Mehrstufiger Kaskadengleichrichter Zur Erzeugung hoher Gleichspannung wird mei stens eine Kaskadenschaltung von Gleichrichtern und Kondensatoren benutzt. Die Wirkung ist ähnlich wie bei einem Transformator; der am Ausgang zur Ver fügung stehende Gleichstrom ist um so kleiner als der Eingangs-Wechselstrom, <B>je</B> grösser das Spannungs- Übersetzungs-Verhältnis ist.
Dagegen ist der Wirkungsgrad meistens viel schlechter als bei einem Transformator, er hängt insbesondere von der Grösse der benutzten Konden satoren und der Frequenz des Eingangsstromes sowie der Anzahl der Spannungs-Vervielfachungsstufen ab.
Für viele Anwendungen ist aber die auf der Aus gangsseite vorhandene Welligkeit noch viel störender als der schlechte Wirkungsgrad. Die Ursachen sind für beide Erscheinungen die gleichen. Während aber der Leistungsverlust durch Erhöhung der Eingangsenergie ausgeglichen werden kann, gibt es kein ähnliches Heil mittel gegen die Welligkeit.
Diese ist besonders störend in Apparaturen, wo Elementarteilchen beschleunigt werden, z. B. bei Elek tronenmikroskopen. Hierbei kommt es darauf an, dass die Teilchen immer die gleiche Geschwindigkeit haben; im Elektronenmikroskop werden durch zu grosse Wel ligkeit die Beugungsbilder verzerrt.
Noch viel störender ist die Welligkeit bei den so- genannten Partikel-Acceleratoren, die für die Kern physik gebraucht werden. Diese werden zur möglichst genauen Bestimmung der Kernspektren benutzt; dabei kommt es wesentlich auf die Schärfe der Energie definition der bombardierenden Teilchen an, z.B. um das Intensitätsmaximum des Übergangs festzulegen.
Durch die Welligkeit ist ein Energieband für die Partikel festgelegt, innerhalb dessen eine Unterschei dung nicht möglich ist. Dadurch wurde bisher die Verwendbarkeit der Kaskadengeneratoren über eine Spannung von etwa 2 Millionen Volt unmöglich ge- macht. Bei höheren Spannungen sind höhere Stufen zahlen nötig, und mit der Stufenzahl steigt die Wellig keit zu stark an.
Bisher hat man deshalb für höhere Energien den sogenannten Van de Graaff-Generator vorgezogen, der zwar direkt eine welligkeitsfreie Gleichspanriung erzeugt, aber im mechanischen Aufbau sehr kompli ziert ist, nur eine ungenügende Steuerfähigkeit in bezug auf die Spannung der einzelnen Elektroden besitzt und nur die Entnahme sehr kleiner Ströme gestattet.
Mit der vorliegenden Erfindung soll nun dieser Nachteil des Kaskadengenerators für Partikel-Be- schleunigung überwunden werden, so dass er auch für grosse Energien einem Van de Graaff-Generator min destens gleichwertig wird.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein mehr stufiger Kaskadengleichrichter mit Schub- und Glät- tungskondensatoren und Gleichrichtern, wobei die Glättungskondensatoren eine Serieschaltung zwischen den Belastungsklemmen des Kaskadengleichrichters bilden.
In der Zeichnung ist zur Erklärung der Wirkungs weise die neue Schaltung (Fig. <B>1)</B> der bisher gebräuch lichen (Fig. 2) gegenübergestellt. In beiden Schaltungen werden die folgenden Abkürzungen verwendet: El, <B>E2</B> Klemmen für die Eingangsspannung<B>U</B> für den Kaskadengenerator (gewöhnlich an der Sekundär wicklung eines Hochspannungstransformators); <B><I>A, A2</I></B> Ausgangsklemmen für die erzeugte Gleich spannung; Gl-G4 <I>und</I> Gl'-G4' Hochspannungsgleichrichter (z. B.
Glühkathodengleichrichter oder Selengleichrichter); Cl, <B>C2</B> sogenannte Glättungskondensatoren, deren Spannung bis auf die Welligkeit zeitlich konstant ist; Cit, C,' und C,", C2" Schubkondensatoren, deren Spannung im Falle a (Fig. 2) um die ganze, im Falle<B>b</B> (Fig. <B>1)</B> um die halbe Eingangs-Wechsel- spannung schwankt.
Erstmals wurde die einfache Kaskadenschaltung vor etwa 20 Jahren von Cockcroft und Walton zur Beschleunigung von Protonen mit hohen Gleich spannungen angewendet. Dabei haben die Autoren gleichzeitig für die am Ausgang der Kaskade auf tretende Spannung die folgende Formel für die Wellig keit<B>ö U</B> abgeleitet:
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(vgl. L. De Broglie: Les Acc616rateurs de Particules, <B>p. 90,</B> Paris<B>1950),</B> wobei<B>i</B> der Belastungsstrom,<B>f</B> die Frequenz,<B>C</B> die Kapazität der Kondensatoren (gleich für alle Kondensatoren) und n die Stufenzahl der Kaskade ist.
Die Welligkeit kommt dadurch zustande, dass jeder Glättungskondensator erstens eine bestimmte Elektri zitätsmenge direkt an den Belastungswiderstand ab geben muss und zweitens indirekt diejenigen Elektrizi tätsmengen, die gleichzeitig von allen oberhalb des be trachteten in der Kaskade befindlichen Glättungskon- densatoren an den Belastungswiderstand abgegeben werden; denn alle diese Ladungsquantitäten mussten vorher von dem betrachteten Glättungskondensator durch Umladung nach oben transportiert werden.
Bezeichnet man wie oben die Welligkeit,<B>d.</B> h. den infolge der Ladungsabgabe an den Belastungswider stand an<B>C,</B> in jeder Periode entstehenden Spannungs abfall mit<B>ö<I>U,</I></B> so tritt an C,' der gleiche Spannungs abfall, an<B>C,</B> aber 2 ö <B>U</B> auf.
Die Welligkeit am untersten Glättungskondensator ist n mal grösser als die des obersten. Durch Auf- summlerung erhält, man die gesamte Welligkeit der Ausgangsspannung. Erhöht man die Stufenzahl, so nimmt die Welligkeit quadratisch mit n zu.
Die Existenz der Welligkeit bedeutet, dass an jedem Kondensator die Spannung am Ende einer Periode der Speisespannung einen niedrigeren Wert als am Anfang der Periode hat. Da alle Kondensatoren im gleichen Moment, d.h. zu Beginn einer Periode aufgeladen werden, muss also der aufladende Kondensator eine um die Welligkeit höhere Spannung als der aufzu ladende haben, damit dessen Ladungsdefizit aus geglichen werden kann. Es entsteht somit an jedem Kondensator ein Spannungsverlust, der um so grösser ist,<B>je</B> höher sich der Kondensator in der Kaskade befindet. Entsprechend dem Betrag der Welligkeit ist auch der Spannungsverlust in den untersten Stufen am grössten.
Das gesamte so entstandene Spannungs defizit<B><I>A U</I></B> nimmt in bekannter Weise mit der<B>3.</B> Potenz der Stufenzahl n zu.
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(vgl. L. De Broglie: Les Acc26rateurs de Particules, <B>p. 92,</B> Paris<B>1950).</B> Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass sowohl die Welligkeit wie auch der Span nungsabfall hauptsächlich dadurch verursacht wird, dass die Glättungskondensatoren ausser der Ladungs abgabe an den Verbraucher auch noch die Ladung für die in der Kaskade höher gelegenen Kondensatoren weitergeben müssen.
In der normalen Schaltung (Fig. 2) sind nun diese beiden Funktionen ungleichmässig auf dieKondensator- säulen verteilt. Die Schubkondensatoren geben nur Ladung an andere Kondensatoren ab, während die Glättungskondensatoren sowohl Ladung zum nächst höheren Schubkondensator als auch zum Verbraucher transportieren.
Man kann dies auch so ausdrücken: In der konventionellen Schaltung erfolgt der Ladungs transport zwischen den Kondensatoren in der einen Halbperiode des Speisestromes durch Schub- in der andern Halbperiode durch Glättungskondensatoren. Da nun die Welligkeit allein durch die Spannungs schwankung an den Glättungskondensatoren bedingt ist, könnte sie beträchtlich vermindert werden, wenn ihnen die Funktion des Ladungstransportes nach oben abgenommen würde, so dass sie nur noch wie beim Halbweggleichrichter Leistung an den Verbraucher liefern müssten.
Dies wird erfindungsgemäss durch Symmetrisierung der Schaltung wirklich erreicht, wie Fig. <B>1</B> zeigt. Erfindungsgemäss ist der Kaskadengleichrichter so gebaut, dass wenigstens zwei Doppelweggleichrichter- Anordnungen in Kaskade vorgesehen sind, wobei die Wechselstromklemmen (iv) dieser Anordnungen über Schubkondensatoren untereinander und zuletzt mit den Wechselstromspeiseklemmen <B><I>(E,</I></B> E,) verbunden sind,
und dass die Schub- und die Glättungskondensa- toren sowie die Gleichrichter in symmetrischer Schal tung angeordnet sind.
Dass der Ladungstransport nach oben in Fig. <B>1</B> nur auf die beiden Schubkondensatoren-Säulen verteilt ist, während die Glättungskondensatoren nur Ladung nach aussen abgeben, sieht man, wenn man nach dem Vor zeichen der Spannung an den Kondensatoren in einer bestimmten Halbperiode der Speisespannung fragt. Z.
B. betrachtet man die Spannungen an<B>C,</B> und<B>C,</B> in einer Halbperiode, in der C,.' schon geladen ist, dann liegt an dem Gleichrichter<B>G,</B> momentan der Scheitel wert der Spannung 2<B>U.</B> Auf diese wird der Konden sator C, aufgeladen, wobei der Einfachheit wegen die Voraussetzung gemacht wird, dass die Impedanzen des Transformators und der Gleichrichter vernachlässigbar sind; die gleichen Annahmen wurden auch bei der Ableitung der Formeln<B>(1)</B> und (2) gemacht.
Gleichzeitig wird aber auch C," auf dieselbe Span nung aufgeladen. Die obern Klemmen von<B>C,</B> und<B>C."</B> müssen sich auf dem gleichen Potential befinden, da sie mit dem ladenden Kondensator<B>C,'</B> über Gleich richter in der Durchlassrichtung verbunden sind. Die untern Klemmen haben das gleiche Potential, weil im gleichen Moment wie<B>C,</B> auch C," aufgeladen wird, und daher die Spannung an G,'gleich <B>0</B> wird. Es werden also CI und C," im gleichen Moment geladen, dagegen erfolgt ihre Entladung zu verschiedenen Zeiten.
Die Entladung von<B>C,</B> durch den Belastungswiderstand beginnt sofort mit maximaler Spannungsabnahme im Anfang. C," kann zu dieser Ladungsabgabe infolge der Sperrwirkung von<B>G,'</B> nichts beitragen. Er bleibt also eine halbe Periode lang auf konstanter Spannung, bis die Umladung auf<B>C,</B> erfolgt. Entsprechende Beziehun gen können für alle andern Stufen auch grösserer Kas kaden aufgestellt werden. Man erkennt leicht, dass alle Verbindungen zwischen den Gleichrichtern und der Glättungssäure ausser der obersten in der Kaskade weggelassen werden können, ohne die Wirkung der Schaltung zu beeinträchtigen. Dann ist die Ähnlichkeit mit einem gewöhnlichen Einweggleichrichter auch äusserlich sichtbar.
Die gesamte Ladung für die Säule der Glättungskondensatoren wird dann durch die obersten Gleichrichter der Kaskade zugeführt.
Da die Glättungskondensatoren nur noch Ladung an den Verbraucher und nicht mehr an andere Konden satoren der Kaskade abgeben, hängt die Welligkeit wie bei einem Einweggleichrichter nur noch von der Gesamtkapazität aller Glättunaskondensatoren in Serieschaltung ab.
Die Welligkeit ö <B>U</B> ist somit gegeben durch:
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wobei<B>1</B> der Belastungsstrom,<B>f</B> die Frequenz,<B>C</B> die Kapazität der Kondensatoren (gleich für alle Konden satoren) und n die Stufenzahl der Kaskade ist. Bei der einfachen Schaltung a) ist dagegen nach<B>(1)</B>
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Die Erfindung ermöglicht es also, die Welligkeit um den Faktor n<B><I>+</I> 1</B> herabzusetzen, was besonders bei grossen Stufenzahlen sehr viel ausmacht.
Der Mehraufwand der neuen Schaltung nach Fig. <B>1</B> gegenüber der alten nach Fig. 2 ist nicht gross. Die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators enthält doppelt soviele Windungen, sie muss aber nicht für eine höhere Spannung isoliert sein, da ja hier die Mittelanzapfung geerdet ist.
Ferner werden doppelt soviele GleichrichterelementeGals Schubkondensatoren C,'-C," und doppelt soviele Schubkondensatoren wie Glättungskondensatoren CI-C, benötigt, wobei aber jedes Gleichrichterelement nur den halben Strom aus halten muss. Unter der Annahme, dass wiederum alle Kondensatoren gleich gross sind, wird das gesamte Kondensat6rvolumen nur<B>50010</B> grösser als bei der gewöhnlichen Schaltung,
weil drei anstatt zwei Kon- densatorsäulen vorhanden sind.
Grundsätzlich könnte man die Schubkondensatoren in der symmetrischen Schaltung beliebig klein machen, ohne dass die Welligkeit vergrössert würde. Dann würde aber der Spannungsverlust, der hier umgekehrt pro portional zur Kapazität der Schubkondensatoren und von der Grösse der Glättungskondensatoren unab hängig ist, beliebig gross werden. Es ist noch hervorzuheben, dass auch der Span nungsverlust durch die Erfindung etwa um einen Fak-; tor 4 reduziert wird, obwohl er auch hier mit der dritten Potenz der Stufenzahl anwächst.
Eine Verminderung um die Hälfte wird dadurch verursacht, dass die Ladung, um an die Spitze der Kaskade zu gelangen, nur halb soviele Kondensatoren passieren muss, wie in der gewöhnlichen Schaltung. Eine weitere Verkleine rung um die Hälfte rührt davon her, dass die sym metrische Kaskade eine Doppelwegschaltung darstellt, in deren jedem Zweig der Belastungsstrom nur die Hälfte des Gesamtstromes beträgt.
Die genaue Berechnung ergibt für den Spannungs verlust:
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während bei der gewöhnlichen Schaltung nach (2)
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Es ist bekannt, dass im Kaskaden-Gleichrichter neben der beschriebenen belastungsabhängigen Wellig keit eine Welligkeit zweiter Art auftritt, die auch im unbelasteten Zustand auftritt, die von der Frequenz des speisenden Wechselstromes unabhängig ist und durch die Kapazität zwischen den Schub- und Glättungs- kondensatoren, <B>d.</B> h. der Parallelkapazität zu den Gleichrichtern verursacht wird. Sie wird daher meistens als kapazitive Welligkeit bezeichnet.
Erst in den letzten Jahren ist nach geeigneten Mitteln gesucht worden, um sie zu beseitigen. Man hat gefunden, dass dies da durch geschehen kann, dass in der gewöhnlichen Schal tung nach Fig. 2 die Sekundärspule des speisenden Hochspannungstransformators nicht am Ende, sondern längs der Wicklung an einem geeigneten Punkt geerdet wird. Diese Erdung muss empirisch festgelegt werden, was naturgemäss bei der hohen Spannung nicht einfach ist. Ferner bedingt diese Art der Symmetrisierung, dass auch die Säule der Glättungskondensatoren nicht mehr direkt geerdet ist.
Dies erschwert das häufig gebrauchte Verfahren der elektronischen Stabilisierung der Hoch spannung, die am einfachsten durch Anlegen einer Seriespannung zwischen Erde und dem untersten Glättungskondensator bewerkstelligt wird.
Die erfindungsgemässe Schaltung ist von vorn herein symmetrisch, daher verschwindet ihre kapazitive Welligkeit, ohne dass eine zusätzliche Symmetrisierung erforderlich ist. Auch bleibt so die Säule der Glättungs- kondensatoren geerdet, so dass die Spannungsstabili sation leicht möglich ist.
Multi-stage cascade rectifier To generate high DC voltage, a cascade connection of rectifiers and capacitors is usually used. The effect is similar to that of a transformer; the direct current available at the output is smaller than the input alternating current, the greater the voltage-to-transform ratio is.
In contrast, the efficiency is usually much worse than with a transformer, it depends in particular on the size of the capacitors used and the frequency of the input current as well as the number of voltage multiplication stages.
For many applications, however, the ripple present on the output side is even more disruptive than the poor efficiency. The causes are the same for both phenomena. But while the power loss can be compensated by increasing the input energy, there is no similar remedy for the ripple.
This is particularly troublesome in equipment where elementary particles are accelerated, e.g. B. with electron microscopes. It is important that the particles always have the same speed; In the electron microscope, the diffraction images are distorted if the waves are too great.
The ripple in the so-called particle accelerators, which are used for core physics, is even more disruptive. These are used to determine the core spectra as precisely as possible; it depends essentially on the sharpness of the energy definition of the bombarding particles, e.g. to determine the maximum intensity of the transition.
The waviness defines an energy band for the particles within which a distinction is not possible. This has made it impossible to use the cascade generators above a voltage of around 2 million volts. At higher voltages, higher numbers of steps are necessary, and the higher the number of steps, the more the ripple increases.
So far, the so-called Van de Graaff generator has therefore been preferred for higher energies, which generates a ripple-free DC voltage, but is very complicated in terms of its mechanical structure, has only inadequate controllability with regard to the voltage of the individual electrodes, and only the extraction very small currents permitted.
The present invention is intended to overcome this disadvantage of the cascade generator for particle acceleration, so that it is at least equivalent to a Van de Graaff generator even for high energies.
The subject matter of the present invention is a multi-stage cascade rectifier with boosting and smoothing capacitors and rectifiers, the smoothing capacitors forming a series circuit between the load terminals of the cascade rectifier.
In the drawing, the new circuit (Fig. <B> 1) </B> is compared to the previously common (Fig. 2) to explain the effect. The following abbreviations are used in both circuits: El, <B> E2 </B> Terminals for the input voltage <B> U </B> for the cascade generator (usually on the secondary winding of a high-voltage transformer); <B> <I> A, A2 </I> </B> Output terminals for the generated direct voltage; Gl-G4 <I> and </I> Gl'-G4 'high-voltage rectifiers (e.g.
Hot cathode rectifier or selenium rectifier); Cl, C2, so-called smoothing capacitors, the voltage of which is constant over time except for the ripple; Cit, C, 'and C, ", C2" thrust capacitors, the voltage of which in case a (Fig. 2) around the whole, in case <B> b </B> (Fig. <B> 1) </B> fluctuates by half the AC input voltage.
The simple cascade connection was first used around 20 years ago by Cockcroft and Walton to accelerate protons with high DC voltages. At the same time, the authors derived the following formula for the ripple <B> ö U </B> for the voltage occurring at the output of the cascade:
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(See L. De Broglie: Les Acc616rateurs de Particules, <B> p. 90, </B> Paris <B> 1950), </B> where <B> i </B> is the load current, <B> f <B> the frequency, <B> C </B> the capacitance of the capacitors (the same for all capacitors) and n the number of stages in the cascade.
The ripple is caused by the fact that each smoothing capacitor must first deliver a certain amount of electricity directly to the load resistor and, secondly, indirectly the amount of electricity that is simultaneously delivered to the load resistor by all the smoothing capacitors above the considered in the cascade; because all these charge quantities had to be transported upwards from the smoothing capacitor under consideration by reloading.
If you denote the waviness as above, <B> d. </B> h. the voltage drop with <B> ö <I> U, </I> </B> that occurs at <B> C, </B> in every period as a result of the charge being transferred to the load resistor, the same occurs at C, ' Voltage drop, at <B> C, </B> but 2 ö <B> U </B>.
The ripple on the lowest smoothing capacitor is n times larger than that of the top one. The total ripple of the output voltage is obtained by adding up. If the number of steps is increased, the waviness increases quadratically with n.
The existence of the ripple means that on each capacitor the voltage at the end of a period of the supply voltage has a lower value than at the beginning of the period. Since all capacitors are at the same moment, i.e. are charged at the beginning of a period, so the charging capacitor must have a voltage higher by the ripple than the one to be charged so that its charge deficit can be compensated for. There is thus a voltage loss at each capacitor, which is greater, <B> the </B> higher the capacitor is in the cascade. Corresponding to the amount of ripple, the voltage loss is also greatest in the lowest levels.
The entire resulting voltage deficit <B> <I> A U </I> </B> increases in a known manner with the <B> 3rd </B> power of the number of stages n.
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(see L. De Broglie: Les Acc26rateurs de Particules, <B> p. 92, </B> Paris <B> 1950). </B> In summary, it can be said that both the ripple and the voltage drop is mainly caused by the fact that the smoothing capacitors have to pass on the charge for the capacitors located higher in the cascade in addition to the charge transfer to the consumer.
In the normal circuit (Fig. 2), these two functions are now distributed unevenly over the capacitor columns. The boost capacitors only give off charge to other capacitors, while the smoothing capacitors transport both charge to the next higher boost capacitor and to the consumer.
This can also be expressed as follows: In the conventional circuit, the charge is transported between the capacitors in one half period of the supply current by means of overrun capacitors and in the other half period by smoothing capacitors. Since the ripple is caused solely by the voltage fluctuation on the smoothing capacitors, it could be reduced considerably if the function of transporting the charge upwards were taken away from them, so that they would only have to deliver power to the consumer as with a half-wave rectifier.
According to the invention, this is actually achieved by symmetrizing the circuit, as FIG. 1 shows. According to the invention, the cascade rectifier is constructed in such a way that at least two full-wave rectifier arrangements are provided in cascade, the alternating current terminals (iv) of these arrangements via thrust capacitors among one another and finally with the alternating current supply terminals <B> <I> (E, </I> </ B > E,) are connected,
and that the thrust and smoothing capacitors and the rectifiers are arranged in a symmetrical circuit.
The fact that the upward charge transport in Fig. 1 is only distributed between the two pillars of thrust capacitors, while the smoothing capacitors only emit charge to the outside, can be seen if one looks for the sign of the voltage on the capacitors in a certain half cycle of the supply voltage asks. Z.
B. consider the voltages at <B> C, </B> and <B> C, </B> in a half-period in which C ,. ' is already charged, then the rectifier <B> G, </B> currently has the peak value of the voltage 2 <B> U. </B> The capacitor C, is charged to this, whereby the prerequisite for simplicity it is made that the impedances of the transformer and the rectifiers are negligible; the same assumptions were also made when deriving formulas <B> (1) </B> and (2).
At the same time, however, C, "is also charged to the same voltage. The upper terminals of <B> C, </B> and <B> C." </B> must be at the same potential as they are with the charging Capacitor <B> C, '</B> are connected via rectifiers in the forward direction. The lower terminals have the same potential because at the same time as <B> C, </B> also C, "is charged, and therefore the voltage at G, 'equals <B> 0 </B> that is, CI and C, "are charged at the same moment, while their discharge takes place at different times.
The discharge of <B> C, </B> through the load resistor begins immediately with a maximum voltage decrease at the beginning. Because of the blocking effect of <B> G, '</B>, C, "cannot contribute anything to this charge release. It therefore remains at a constant voltage for half a period until the charge is transferred to <B> C, </B>. Corresponding relationships can be established for all other stages, including larger cascades. It is easy to see that all connections between the rectifiers and the smoothing acid except the top one in the cascade can be omitted without impairing the effectiveness of the circuit. Then there is the similarity with a normal half-wave rectifier also externally visible.
All of the charge for the column of smoothing capacitors is then fed to the cascade through the top rectifier.
Since the smoothing capacitors only give charge to the consumer and no longer to other capacitors in the cascade, the ripple, like a half-wave rectifier, only depends on the total capacity of all smoothing capacitors in series.
The waviness ö <B> U </B> is thus given by:
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where <B> 1 </B> is the load current, <B> f </B> the frequency, <B> C </B> the capacitance of the capacitors (same for all capacitors) and n is the number of stages in the cascade. In the simple circuit a), however, according to <B> (1) </B>
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The invention thus makes it possible to reduce the waviness by the factor n <B> <I> + </I> 1 </B>, which is very important, especially with large numbers of steps.
The additional expense of the new circuit according to FIG. 1 compared to the old one according to FIG. 2 is not great. The secondary winding of the high-voltage transformer contains twice as many turns, but it does not have to be insulated for a higher voltage, since the center tap is earthed here.
In addition, twice as many rectifier elements G are required as boost capacitors C, '- C, "and twice as many boost capacitors as smoothing capacitors CI-C, but each rectifier element only has to withstand half the current. Assuming that all capacitors are again the same size, will the total condensate volume is only <B> 50010 </B> larger than with the normal circuit,
because there are three instead of two capacitor columns.
In principle, the thrust capacitors could be made as small as desired in the symmetrical circuit without increasing the ripple. But then the voltage loss, which is inversely proportional to the capacitance of the boost capacitors and independent of the size of the smoothing capacitors, would be arbitrarily large. It should be emphasized that the voltage loss due to the invention by about a factor; gate 4 is reduced, although here too it increases with the third power of the number of stages.
A reduction by half is caused by the fact that the charge only has to pass through half as many capacitors as in the normal circuit in order to reach the top of the cascade. A further reduction by half is due to the fact that the symmetrical cascade represents a full-wave circuit, in each of which branches the load current is only half of the total current.
The exact calculation for the voltage loss gives:
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while with the usual circuit according to (2)
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It is known that in the cascade rectifier, in addition to the load-dependent ripple described, a ripple of the second type occurs, which also occurs in the unloaded state, which is independent of the frequency of the feeding alternating current and due to the capacitance between the thrust and smoothing capacitors, <B> d. </B> h. the parallel capacitance to the rectifiers. It is therefore mostly referred to as capacitive ripple.
Only in the last few years has suitable means of eliminating them been sought. It has been found that this can be done by the fact that in the usual scarf device according to FIG. 2, the secondary coil of the feeding high-voltage transformer is not grounded at the end, but along the winding at a suitable point. This grounding must be determined empirically, which is naturally not easy with the high voltage. Furthermore, this type of symmetrization means that the column of the smoothing capacitors is no longer directly grounded.
This complicates the frequently used method of electronic stabilization of the high voltage, which is most easily accomplished by applying a series voltage between earth and the lowest smoothing capacitor.
The circuit according to the invention is symmetrical from the start, so its capacitive ripple disappears without additional symmetrization being required. The column of the smoothing capacitors also remains earthed, so that voltage stabilization is easily possible.