежутка импульсной лампы ИЛ. Батарея конденсаторов разряжается через L_p и импульсную лампу. Эл энергия , запасаемая в С_б преобразуется в световую энергию, излучаемую лампой.

Для такой схемы применяют два режима зарядки батареи конденсаторов:

- постоянная времени зарядной цепи много меньше полупериода питающего напряжения, те , где f_с – частота питающего напряжения

-

В первом случае время зарядки равно , те зарядка батареи конденсаторов происходит за время изменения синусоидального напряжения от «0» до амплитудного значения. А - амплитудному значению напряжения на выводах источника те Т₂.

Во втором случае время зарядки батареи конденсаторов до напряжения источника составляет , кпд процесса зарядки независимо от применяемого режима , можно определить по формуле

(2.33)

- энергия запасаемая в батарее конденсаторов, Е_П- энергия потерь.

В первом случае поэтому

Во втором , тогда , на практике , тк время заряда имеет меньшую величину:

Первый режим применяется в лазерах с высокой частотой следования импульсов- до 100 Гц.

Электрическая энергия, подводимая к излучателю, может быть определена по

формуле

, (2.34)

где - напряжения, до которого разряжается батарея конденсаторов

Можно определить режим зарядки С_б при котором достигается наиболее высокий к.п.д. в процессе зарядки батареи конденсаторов

Рис.

Согласно схемы замещения зарядной цепи (рис. ), энергия потерь в активном сопротивлении определяется по формуле

, т.к. ,

где t_з- время зарядки.

Минимальное значение достигается при , т.е.

. (2.35)

Другими словами минимальные потери соответствуют постоянному зарядному току.

Электрические схемы источников питания с зарядкой через индуктивный и емкостный токоограничивающий элемент отличаются от приведенной (рис. ) только тем , что вместо резистора R₁ включают индуктивности или емкости соответственно. Такие схемы получили применение в лазерах малой мощности и с точки зрения технологического применения лазеров интереса не представляют.