Все рассмотренные выше генераторы высокого напряжения имели в качестве накопителя энергии конденсатор. Не меньший интерес представляют устройства, использующие в качестве такого элемента индуктивности.
В подавляющем большинстве конструкции подобного рода преобразователей ранних лет содержали механический коммутатор индуктивности. Недостатки такого схемного решения очевидны: это повышенный износ контактных пар, необходимость их периодической чистки и регулировки, высокий уровень помех.
С появлением современных быстродействующих электронных коммутаторов конструкции преобразователей напряжения с коммутируемым индуктивным накопителем энергии заметно упростились и стали конкурентоспособными.
Основой одного из наиболее простых высоковольтных генераторов (рис. 12.1) является индуктивный накопитель энергии [12.1].
генератора подаются через резистор R5 на базу ключевого (коммутирующего) элемента — мощного транзистора VT1.
Этот транзистор в соответствии с длительностью и частотой следования управляющих импульсов коммутирует первичную обмотку трансформатора Т1.
В итоге на выходе преобразователя формируются импульсы высокого напряжения. Для защиты транзистора VT1 (2N3055 — КТ819ГМ) от пробоя желательно параллельно переходу эмиттер — коллектор подключить диод, например, типа КД226 (катодом к коллектору).
Высоковольтный генератор (рис. 12.2), разработанный в Болгарии, также содержит задающий генератор прямоугольных импульсов на микросхеме 555 (К1006ВИ1). Частота импульсов плавно регулируется резистором R2 от 85 до 100 Гц. Эти импульсы через RC-цепочки поступают на ключевые элементы на транзисторах VT1 и VT2. Стабилитроны VD3 и VD4 защищают транзисторы от повреждения при работе на индуктивную нагрузку.
Генератор высокого напряжения (рис. 12.2) может быть использован как самостоятельно — для получения высокого напряжения (обычно до 1...2 кВ), либо как промежуточная ступень «накачки» других преобразователей.
Транзисторы BD139 можно заменить на КТ943В.
В качестве ключевых элементов преобразователей с индуктивным накопителем энергии долгие годы использовали мощные биполярные транзисторы. Их недостатки очевидны: довольно высоки остаточные напряжения на открытом ключе, как следствие, потери энергии, перегрев транзисторов.
По мере совершенствования полевых транзисторов последние начали оттеснять биполярные транзисторы в схемах источников питания, преобразователях напряжения.
Для современных мощных полевых транзисторов сопротивление открытого ключа может достигать десятые...сотые доли Ома, а рабочее напряжение достигать 1 ...2 кВ.
На рис. 12.3 приведена электрическая схема преобразователя напряжения, выходной каскад которого выполнен на полевом транзисторе MOSFET. Для согласования генератора с полевым транзистором включен биполярный транзистор с большим коэффициентом передачи.
Задающий генератор собран на /ШО/7-микросхеме CD4049 по типовой схеме. Как сами выходные каскады, так и каскады формирования управляющих сигналов, показанные на рис. 12.1 — 12.3 и далее, взаимозаменяемы и могут быть использованы в любом сочетании.
Выходной каскад генератора высокого напряжения системы электронного зажигания конструкции П. Брянцева (рис. 12.4) выполнен на современной отечественной элементной базе [12.2].
При подаче на вход схемы управляющих импульсов транзисторы VT1 и VT2 кратковременно открываются. В результате катушка индуктивности кратковременно подключается к источнику
питания. Конденсатор С2 сглаживает пик импульса напряжения. Резистивный делитель (R3 и R5) ограничивает и стабилизирует максимальное напряжение на коллекторе транзистора VT2.
В качестве трансформатора Т1 использована катушка зажигания Б115. Ее основные параметры: Ri=1,6 Ом,I<8A U1<330B. Коэффициент трансформации К=68. Для катушки Б116 (R=O.6 Ом, Ii<20 A, Ui<160 В, К=154) оптимальная величина R5=11 кОм.
Следующие две схемы высоковольтных генераторов напряжения с использованием индуктивных накопителей энергии (рис. 12.5, 12.6) разработал Andres Estaban de la Plaza [12.3, 12.4].
Первое из устройств [12.3] содержит задающий генератор прямоугольных импульсов, промежуточный и выходной каскад, высоковольтный трансформатор.
Задающий генератор выполнен на основе триггера Шмитта (/ШО/7-микросхема типа 4093). Использование триггера Шмитта вместо логических элементов НЕ (см. например, рис. 12.3) позволяет получить импульсы с более крутыми фронтами, и, следовательно, снизить потери энергии на ключевых элементах.
Согласование КМОП-элементов с силовым транзистором VT2 осуществляется предусилителем на транзисторе VT1. Выходной трансформатор Т1 коммутируется силовым биполярным транзистором VT2. Этот транзистор установлен на теплоотводящей пластине.
Частота импульсов генератора ступенчато изменяется переключателем SA1. Соотношение между длительностью импульса и паузой и частоту следования импульсов плавно регулируют потенциометрами R1 и R2.
Переключателем SA2 включают/отключают резистор R6, включенный последовательно с первичной обмоткой повышающего трансформатора. Тем самым ступенчато регулируют выходную мощность преобразователя.
Рабочая частота генератора в его пяти поддиапазонах регулируется в пределах 0,6...8,5 кГц; 1,5...20 кГц; 5,3...66 кГц;
13... 170 кГц; 43...>200 кГц.
Первичная обмотка трансформатора Т1, намотанная на сердечнике от трансформатора строчной развертки, имеет 40 витков диаметром 1,0 мм. Выходное напряжение преобразователя на частотах ниже 5 кГц составляет 20 кВ, в области частот
50...70 кГц выходное напряжение снижается до 5... 10 кВ.
Выходная мощность высокочастотного сигнала устройства может доходить до 30 Вт. В этой связи при использовании данной конструкции, например, для газоразрядной фотосъемки необходимо принять особые меры по ограничению выходного тока.
Высоковольтный генератор, рис. 12.6 [12.4], имеет более сложную конструкцию.
Его задающий генератор выполнен на операционном усилителе DA1 (СА3140). Для питания задающего генератора и буферного каскада (микросхема DD1 типа 4049) используется стабилизатор напряжения на 12 В на интегральной микросхеме DA2 типа 7812.
Предоконечный каскад на комплиментарных транзисторах VT1 и VT2 обеспечивает работу оконечного — на мощном транзисторе VT3.
Соотношение длительность/пауза регулируют потенциометром R7, а частоту импульсов — потенциометром R4.
Частоту генерации можно изменять ступенчато — переключением емкости конденсатора С1. Начальная частота генерации близка к 20 кГц.
Первичная обмотка доработанного трансформатора строчной развертки имеет 5... 10 витков, ее индуктивность примерно 0,5 мГч. Защита выходного транзистора от перенапряжения осуществляется включением варистора R9 параллельно этой обмотке.
Транзистор 2N2222 можно заменить на КТ3117А, КТ645\ 2N3055 — на КТ819ГМ\ BD135 — на КТ943А, BD136 — на КТ626А, диоды 1N4148 — на КД521, КД503 и др. Микросхему DA2 можно заменить отечественным аналогом — КР142ЕН8БЩ); DD1 — К561ТЛ1.
Следующим видом генераторов высоковольтного напряжения являются автогенераторные преобразователи напряжения с индуктивной обратной связью.