Современная электроника №9/2020

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 57 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 9 2020 Рис. 1. Фрагмент электрической схемы для функционирования импульсных ксеноновых ламп весного плазменного канала (генера- ции фронта, среза или поддержания амплитуды импульса мощности излу- чения) [16]. На рисунке 1 представлен фрагмент электрической схемы для функционирования газоразрядных ламп, состоящий из схем, формирую- щих импульсы зажигания (поджига) и поддержания тока псевдодежурной дуги, и выходного каскада, построенного из электрических элементов с коммути- рующим IGBT-транзистором и обеспе- чивающего формирование импульсов электрическоймощности, поступающих в импульсную ксеноновую лампу. Про- цессам, происходящим в этомфрагмен- те электрической схемы для функцио- нирования импульсных ксеноновых ламп, посвящена данная статья. Всхемеиспользованыследующие эле- менты: R1 (75 Вт), R2 (5 Вт), R3 (5 Вт), R4 (0,25Вт), R5 (0,5Вт), R6 (1Вт); CK(800В); диодыVD1 и VD2 типа FR607; фотодиод VD3 типа BPW21R; импульсный стаби- литрон (диод Зенера) VD4 типа КС522А; IGBT-транзистор VT1 типа IRG4PSC71U; осциллографы1, 2, 3 типовHPS10, HPS40, HPS50, APS230; IXL (ИКЛ) типаИНП-5/45. Электрические схемы, формирующие импульсы зажигания (поджига) в лам- пеиподдержания токапсевдодежурной дуги, изображенынарисунке1в виде еди- ного функционального блока. Принци- пыфункционирования такихэлектриче- ских схем описаны в соответствующем источнике литературы [16]. Двухполяр- ныйимпульс высокогонапряженияпод- жига амплитудой 6 кВ и длительностью 16,5мксприкладываетсямежду анодомА икатодомКксеноновойлампы, чтопри- водит к созданию стримера, а затем и к электрическому пробоюксенонамежду электродамилампы. Импульсная электри- ческая схема поддержания тока псевдо- дежурной дуги создаёт между электро- дами лампы импульс напряжения, под воздействиемкоторогостримерперерас- тает вплазменныйканалпсевдодежурной дуги. Плазменный канал псевдодежур- ной дуги находится в состоянии готов- ности к поступлению силового импуль- са напряжения накачки между анодом и катодом лампы в течение промежут- ка времени задержки стробирующего прямоугольного импульса напряжения управления IGBT-транзистором, прикла- дываемогомежду его затворомиэмитте- ром, относительноначальногомомента времени создания стримера. В течение времени ожидания прихода силового импульса электрического напряжения накачки, когда лампа находится в режи- ме горения плазменного канала псев- додежурной дуги, IGBT-транзистор VT1 находится в режиме отсечки и блокиру- ет напряжение U CK (t 0 ), до которого заря- женблокнакопительныхконденсаторов CK. Процесс формирования силового импульса электрического напряжения накачки запускается поступающим от схемы управления стробирующим пря- моугольным импульсом напряжения управления IGBT-транзисторомVT1, при- кладываемыммежду его затворомиэмит- тером. Под воздействиемэтогоимпульса IGBT-транзисторполностьюоткрывает- ся, переходя врежимнасыщения. Под воз- действиемсиловогоимпульса электриче- скогонапряжения накачки, когда лампа находится под воздействием силового импульса электрического напряжения накачки, формируемогоизображенным нарисунке1выходнымкаскадом, в газо- разряднойлампеизплазменногоканала псевдодежурной дуги возникает расши- ряющийсянеравновесныйплазменный канал, переходящий затем в установив- шийсяираспределённыйпообъёму ква- зиравновесныйплазменный канал. В рассматриваемомфрагменте элек- трической схемы для функциониро- вания импульсных ксеноновых ламп реализуются два режима формирова- ния силового импульса тока накачки. Когда тумблер SW находится в поло- жении (1), выходной каскад представ- ляет собойразрядный LC-контуриз эле- ментов CK-Ldr-IXL (АК)-VT1 (КЭ)-R3-CK электрической схемы, представленной на рисунке 1. В нём формируется сило- войимпульс электрического тока в лам- пе, длительность которого определяется длительностьюуправляющего работой IGBT-транзистора VT1 стробирующего импульса электрического напряжения, приложенного между затвором и эмит- тером IGBT-транзистора. Если длитель- ность управляющего IGBT-транзистором VT1 стробаменьше длительностиполо- жительной полуволны электрическо- го сигнала, то после запирания IGBT- транзистора (перехода его в режим отсечки) затухающий ток протекает по контуру Ldr-VD1 (AК)-R2-Ldr. Еслифизи- ческие параметры рассматриваемой системы выбраны так, что после поло- жительнойполуволныполусинусоидаль- ного затухающегоимпульса тока накач- ки следует его отрицательная полуволна, то перезаряженныйнакопительный кон- денсатор CK разряжается по контуру CK-R3-VD2 (АК)-(VD1 (АК)-R2)||Ldr-CK. В описанном первом варианте функ- ционирования схемы («режим ограни- чения скоростиизменения и амплитуды тока накачкифизическимипроцессами в дросселе и самой импульсной ксено- новой лампе») процессыформирования плазменного канала включают в себя: 1. стадию расширения неравновесно- го плазменного канала; 2. стадию увеличения температуры рав- новесного плазменного канала; 3. стадию уменьшения температуры плазменного канала. На первых двух стадиях формируется фронт (нарастающая часть) излучаю- щего силового импульса тока накачки, а на третьей стадии – срез (затухающая часть) этого импульса. Когда тумблер SWнаходится в поло- жении (2), выходной каскад представ- ляет собой модулятор с частичным разрядом накопительной ёмкости, состоящий из элементов CK-IXL (АК)- VT1 (КЭ)-R3-CK электрической схе- мы, представленной на рисунке 1. В нём формируется силовой импульс электрического тока накачки в лампе, длительность которого определяет- ся длительностью строба управления IGBT-транзистором VT1, приложенно- 100 Ω 1 Ω 0,1 Ω 240 κΩ 75 κΩ 2,2 ΜΩ E1 CK R1 R2 VD1 VD2 R3 R4 к осц. 1 к осц. 2 к осц. 3 Ldr u L u C (1) (2) SW +5 В VD3 IXL VT1 R6 R5 VD4 u 1 Схемы высокого напряжения зажигания газоразрядной лампы и поддержания тока псевдодежурной дуги в ней Схема управления IGBT-транзистором