CN111313738A - 用于提供高压脉冲的高压发生器和高频发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于提供高压脉冲(14)的高压发生器(12)，具有：多个储能器单元(16，18)，所述储能器单元分别具有两个输入和两个端子(20，22，24，26)以及电容器(28)，其中在输入端子(20，22)上连接有可控制的开关元件(30)并且正端子(20，24)和负端子(22，26)经由相应的二极管(32，34)彼此电连接；由储能器单元(16，18)构成的串联电路；脉冲变压器(36)；以及用于对所述电容器(28)充电的充电端子。本发明基于如下目的，如下改进高压发生器：可以实现更大的脉冲率。根据本发明，至少一个储能器单元(18)具有电阻(44)，所述电阻与将所述储能器单元(18)的正端子(20，24)连接的二极管串联连接。

Description

用于提供高压脉冲的高压发生器和高频发生器
技术领域
本发明涉及一种用于提供高压脉冲的高压发生器，具有：多个储能器单元，其中每个所述储能器单元分别具有至少两个输入端子和两个输出端子以及电容器，所述电容器借助其端子中的第一端子连接于两个输入端子中的负端子并且借助其端子中的第二端子连接于两个输出端子中的正端子，其中在输入端子上连接有可控制的开关元件，并且正端子和负端子分别经由二极管彼此电连接，其方式为：二极管的相应的阳极连接于输入端子，并且二极管的相应的阴极连接于输出端子；由储能器单元构成的串联电路，其中所述储能器单元中的相应的储能器单元的相应的输入端子连接于储能器单元中的在串联电路中在上游设置的储能器单元的相应的输出端子，使得串联电路提供储能器单元中的第一储能器单元的输入端子作为输入端子并且提供储能器单元中最后的储能器单元的输出端子作为输出端子；脉冲变压器，所述脉冲变压器具有至少一个初级绕组和至少一个次级绕组，以提供高压脉冲，其中至少一个初级绕组连接于串联电路的正端子；以及充电端子，用于用出自能量源中的能量对电容器充电，所述能量源可连接于充电端子，其中充电端子的负端子通过串联电路的输出端子的负端子提供，并且正端子通过储能器单元中的第一储能器单元的正端子提供。此外，本发明涉及一种高频发生器，所述高频发生器具有磁控管和高压发生器，所述高压发生器连接于磁控管。
背景技术
这种类型的高压发生器以及高频发生器基本上在现有技术中是广泛已知的，使得对此不需要专门的文献证明，所述高频发生器具有至少一个磁控管，所述磁控管连接于这种类型的高压发生器。这种类型的高压发生器用于，产生高压脉冲，以便借此可以运行其他的电装置，如例如磁控管。高压发生器例如可以用于，以常规的方式运行磁控管，以便提供高频发生器，借助所述高频发生器可以产生电磁波，例如在厘米范围中等，借此可以实现不同的应用，例如在安全领域中，在无损材料检查中和/或等。这种类型的高压发生器为了所述目的通常使用马克思拓扑(Marx-Topologie)，其中预设数量的电容器用作为储能器，其中电容器在第一运行模式中并联连接地被充电，而在第二运行模式中串联连接地提供用于高压脉冲的电能。所提供的能量在初级绕组处输送给脉冲变压器。脉冲变压器执行电压变换，使得在脉冲变压器的次级绕组处相应地提供高压脉冲。
在许多应用中现今期望的是，在尽可能短的时间序列中可以依次地提供多个高压脉冲。因此，例如在安全领域中以及也在无损材料检查中同时期望的是，可以提供直至1kHz抑或更高的高压脉冲的脉冲率。
然而在这种类型的高压发生器中，证实为成问题的是，由于脉冲变压器在产生相应的单个高压脉冲之后，在脉冲变压器和可能在其次级绕组处连接的电路中存储的能量必须经由续流路径通过储能器单元吸收。在此证实为不利的是，用于能量吸收的时间常数位于如下时间段中，所述时间段会持续一毫秒或数毫秒。由此，通过高压发生器可以提供的脉冲率是非常有限的，使得借助已知的高压发生器尤其不可以实现直至kHz或更高的期望的脉冲率。
即如果相应的能量在产生随后的高压脉冲之前不会被完全吸收，那么这会引起，存储的能量随着每个脉冲增大。这可以引起不期望的和有危险的状态。
发明内容
因此，本发明基于如下目的，如下改进这种类型的高压发生器以及这种类型的高频发生器，使得可以实现更大的脉冲率。
作为解决方案借助本发明提出根据本发明的高压发生器以及高频发生器。
有利的改进方案通过如下实施例的特征得出。
关于这种类型的高压发生器尤其提出，储能器单元中的至少一个储能器单元具有电阻，所述电阻与将所述储能器单元的正端子连接的二极管串联连接。
关于这种类型的高频发生器尤其提出，所述高频发生器的高压发生器根据本发明构成。
本发明基于如下构思：通过电阻可以实现关于能量吸收的增强的衰减，使得用于吸收能量的时间可以明显缩短。在此已经证实的是，不应在串联连接的储能器单元的任何任意的位置上设置电阻，因为那样会损坏在提供高压脉冲和/或也在对电容器的充电方面的功能。为了尽可能避免这种情况，电阻根据本发明与连接第一储能器单元的正端子的二极管串联连接。由此可以实现，将对于高压生成器的常规功能的妨碍保持得尽可能小。
本发明因此允许，高压脉冲的重复率或脉冲率明显增大，使得尤其可以实现1kHz或更大的脉冲频率。
此外，本发明能够以简单的方式实现，其方式为：仅需要在储能器单元之一处进行补充。以所述方式例如可以提出，例如仅需要将已经存在的高压发生器的串联电路的第一储能器单元更换成根据本发明构成的储能器单元。因此，能够以简单的方式改装已经存在的高压发生器。
整体上，用于吸收的时间常数和从而经过串联电路的续流电流可以明显降低，因为时间常数至少间接地与经过串联电路的储能器单元的相应的续流路径的总电阻成比例。
本发明的一个重要方面因此是，通过将至少一个电阻有针对性地设置在续流路径中，在具有尽可能短的时间常数的高压脉冲的脉冲结束之后吸收存储的能量，其中同时应基本上避免对提供高压脉冲的妨碍。这于是允许，明显地增大脉冲率。
在常规运行中，借助于高压发生器可以提供高压脉冲，借助所述高压脉冲可以实现例如大致8kW至大致10kW的脉冲功率。当然，也可以根据应用实现更小的或更大的功率。高压脉冲例如可以包括幅值在大致10KV至大致50KV的范围中的脉冲电压。根据应用，电压然而也可以改变并且尤其例如也可以大于50KV。
高压脉冲借助于脉冲变压器的次级绕组提供。为了所述目的，脉冲变压器的初级绕组借助于串联连接的储能器单元相应地加载，使得在次级侧可以提供期望的高压脉冲。对于所述目的可以提出，借助于串联连接的储能器单元提供能量脉冲，所述能量脉冲可以包括例如大致为500伏特至大致为2KV或更大的幅值。
在此可以提出，所述电压可以设定，其方式例如为：仅将对于相应的期望的高压脉冲需要的那么多的储能器单元激活，以提供相应的高压脉冲。因此，对于提供相应的高压脉冲，当然不需要激活串联电路的全部储能器单元。根据需要，这也可以改变或甚至在单个高压脉冲期间改变。因此例如可能的是，实现尽可能大的脉冲宽度，在高压脉冲的时间段期间随着时间增加而加接或激活附加的储能器单元，以便例如使高压脉冲的幅值等稳定。通过激活或禁用串联电路中的个别储能器单元，因此能够以期望的方式对高压脉冲在其特性方向产生作用。
储能器单元可以构成为可单独操作的构件，使得实现在建立串联电路方面的高灵活性。通过仅仅将储能器单元中的相应的储能器单元的输入端子与串联电路的直接在上游的储能器单元的输出端子电连接，因此串联电路可以近似任意地在储能器单元的数量方面进行改装。由此，可实现模块化的结构方式，所述结构方式允许，可以将高压发生器以高灵活性匹配于期望的应用。
储能器单元的电容器在此优选地关于其耐电压强度、容量和载流容量选择成，使得关于其能含量可以实现期望的高压脉冲。
为了在提供高压脉冲时激活串联电路中的相应的储能器单元，为每个储能器单元设有可控制的开关元件，为了激活储能器单元将所述开关元件切换到接通的开关状态中。如果没有提供高压脉冲，或者如果相应的储能器单元禁用，或者如果对其电容器充电，那么开关单元处于关断的开关状态中。
为了实现相应的储能器单元的功能，设有两个二极管。即使在本设计方案中设有二极管，二极管根据需要当然也可以通过开关元件、尤其半导体开关元件替换，所述开关元件以适合的方式在开关运行中运行。二极管在这种情况下因此例如可以如可控制的开关元件那样构成。开关元件于是借助于适合的控制单元以可预设的方式控制，使得可以提供期望的功能，所述功能至少包括二极管的功能。
脉冲变压器设计用于，可以传输具有高的边沿陡度的能量脉冲。为了所述目的，脉冲变压器可以具有适当的铁磁芯，所述铁磁芯例如可以由适当的铁氧体等形成。至少一个初级绕组和至少一个次级绕组能够以适合的方式缠绕到脉冲变压器的芯上，例如其方式为：绕组上下相叠设置。特别有利地，绕组至少部分地也可以双股地缠绕。然而原则上，脉冲变压器也可以具有两个或更多个初级绕组和/或次级绕组。它们可以至少部分地并联连接。
此外，高压发生器具有充电端子，用于用出自能量源中的能量对电容器充电，所述能量源可连接于充电端子。充电端子可以设为用于，连接于直流电压能量源，所述直流电压能量源提供预设的直流电压。例如可以提出，能量源提供在大致0V至大致400V的范围中的直流电压。能量源为了所述目的可以包括电源，所述电源可以连接于作为能量源的公共供能网源等。公共供能网例如可以提供三相交流电压，所述交流电压例如可以大致为400V。交流电压的频率例如可以位于大致50Hz至大致60Hz的范围中。
充电端子的负端子在此通过串联电路的输出端子的负端子提供，而充电端子的正端子通过储能器单元中的第一储能器单元的正端子提供。由此可能的是，储能器单元并联地从能量源中供应电能，使得其电容器充电。通过串联电路和储能器单元的电路拓扑得出，用于充电的电容器按照并联电路的类型与能量源电耦合，使得其同时通过能量源充电，更确切地说充电到电容器电压，所述电容器电压基本上大致对应于通过能量源提供的直流电压。由此，可以实现储能器单元的电容器的快速充电，使得也可以实现高压发生器的相应高的脉冲率。
但是，能量源也可以通过交流电压源形成。在该情况下于是能够提出，充电端子通过串联电路的储能器单元中的第一储能器单元的输入端子的正端子和串联电路的输出端子的负端子形成。在该情况下，二极管同时也可以实现整流器功能，使得连接于供能网的充电单元减少或甚至节省。
电阻能够——根据需要和可能还有电阻值——也通过相应的储能器单元的功率引导来实现。当然，电阻也可以通过单独的构件形成，所述构件设置在相应的储能器单元上。
电阻优选地构成用于，可以提供适合的功率能力，使得要吸收的能量可以在预设的时间中可靠地并且安全地转化成热量。为了所述目的，此外可以提出，电阻连接于适合的冷却单元或热沉，所述冷却单元或热沉允许，在常规运行中积聚的热能可靠地导出。
即使高频发生器当前具有至少一个磁控管的特征，但所述术语不应解释为局限于此。更确切地说，所述术语应解释成，替代磁控管也可以设有速调管等。只要术语“磁控管”在本公开中也应包括类似的装置如速调管等，更确切地说尤其使用高压的装置，以便特别是在高频的范围中输出电磁波。
通过本发明整体上可能的是，要吸收的能量能够以时间常数吸收，所述时间常数明显小于1毫秒，优选在例如几微秒的范围中。由此，借助于根据本发明的高压发生器可以实现用于高压脉冲的高脉冲率，使得也可以实现大致1kHZ或甚至更高的脉冲率。
由此，借助本发明也开启新的应用领域，例如可以执行具有高速度的集装箱透视，使得例如在行驶运行期间在经过相应的透视设施时已经可以可靠地透视集装箱列车。此外，当然还得出一系列其他应用，所述其他应用由此才可以有意义地实现，因为高脉冲率可以通过高压发生器提供。
证实为特别有利的是，仅储能器单元中的第一储能器单元具有电阻。由此，本发明能以非常简单的方式实现，使得仅需要相应地调整储能器单元中的第一储能器单元。刚好在改装现有的高压发生器方面，本发明能够以简单的方式无需大耗费也可以事后实现。除了电阻之外原则上不需要其他元件来实现本发明。本发明在该情况下可以特别简单地实现，由此尤其得出如下可选方案：本发明也可以在现存的高压发生器中以简单的方式改装。
此外提出，电阻开关元件与电阻并联连接。所述设计方案尤其适合于，电阻元件不仅只设置在串联电路的储能器单元中的第一储能器单元中。原则上，电阻当然也可以设置在另一或多个任意的储能器单元中。作为电阻当然也能够设有多个电阻，所述电阻设置在储能器单元中的多个储能器单元中。然而因为在与储能器单元中的第一储能器单元不同的储能器单元中设置的电阻可以对提供高压脉冲和/或其他功能产生影响，在该情况下可以通过并联连接的电阻开关元件实现，为了提供高压脉冲和/或其他功能，将电阻短路，使得基本上可以忽略其对提供高压脉冲的影响。电阻可以在需要时仅在吸收能量的时间段中激活。
优选地，充电端子的正端子通过储能器单元中的第一储能器单元的输出端子的正端子提供。由此，储能器单元中的第一储能器单元的电容器可以直接地与能量源耦合，所述能量源在该情况下应当是直流电压源。由此，同时也可以实现，当储能器单元中的第一储能器单元具有电阻时，所述电阻对于对电容器充电的过程自动地不激活。此外，由此也可以实现，电阻也可以在提供脉冲时自动地不激活。
而如果在储能器单元中的一个或多个任意储能器单元中设置电阻，那么电阻应通过电阻开关元件对于对电容器充电的过程短路，以便不仅可以尽可能有效地而且也可以尽可能快速地执行电容器的充电过程。由此，可以进一步地改进实现用于高压脉冲的大的脉冲率。
此外提出，电阻具有与脉冲变压器的阻抗相关的和/或与连接于至少一个次级绕组的电路的电容相关的电阻值。选择电阻的电阻值因此优选地取决于：要提供脉冲变压器的何种阻抗和/或在次级侧连接于脉冲变压器的电路具有何种电容。例如已经证实的是，在脉冲变压器的次级侧上的瞬时电流中断时，尤其电路的导线电容、但是也可能其他的电容可以引起，在此存储的能量经由脉冲变压器从次级侧输送至初级侧。所述能量于是不再能回馈到电容器中。因此关于脉冲变压器在初级侧吸收所述能量。通过适当地选择电阻值可以将吸收优化。
此外证实为特别有利的是，电阻构成在其电阻值方面可设定。这允许，可以将高压发生器以简单的方式匹配于不同的应用。由此，可以进一步地改进关于高压发生器使用的灵活性。
根据一个改进方案提出，电阻具有在大致0.5Ω至大致15Ω的范围中、优选大致5Ω的电阻值。
对于这种类型的高压发生器的常规运行，在该范围中的电阻值已经证实为是特别适合的。借助上述电阻值可以实现通过电阻快速地吸收能量。
此外提出，电阻针对在大致0.2kW至大致10kW的范围中、优选大致1kW的电功率构成。这种电阻证实为在购置中是便宜的并且同时这种电阻能够以简单的方式设置在高压发生器中。此外，所述功率范围证实为对于应用这种类型的高压发生器以能够实现能量的期望的吸收是优选的。
此外提出，电阻可更换地设置。尤其可以实现，高压发生器能够以简单的方式匹配于不同的运行条件。此外，当然也存在如下可行性：将损坏的电阻以简单的方式更换成完好的电阻。尤其，由此可以改进维护和可靠性。
此外提出，电阻至少部分地构成为贴片电阻。由此可以实现，电阻以高动态的方式可以加载有电压和/或电流。尤其可以避免，电阻可以与脉冲变压器和/或高压发生器的其他电路部件不期望地交互作用。此外可以实现，可以均匀化电阻的能量吸收，使得可以实现电阻的尽可能均匀的负荷。
针对根据本发明的高压发生器说明的优点和作用当然同时也适用于配设有根据本发明的高压发生器的高频发生器，反之亦然。
附图说明
其他的优点和特征通过下面根据附图对实施例的描述中得出。在附图中，相同的附图标记示出相同的特征和功能。
附图示出：
图1示出具有磁控管的高压发生器的缩减的示意性电路图，所述磁控管连接于高压发生器；
图2示出根据图1的高压发生器的储能器单元的示意图；和
图3示出高压发生器的高压脉冲的示意图，根据图1的磁控管加载有所述高压脉冲。
具体实施方式
图1示出高频发生器10的缩减的示意性电路图，所述高频发生器包括磁控管48，所述磁控管经由线路50连接到高压发生器12上。高压发生器12在其方面由充电单元42供应电能，所述充电单元为了所述目的在其方面连接于未进一步地示出的公共供能网，并且由其供应电能。当前，充电单元42构成用于，通过公共供能网加载有大致400V的三相交流电压。此外充电单元42构成为，提供大致10kW的功率。充电单元42提供大致400V的充电直流电压。磁控管48以及电线路50形成电路46。
高压发生器12提供高压脉冲14(图3)，对磁控管48加载所述高压脉冲，于是磁控管48输出在高频范围中的相应的电磁脉冲。磁控管48的功能在现有技术中广泛已知，使得对此不进行进一步的阐述。
高压发生器12在本设计方案中提供电压幅值当前大致为50KV的高压脉冲14。根据磁控管48的应用和构造，然而在此也可以设有其他电压幅值，例如20KV、40KV或甚至也设有大于50KV的电压幅值。
在该设计方案中，磁控管48具有如下特性，在低于大致30KV的电压时，穿过线路50的电流流动突然结束。由此，得出关于高压脉冲14的剩余能量的问题，所述剩余能量至少部分地也以电容方式存储在线路50中。所述能量在高压发生器12中不再用于存储，如在下文中还阐述的那样。
此外，从图1中可见高压发生器12的示意构造，所述高压发生器提供用于运行磁控管48的高压脉冲14。高压发生器12因此用于提供多个时间上彼此跟随的高压脉冲14。
为了所述目的，高压发生器12具有多个储能器单元16、18，其中个别储能器单元(16)在图2中的示意电路图中示出。每个储能器单元16、18分别具有两个输入端子和两个输出端子20、22、24、26以及电容器28。电容器28借助其端子中的第一端子连接于两个输入端子的负端子22并且借助其端子中的第二端子连接于相应的储能器单元16、18的两个输出端子的正端子24上。在储能器单元中的相应的储能器单元16、18的输入端子20、22之间连接有可控制的开关元件30。开关元件30可以通过半导体开关元件形成，例如晶闸管，在开关运行中运行的晶体管，尤其绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，但是还有场效应晶体管，例如金属氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)等。
正端子20、24以及相应地还有负端子22、26分别经由相应的二极管32、34彼此电连接，其方式为：二极管32、34的相应的阳极连接于输入端子20、22并且二极管32、34的相应的阴极连接于输出端子24、26。
高压发生器12在此处示出的根据图1的设计方案中包括五个储能器单元16、18，所述储能器单元当前彼此连接成串联电路。在串联电路中，相应的储能器单元16、18的相应的输入端子20、22连接于在串联电路中直接在上游设置的储能器单元16、18的相应的输出端子24、26，使得串联电路提供储能器单元中的第一储能器单元18的输入端子20、22作为输入端子并且提供储能器单元中最后的储能器单元16的输出端子24、26作为输出端子。在替选的设计方案中，储能器单元16的数量当然也可以近似任意地改变，以便使高压发生器12匹配于相应的应用。对于本发明的应用，这然而不是关键的。
此外，高频发生器12包括脉冲变压器36，所述脉冲变压器当前具有初级绕组38和次级绕组40，以提供高压脉冲14。在次级绕组40上连接有电路46。初级绕组38和次级绕组40缠绕在未进一步示出的铁磁芯上。当前还提出，初级绕组38和次级绕组40双股地缠绕到芯上。初级绕组38此外连接于串联电路的正端子20、24。
此外，高压发生器12包括未示出的充电端子，用于用出自可连接于充电端子的充电单元42的能量对电容器28充电。在当前的设计方案中，这仅示意性地示出。充电单元42在该设计方案中虽然不由高压发生器12所包括，然而其可以在替选的设计方案中完全也可以由高压发生器12包括。充电端子的负端子当前通过串联电路的输出端子的负端子26提供，并且充电端子的正端子当前通过第一储能器单元18的输出端子的正端子24提供。
在常规运行中，高压发生器12原则上根据马克思原理如下运行：
在第一运行模式中，其中对电容器28充电，可控制的开关元件30处于关断的开关状态中。经由提供充电端子的第一储能器单元18的正端子24以及最后的储能器单元16的负端子26，由充电单元42提供大致400V的充电电压作为直流电压，由此电容器28充电到相应的直流电压。在此，充电电流流动经由第一储能器单元18的正端子24直接朝向其电容器28以及经由二极管32朝向另外的储能器单元16的电容器28进行。电流流动流过储能器单元16、18的二极管34。
在第二运行模式中，其中电压脉冲14通过高压发生器12提供，根据高压脉冲14的期望的电压幅值，激活相应数量的储能器单元16、18，其方式为：其可控制的开关元件30切换到接通的开关状态中。由此，在初级绕组38处提供通过由此串联连接的电容器28确定的直流电压，所述直流电压借助于脉冲变压器36变压成期望的高压，使得在次级绕组40处提供相应的高压脉冲14。
借助于未进一步示出的电流转换器，可以检测在电路60的线路50中的电流。如果电流突然中断，那么这可以被探测到并且储能器单元16、18的开关元件30切换到关断的开关状态中。在该开关状态中，于是经由初级绕组38和二极管32可以吸收在电路46中剩余的能量。
这表示：
现在如果出现电路46中的电流流动的突然结束——如上文所阐述的——那么需要的是，在电路46中在该时刻还存在的能量被引出。对此，存储的能量经由脉冲变压器36和其初级绕组38再次输送给由储能器单元16、18构成的串联电路，其中电流流动通过储能器单元16、18的二极管32产生。储能器单元16、18因此提供续流路径。
在该时刻，可控制的开关元件30处于关断的开关状态中。由于在所述电路或续流路径中小的衰减，用于吸收能量的衰减时间常数是相对大的并且典型地为大约1ms至大约2ms。所述事实根据图3进一步地阐述。
图3在示意的图表中示出能量时间图表，所述能量时间图表仅用于定性示出并且不是符合比例的。能量在此与初级绕组38的经平方的初级电流相关。横坐标与时间t相关联，而纵坐标与能量J相关联。在时刻t1，电路46中的电流流动结束。借助图形52在此示出在不具有电阻44的前述情况中的吸收表现。在时刻t3，能量进一步地吸收，使得可以提供新的高压脉冲14。时间常数在此大致为1ms。
在上述时间常数的情况下不可能的是，可以提供重复率或脉冲率在1kHz或更大的范围中的高压脉冲14。即如果在该设计方案中脉冲率在相应的数量级中变动，那么越来越多的能量在系统中积聚。这会引起危险状态并且此外也造成损坏。
现在为了能够降低上述问题并且能够提高用于高压脉冲14的脉冲率，根据本发明提出，储能器单元中的第一储能器单元18具有电阻44，所述电阻与将所述储能器单元18的正端子20、24连接的二极管32串联连接。从纯电气工程的角度，在此这两个元件的串联电路的顺序不是关键的。
通过当前具有大约5Ω的电阻值并且设计用于大约1kW的电功率的电阻44，用于能量吸收的时间常数可以明显缩短，如这从图3中根据图形54可见。在明显位于时刻t3之前的时刻t2，能量已经被足够吸收。
由此因此可以实现在明显小于大约1μs的范围中的衰减时间，例如大致100ns等。相反地，无需电阻44就实现在大致1ms或甚至2ms的范围中的衰减时间。在图3中的图表中的衰减时间对应于相应的时刻之差t3-t1或t2-t1。
通过现在可实现的、非常短的衰减时间，可以明显地增大用于高压脉冲14的脉冲率，使得也可以实现在大致1kHz或甚至更大的范围中的脉冲率。
即使高压发生器12的当前的设计方案提出，通常正端子24相对于正端子20在常规运行中具有正电势，高压发生器12以及其串联电路和储能器单元也可以构造成，使得存在相应的负电势。相应的双电路布置对于本领域技术人员而言以简单的方式相应地实现。本发明的应用由此然而保持不受妨碍。
此外，当然电阻44也可以设置在其他储能器单元16中。其也能够设置在多个储能器单元16中。在这种情况下然而值得期望的是，电阻44随后可以借助于电阻开关元件短路，使得在高压脉冲14的高压脉冲产生时不出现不必要的损失。此外，有意义的是，电阻在此在用于对电容器28充电的充电过程中也短路，以便可以实现对电容器28的尽可能急速的充电。
本发明当然不局限于使用刚好五个储能器单元。高压发生器当然可以包括近似任意数量的储能器单元，所述储能器单元以上述方式串联连接。储能器单元的数量尤其可以与充电单元的电压的值和/或要提供的高压脉冲的幅值相关地选择。
整体上，实施例仅用于阐述本发明并且不应限制本发明。

Claims (11)

1.一种用于提供高压脉冲(14)的高压发生器(12)，具有：
-多个储能器单元(16，18)，其中每个所述储能器单元(16，18)分别具有至少两个输入端子和两个输出端子(20，22，24，26)以及电容器(28)，所述电容器借助其端子中的第一端子连接于这两个输入端子中的负端子(22)并且借助其端子中的第二端子连接于这两个输出端子中的正端子(24)，其中在所述输入端子(20，22)上连接有可控制的开关元件(30)，并且所述正端子(20，24)和所述负端子(22，26)分别经由二极管(32，34)彼此电连接，其方式为：所述二极管(32，34)的相应的阳极连接于所述输入端子(20，22)并且所述二极管(32，34)的相应的阴极连接于所述输出端子(24，26)，
-由所述储能器单元(16，18)构成的串联电路，其中所述储能器单元(16，18)中的相应的储能器单元的相应的输入端子(20，22)连接于所述储能器单元(16，18)的在所述串联电路中在上游设置的储能器单元的相应的输出端子(24，26)，使得所述串联电路提供所述储能器单元中的第一储能器单元(18)的输入端子(20，22)作为输入端子，并且提供所述储能器单元中最后的储能器单元(16)的输出端子(24，26)作为输出端子，
-脉冲变压器(36)，所述脉冲变压器具有至少一个初级绕组(38)和至少一个次级绕组(40)，用于提供所述高压脉冲(14)，其中所述至少一个初级绕组(38)连接于所述串联电路的所述正端子(20，24)，以及
-充电端子，用于用出自能量源(42)中的能量对所述电容器(28)充电，所述能量源可连接于所述充电端子，其中所述充电端子的负端子通过所述串联电路的输出端子的负端子(26)提供，并且正端子通过所述储能器单元中的第一储能器单元(18)的正端子(20，24)之一提供，
其特征在于，
所述储能器单元中的至少一个储能器单元(18)具有电阻(44)，所述电阻与将所述储能器单元(18)的正端子(20，24)连接的二极管(32)串联连接。
2.根据权利要求1所述的高压发生器，
其特征在于，
仅所述储能器单元中的第一储能器单元(18)具有所述电阻(44)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
与所述电阻(44)并联连接有电阻开关元件。
4.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述充电端子的正端子通过所述储能器单元中的第一储能器单元(18)的输出端子的正端子(24)提供。
5.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)具有与所述脉冲变压器(36)的阻抗相关的和/或与连接于所述至少一个次级绕组(40)的电路(46)的电容相关的电阻值。
6.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)构成为在其电阻值方面可设定。
7.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)具有在大致0.5Ω至大致15Ω的范围中、优选大致5Ω的电阻值。
8.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)构成为用于在大致0.2kW至大致10kW的范围中、优选大致1kW的范围中的电功率。
9.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)可更换地设置。
10.根据上述权利要求中任一项所述的高压发生器，
其特征在于，
所述电阻(44)至少部分地构成为贴片电阻。
11.一种高频发生器(10)，所述高频发生器具有磁控管(48)和高压发生器(12)，所述高压发生器连接于所述磁控管(48)，
其特征在于，
所述高压发生器(12)根据上述权利要求中任一项构成。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113346874B (zh) * 2021-06-02 2022-04-05 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种兆伏级Marx发生器触发系统

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121809A (ja) * 1991-10-24 1993-05-18 Toshiba Corp パルスレーザ用電源装置
JP2001274492A (ja) * 2000-03-23 2001-10-05 Nichicon Corp パルスレーザ電源
US6362604B1 (en) * 1998-09-28 2002-03-26 Alpha-Omega Power Technologies, L.L.C. Electrostatic precipitator slow pulse generating circuit
US20020180276A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Ngk Insulators, Ltd. Circuit for generating high voltage pulse
JP2005237147A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Rikogaku Shinkokai 回生磁気エネルギーを利用した高電圧パルス発生装置
JP2006094681A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 高電圧パルス電源
US20060139977A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Kaiser Systems, Inc. High voltage pulse generator
JP2008011595A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 高電圧パルス発生装置
CN101473508A (zh) * 2006-06-21 2009-07-01 欧陆汽车有限责任公司 对储能器充电的装置和方法
CN101534071A (zh) * 2009-04-09 2009-09-16 复旦大学 全固态高压纳秒脉冲电源
CN102441231A (zh) * 2011-07-13 2012-05-09 重庆大学 基于fpga控制的全固态高压纳秒方波脉冲发生器
CN105846709A (zh) * 2016-05-06 2016-08-10 上海交通大学 脉冲高压发生电路
CN106050593A (zh) * 2016-08-02 2016-10-26 中国科学院电工研究所 基于Marx发生器的等离子体合成射流串联放电装置
CN107818218A (zh) * 2017-10-31 2018-03-20 天津大学 一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器
JP2018074622A (ja) * 2016-10-24 2018-05-10 ニチコン株式会社 パルス電源装置およびパルス発生方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
DE102006060417B4 (de) 2006-12-20 2008-09-11 Siemens Ag System zur Erzeugung eines Spannungspulses mit einem Impuls-Generator, Verfahren zur Steuerung und deren Verwendung
US8395280B2 (en) * 2010-02-16 2013-03-12 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement including a multi-level converter
DE102010041065A1 (de) * 2010-09-20 2012-03-22 Robert Bosch Gmbh System zum Laden eines Energiespeichers und Verfahren zum Betrieb des Ladesystems
DE102013212682B4 (de) * 2013-06-28 2017-03-02 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
DE102013212716A1 (de) * 2013-06-28 2014-12-31 Robert Bosch Gmbh Energiespeichereinrichtung mit Gleichspannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Bereitstellen einer Gleichspannung aus einer Energiespeichereinrichtung
FR3019700B1 (fr) * 2014-04-08 2016-05-13 Commissariat Energie Atomique Systeme et procede de generation de hautes puissances pulsees a alimentation unique
WO2018122038A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Scandinova Systems Ab Electrical pulse generating module with storage capacitor, freewheeling diode and transformer reset during charging
CN107835002B (zh) * 2017-09-20 2024-03-12 同方威视技术股份有限公司 固态脉冲调制器中的保护电路、振荡补偿电路和供电电路

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05121809A (ja) * 1991-10-24 1993-05-18 Toshiba Corp パルスレーザ用電源装置
US6362604B1 (en) * 1998-09-28 2002-03-26 Alpha-Omega Power Technologies, L.L.C. Electrostatic precipitator slow pulse generating circuit
JP2001274492A (ja) * 2000-03-23 2001-10-05 Nichicon Corp パルスレーザ電源
US20020180276A1 (en) * 2001-05-31 2002-12-05 Ngk Insulators, Ltd. Circuit for generating high voltage pulse
JP2005237147A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Rikogaku Shinkokai 回生磁気エネルギーを利用した高電圧パルス発生装置
JP2006094681A (ja) * 2004-09-27 2006-04-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 高電圧パルス電源
US20060139977A1 (en) * 2004-12-28 2006-06-29 Kaiser Systems, Inc. High voltage pulse generator
CN101473508A (zh) * 2006-06-21 2009-07-01 欧陆汽车有限责任公司 对储能器充电的装置和方法
JP2008011595A (ja) * 2006-06-27 2008-01-17 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 高電圧パルス発生装置
CN101534071A (zh) * 2009-04-09 2009-09-16 复旦大学 全固态高压纳秒脉冲电源
CN102441231A (zh) * 2011-07-13 2012-05-09 重庆大学 基于fpga控制的全固态高压纳秒方波脉冲发生器
CN105846709A (zh) * 2016-05-06 2016-08-10 上海交通大学 脉冲高压发生电路
CN106050593A (zh) * 2016-08-02 2016-10-26 中国科学院电工研究所 基于Marx发生器的等离子体合成射流串联放电装置
JP2018074622A (ja) * 2016-10-24 2018-05-10 ニチコン株式会社 パルス電源装置およびパルス発生方法
CN107818218A (zh) * 2017-10-31 2018-03-20 天津大学 一种用于电磁故障注入的纳秒级电磁脉冲发生器

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DE102018221518A1 (de) 2020-06-18

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