ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА, 2014, № 5, с. 139-140
ПРИБОРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ
УДК 543.551
БЛОК ПИТАНИЯ ДУОПЛАЗМОТРОНА © 2014 г. В. Т. Черепин*, Т. А. Красовский*, В. И. Василенко
Поступила в редакцию 21.11.2013 г. После доработки 19.02.2014 г.
DOI: 10.7868/S0032816214050061
Управление запуском и работой дуоплазмотро-на требует выполнения ряда процедур, связанных с созданием условий для возникновения тлеющего или дугового разряда в холодном полом катоде и достижения максимума вытягиваемого ионного тока. Для этого необходимо подвести к электродам дуоплазмотрона анод—катод постоянное напряжение (>1000 В) и контролированно напустить в камеру рабочий газ до уровня давления, при котором возникает разряд, а в дальнейшем понизить давление до уровня, обеспечивающего так называемый "режим голодания" [1].
Для решения этой задачи разработан электронный блок, содержащий канал поджига и стабилизации тока разряда и канал косвенной стабилизации напряжения разряда путем регулировки напряжения на нагревателе термомеханического натекателя.
Принципиальная схема блока представлена на рисунке. Верхняя часть схемы — канал поджига и стабилизации тока разряда, в состав которого входят усилитель ошибки М1А, ш.и.м.-контроллер М3, двухтактный резонансный усилитель мощности — транзисторы Т2,Т3 и трансформатор Тр1, чоппер — транзистор Т1, диод Д3 и дроссель Z1, и выпрямитель-удвоитель — Д6—Д9, С2, С3. Выходное напряжение поступает на анод и катод дуоплазмотрона. Поскольку эти электроды находятся под потенциалом +10 кВ относительно корпуса, вторичная обмотка w2 трансформатора Тр1 намотана на каркасе из оргстекла и залита эпоксидным компаундом, а выпрямитель с фильтром выполнен в виде отдельного модуля и также залит эпоксидным компаундом.
Уровень выходного тока определяется напряжением на резисторе R^ Для стабилизации тока разряда служит цепь, содержащая трансформатор тока Тр2, выпрямитель Д4, Д5 с нагрузкой R2, С1. При включении канала (когда напряжение Uoa/off = +5 В) и до момента возникновения разряда выходной ток и напряжение отрицательной обрат-
* Физико-технический учебно-научный центр НАН Украины, Киев.
ной связи отсутствуют, поэтому канал развивает на выходе максимально возможное напряжение 1200 В, которое поджигает разряд. Появившееся напряжение обратной связи уменьшает выходное напряжение до уровня, соответствующего рабочему режиму. Для измерения выходного напряжения канала служит дополнительная обмотка w3 и выпрямитель Д10, Д11, С4, С5. С делителя R3, R4напряжение иизм, пропорциональное выходному напряжению в масштабе 1:100, поступает в компьютер для измерения и индикации, а также в канал стабилизации давления газа как сигнал обратной связи.
Канал стабилизации давления газа (нижняя часть схемы) представляет собой высокочастотный обратноходовой преобразователь напряжения питания +24 В в постоянное регулируемое напряжение 4—12 В, которое подается на нагреватель натекателя [2]. Преобразователь содержит ш.и.м.-контроллер М4 и усилитель мощности — транзистор Т6 и трансформатор Тр3. На вход In1 контроллера М4 подается опорное напряжение ио= 3—5 В, а на его вход — In1 — напряжение иизм. По мере расходования газа в камере работающего дуоплазмотрона уменьшаются его давление и ток разряда, а напряжение разряда в промежутке анод—катод возрастает. С той же скоростью возрастает и напряжение иизм. При этом увеличиваются длительность импульсов на выходах Е1, Е2 контроллера М4 , напряжение на выходе канала и давление газа в камере. Максимум напряжения на выходе канала (12 В) определяется напряжением на выводе 4 М4 (Dead Time), минимум (4 В) — напряжением на базе транзистора Т4.
Поскольку натекатель находится в непосредственном контакте с анодом, вторичная обмотка трансформатора Тр3 и выпрямитель Д14, С6, питающие нагреватель натекателя, изолированы точно так же, как и выходная часть канала стабилизации тока разряда.
Блок питания и управления параметрами дуоплазмотрона обеспечивает поджиг разряда в камере напряжением 1200 В, стабилизацию тока
140
ЧЕРЕПИН и др.
+24
+24 1
иизм 2
U(I) 3
DAC1 4
DAC2 5
On/Off 6
GND 7
+5
sit
1
+ 15
Мз
6.2 к
2
VC Cout
Vcc REF
Enbl Aout
ZD N\C
Comp Bout
SS CT
N\C Pgnd
INV GND
3 к
С=Ь
'20 к
Mib
U(I)
TTL -L
16 | н~[200 п*
ш
Дб Д7 :
Д8 Д9 ••
C2 0.22
Сз 0.22
rw3
Д10 R3 30 к _J22 П*4
С5 22
5.1к*
+ 15
30 к 33 к
М4
10 к
0.01 5
i
200 к*
п3 к 6
100 к
DAC2 Г —о 6 S2"
1 v
о ^
C1 C2
DT Vcc
Ct E1
Rt E2
GND OTC
FB Vref
In1 —In2
In1 In2
Г
1
U-ef
(+5 В)
Д12
-и-
+24
41 к
Д13
Тр3
2 к
\
20
н
6 10
500 В
+
4-12 В
7
3
+
12
13
9
S
4
5
8
4
12
9
10
7
13
6
3
14
2
2
15
изм
16
Принципиальная схема блока питания дуоплазмотрона. М1 — LM358D, М2 - L7815, М3 - UC3872GW, М4 — ^494; Т1 - IRF9640, Т2, Т3, Т6 - IRF640, Т4, Т5 - ВС807; Дь Д12 - LL4148, Д2 - В2У55-В12, Д3-Д5, Д14 - SS14, Д6-Д9 -БУУ26С, Д10, Дп, Д13 - ВАУ103; Тр1 - сердечник ПК17 х 12, феррит 3000 НМС, ^ - 2x10 витков ПЭВ-2-0.8, - 140 витков ПЭТВЛ-2-0.24, ^3 - 10 витков ПЭТВЛ-2-0.24; Тр2 - трансформатор тока, сердечник - кольцо ферритовое НМ2000 16/8/4, - 1 виток (провод в высоковольтной изоляции, продетый сквозь кольцо), - 2 х 80 витков ПЭЛ-Ш0-0.12; Тр3 - сердечник Е25/13/7 В66317^250-х1, ^-12 витков ПЭВ-2-0.8, - 10 витков ПЭТВЛ-2-0.8.
разряда в пределах 30-50 мА с погрешностью ±0.5 мА и стабилизацию напряжения разряда в пределах 300-500 В с погрешностью не более ±2 В. Блок собран на печатной плате размером 180 х 100 мм, испытан совместно с дуоплазматро-ном и надежно работает в течение более года как в составе компьютерной системы автоматизации, так и автономно. Схему канала стабилизации тока разряда можно использовать для питания газоразрядных ламп и других подобных приборов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Черепин В.Т. Ионный микрозондовый анализ. Киев: Наук. думка, 1992. С. 125.
2. Василенко В.И. // ПТЭ. 2008. № 5. С. 152.
Адрес для справок: Украина, 03142, Киев, просп. Вернадского, 36, Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины. E-mail: vasil26139@gmail.com (В.И. Василенко).
ПРИБОРЫ И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА № 5 2014
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.