ЖУРНАЛ СТА №3/2021

быть использованы для определения со- ответствующих фильтрующих конден- саторов с помощью уравнений (2) и (3). М ЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОБРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Простая резистивная защита Когда высокое напряжение передаёт- ся по коаксиальному кабелю, напри- мер, по кабелю Lambda EMIs ALE HV, он должен быть терминирован сопро- тивлением, которое равно или больше характеристического импеданса кабеля. Этот резистор ограничивает рассеяние энергии в закороченном кабеле, предо- храняя от перегрузки выходные каска- ды источника. Обратное напряжение может вызвать неустойчивую работу и повредить выходные цепи блока пита- ния. Схема на рис. 3 иллюстрирует ти- пичную нагрузку источника питания при зарядке высоковольтных конденса- торов. Если в цепи отсутствует последо- вательное сопротивление R t , при замы- кании переключателем S 1 выходного кабеля питания (короткое замыкание) энергия C 1 разряжается через S 1 . Им- пульс, произведённый разрядом, отра- жается на замкнутом переключателе S 1 и распространяется обратно в выходные каскады блока питания. Добавление к цепи нагрузки R t позволяет согласовать выходной импеданс кабеля питания с нагрузкой, и, следовательно, импульс, возникающий при замыкании S 1 , рас- сеивается в R t . Обычно R t выбирается с номинальной мощностью 200 Вт и со- противлением от 50 до 500 Ом. Эти па- раметры достаточны для удержания напряжения и токов в безопасных пре- делах во время разряда. Например, но- минальная мощность согласующего ре- зистора для источника питания серии 303 при 40 кВ может быть рассчита- на следующим образом: I out = 1,88 А, R t = 50 Ом, тогда средняя мощность = = (1,88) 2 × 50 = 176,72 Вт. Есть и ещё два дополнительных источника тока, кото- рые могут вызвать на несколько поряд- ков боˆльшую выделяемую мощность. Первый источник – это распределён- ная запасённая в выходной ёмкости пи- тающего кабеля C c энергия. На рис. 3 вид- но, что внутренняя ёмкость источника питания C 0 совместно с C c разряжается через R t и R 0 ( R 0 представляет собой вы- ходное сопротивление источника пита- ния, которое обычно составляет не- сколько Ом или меньше) каждый раз, когда S 1 замыкается. Типичное значе- ние для C 0 составляет 200 пФ и зависит от длины выходного кабеля приблизи- тельно в пропорции 30 пФ/фут. Для стандартного 10-футового (~ 3 метра) кабеля эта ёмкость может составлять 300 пФ. Если предположить, что напряжение заряда цепи составляет 40 кВ, запасён- ная в C 0 и C c энергия составит: Если циклы разряда повторяются с частотой 1 кГц, тогда средняя мощ- ность, рассеиваемая в R t и R 0 , составляет 0,4 Дж × 1000, или 400 Вт. Дополни- тельная рассеиваемая мощность в R t вы- звана обратным напряжением через S 1 . Например, при положительной выход- ной мощности питания, если разрядная цепь недостаточно демпфирована, при переключении S 1 замыкает высоковольт- ный кабель, и переходное отрицатель- ное напряжение подаётся на выход ис- точника питания. Когда это произойдёт, ток потечёт через источник питания, выходные выпрямительные диоды и R t на землю, как это показано на рис. 4. Если пиковый ток, связанный с измене- нием напряжения нагрузки, будет до- статочно большой, это может вызвать повреждение выходных выпрямителей. Порог этого повреждения при реверсе напряжения трудно определить количе- ственно, но если изменение направле- ния напряжения может приводить к то- му, что выходной ток будет больше но- минального выходного тока источника питания, тогда в цепь нагрузки следует добавить защитный диод. Следующая формула может использоваться в каче- стве руководства при выборе диода за- щиты от обратного напряжения. Если где V R – реверсивное напряжение (В), АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ИС ТОЧНИКИ ПИ ТАНИЯ СТА 3/2021 76 www.cta.ru Условные обозначения: V R – реверсивное напряжение; T R – длительность импульса; D 1 – предохранительный диод. Рис. 4. Выходной ток выпрямителя источника питания в условиях реверса напряжения Условные обозначения: C 1 , L 1 , R 1 – эквивалентная схема нагрузки блока питания; S 1 – переключатель, закорачивающий выход источника питания; C 0 , L 0 , R 0 – эквивалентная схема блока питания; D 1 – предохранительный диод; C c – выходная ёмкость кабеля; R t – последовательное сопротивление. Рис. 3. Эквивалент нагрузки, подключённой к высоковольтному блоку питания C 1 L 1 R 1 (нагрузка) C 0 C C R t R 0 L 0 D 1 S 1 Источник тока Кабель Период 0 вольт 0 ампер Нормальный зарядный ток Напряжение на конденсаторе Ток через D 1 вследствие напряжения V R V R T R