DE2231746C3 - Schaltung zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen - Google Patents

Description

60

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zum Liefern einer pulsierenden Leistung. Eine Wechselspan-Die trr.naung bezieht sich auf eine Scha tung zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen im allgemeinen und auf ein Gerät zum Erzeugen von Hochspannungsirrpulsen aus einem Spannungsvervielfacher, der von einer torgesteuerten SCR-Schaltung gespeist wird, ,m besonderen. Die Verwendung von E.nverb.ndungs-Transistorkippschwingern zum Steuern eines SCR zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen ist allgemein bekannt. Ebenso ist auch bekannt, daß der SCR am Aufklinken verhindert werden kann, d.h. m einem solchen Grad leitend wird, daß das Tor nicht mehr steuern kann und so durch Einfuhren eines Widerstandes von angemessener Größe in den Anodenoder Kathodenkreis keine Steuerung mehr ausüben kann. Mit einer solchen Einrichtung wird der Spannungsabfall am Widerstand von dem an der Transformatorprimärseite auftretenden abgezogen und verringert so die zuverlässige Speisung der Ausgangsschal-

^tUEs' ist deshalb die hauptsächliche Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Schaltung anzugeben, um das Aufklinken in einer ausgelosten SCR-Schaltung zu beseitigen. Ferner soll eine neue und verbesserte Hochspannungsimpulsquelle zur Verwendung mit einer Beschleunigungsröhre oder zur Verwendung beim Erzeugen von Neutronen hoher Energie angegeben werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird im allgemeinen durch eine von einer Impulsquelle gesteuerten SCR-Schaltung gelöst, wobei ein Teil der erzeugten Anodenspannungsimpulse am SCR an eine veränderbare Impedanz im Kathodenkreis des SCR gekoppelt wird und so die Impedanz als Funktion eines hocnspannungsimpulses verändert wird, der im Anodenkreis des SCR zum Verhindern des Aufklinkens erzeugt wird.

Diese und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend mit Hilfe

Art Zeichnung erläutert In dieser ist F i g. 1 ^ein schematisches Schaltbild nach der Erfin-

^du{^ "ⁿ ₂ eine schematische Darstellung der Gleichspannnnßsimpulsquelle, die in Fig. 1 in Blockform darge- s «teilt ist in größerem Detail.

F' e 1 zeigt die Gleichspannungsimpulsquelle 10, α ren Ausgänge 43 und 58 an der Primärseite 13 des Transformators 14 liegen. Die Sekundärwicklung 15 des Transformators 14 ist an einen üblichen Spannungs- «!vielfacher geschaltet. Der obere Abschnitt der cp_kundärwicklung liegt an der Verbindung A, die über Hpm Kondensator 16 an der Verbindung C liegt. Das tere Teil der Sekundärwicklung liegt an der ""erdeten Verbindung B. Die Anode der Diode 17 ist an , Hie Verbindung B und die Kathode der Diode an die Verbindung Cgeschaltet. Die Verbindungen Bund D d _durcn den Kondensator 18 zusammengeschaltet, nie Anode der Diode 19 liegt an der Verbindung C, während die Kathode mit der Verbindung D verbunden \t Die Verbindungen C und / sind durch den Kondensator 20 zusammengeschaltet. Die Anode der ninde 21 liegt an der Verbindung D, während die Kathode an die Verbindung / geschaltet ist Dieselbe Verbindungsart von Dioden und Kondensatoren wird ausgeführt, bis eine gewünschte Anzahl von Stufen ,üsammengeschaltet sind. Die letzte Stufe ist mit einem Kondensator 22 dargestellt, der an der Verbindung F IiS Die Anode der Diode 23 liegt an der Verbindung C, während die Kathode an der Verbindung Fliegt. Die Verbindung G ist mit der Verbindung H durch einen Kondensator 24 verbunden. Die Anode der Diode 25 liegt an der Verbindung F, während die Kathode mit der Verbindung H verbunden ist. Die Verbindung F ist über len Widerstand 26 mit der Kathode 27 einer Ionenquelle H verbunden. Die Kathode 29 der oSuelle 28 liegt an der Verbindung H. Die Kathode 27 ist mit einer Elektrodenkapazität 30 eines gegebenen Wertes zwischen ihr und Erde dargestellt. Die Ionenquellen sind für sich bekannt und werden mit Beschleunigungsröhren verwendet, die zum Erzeugen von Neutronen hoher Energie insbesondere aus der η T Reaktion und auch beim radioaktiven Bohrlochausbau besonders zweckmäßig sind. Beispiele bekannter Anordnungen sind in den amerikanischen Patentschnften 33 09 522 und 26 89 918 beschrieben.

Beim Betrieb der Schaltung nach Fig.1 ist die Soannung Earn Kondensator 16 in der Amplitude etwa Sder Spannung zwischen den Punkten A und ßder Sekundärseite des Transformators. Die Spannung am Kondensator 18 ist gleich 2£ Die Spannung am Kondensator 20 ist gleich 3E und die Spannung am Kondensator 22 gleich (2N-I)E und d.e am Kondensator 24 gleich 2NE, wobei angenommen wird, daß kein Strom aus dem Vervielfacher an die Belastung geliefert wird Hier ist E die Spitzeneingangsspannung, N die Zahl'der Stufen, wo Kondensatoren und zwei Dioden

""wenn der Vervielfacher an die Belastung einen Strom liefert, dann ist die Eingangsspannung ^(lC

Wenn der Belastungsstrom ansteigt steigt auch die pulsierende Spannung am Ausgang an und wi.a bestimmt durch den Ausdruck:

so daß die Gesamtspannung zwischen den Werten

I Γ2Ν³

N² i

Ζ] 6 J

= ? NE.

worin f die Frequenz der Eingangsspannung, / der Belastungsstrom und c die Kapazität eines der Kondensatoren 16,18,20 usw. ist schwankt Wenn der Vervielfacher aus der Quelle der Hochspannungsimpulse an Stelle einer sinusförmigen Wechselspannung erregt wird, besteht die Ausgangsspannung aus einer Gleichspannungskomponente und einer pulsierenden Komponente.

Das höchste Potential des Spannungsvervielfachers an der Verbindung H liegt an der Anode 29 der Beschleunigungsröhre, wobei die Kathode der Ionenquelle an einer Halbstufe und über dem Widerstand 26 an der Verbindung F liegt Da ausreichend Stufen vorhanden sind, wird an der Diode 25 eine ausreichende Spannung und von der richtigen Polarität erzeugt, um die Ionenquelle zu zünden und in der Beschleunigerröhre positive Ionen zu erzeugen. Die restliche Spannung zwischen der lonenquellenkathode 27 und Erde ist die Beschleunigerspannung.

Wenn der Vervielfacher beginnt, Strom an die Beschleunigerröhre zu geben, beginnt auch die Pulsierung der Spannung anzusteigen und tritt an mit der Gleichspannungskomponente an der lonenquellen-Anode und -Kathode auf. Wenn ein Widerstand in die lonenquellen-Kathode eingeschaltet wird, versucht der Widerstand in Kombination mit der Kathodenkapazität gegen Erde die Impulse mit der Teilpulsation an der lonenquellenkathode zu integrieren und dabei einen Überschuß an Pulsierung an der Kathode zu belassen.

Durch Wahl des Wertes des Widerstands 26 und der Kapazität für den Vervielfacher, die mit dem erforderlichen Strom der Beschleunigerröhre übereinstimmen, wird ein Zustand erhalten, durch den die Ionenquelle während der pulsierenden Impulse seine Ladung abgibt und sich selbst nach dem Passieren des Impulses löscht und dadurch einen Neutronenstoß bei einer durch die Betriebsfrequenz bestimmten Geschwindigkeit erzeugt. Obwohl der Widerstand 26 offensichtlich der Elektrodenkapazität 30 für eine gegebene Beschleunigerröhre angepaßt ist und die einzelnen Kapazitäten sich im Vervielfacher befinden, ist sein Wert normalerweise hoch, z. B. zwanzig Megohm.

Die in F i g. 1 als Block dargestellte Gleichstromimpulsquelle 10 wird in F i g. 2 im einzelnen gezeigt Eine Wechselspannungsquelle 40, z.B. von 150V, liegt mit einem ihrer Ausgänge an Erde, und die positive Ausgangsklemme 42 liegt an der Verbindung 43, die über einen Widerstand 44 an der Verbindung 45 liegt. Die Verbindung 43 ist über den Widerstand 44 mit der Verbindung 45 verbunden. Zwischen der Verbindung 45 und Erde liegt eine Diode 46 und ferner ein Transistorkippschwinger mit einer erste» Serienkombination von Widerstand 47 und Kondensator 48, deren Verbindung an dem Emitter 49 des Transistors 50 liegt. Die ß 1-Basis 51 des Transistors 50 ist durch den Widerstand 54 geerdet Die ß2-Basis 53 liegt über dem

Widerstand 54 an der Verbindung 45. Die B 1-Basis 51 ist durch den Kondensator 55 mit dem Tor des SCR 57 verbunden, dessen Anode an der Verbindung 58 liegt, die wiederum über den Kondensator 59 an die Primärwicklung 60 des Transformators 61 geschaltet ist, deren anderes Ende geerdet ist. Die Sekundärwicklung 62 liegt zwischen Erde und der Basis des Transistors 63, dessen Emitter geerdet ist. Die Kathode des SCR 57 liegt am Kollektor des Transistors 63, der über den Kondensator 64 geerdet ist. Die Verbindungen 58 und 43 liegen am Transformator 14. wie bereits F i g. 1 zeigt. Die Verbindung 43 ist über den Kondensator 65 geerdet.

Der Transistorkippschwinger ist bekannter Art, z. B. wie auf Seite 46 der zweiten Ausgabe der Veröffentlichung »Silicon Control Rectifier Manual« des Rectifier Component Department der General Electric Company, Auburn, New York 1961, gezeigt wird. Die in den F i g. 1 und 2 verwendeten Komponenten sind im Wert nicht besonders kritisch. Es ist aber als vorteilhaft festgestellt worden, daß bei der Verwendung eines 2N177 für den SCR 57 und eines MJ3011 -Transistors der Firma Motorola Semiconductor Company in Phoenix/ Arizona, USA, für den Transistor 63 und einer Gleichspannungsquelle 40 von 150VoIt der Kondensator 64 vorzugsweise mindestens 10 μΡ und auch mehr vorzugsweise 14 μΡ sein soll.

Beim Betrieb der Schaltung nach F i g. 2 werden die Impulse niedriger Spannung aus dem Transistorkippschwinger über den Kondensator 55 an das Tor des SCR 57 gekoppelt. Mit einer solchen Anordnung würden die Impulse normalerweise in einem Aufwärtstransformator 14 für eine sehr hohe Spannung zum Beispiel an der Verbindung 58 erzeugt werden. Dann werden sie an das Tor des SCR 57 gekoppelt. Da die SCR leicht aufklinken, d. h. aus der Steuerung in einen leitenden Zustand gelangen, der durch das Tor nicht gesteuert werden kann, so daß danach ein oder mehrere Impulse an das Tor des SCR 57 gekoppelt sind, geht die Impulseigenschaft der Gesamtschaltung verloren, und es werden keine weiteren Impulse von der Transformatorprimärwicklung 13 an die Sekundärwicklung 15 gelangen.

Bei einer Schaltung nach der Erfindung wird ein Teil der Hochspannungsimpulse von der Verbindung 58 über den Kondensator 59 an die Primärwicklung 60 zurückgekoppelt, die an der Basis des Transistors 63 liegt. Dadurch kommt der Transistor 63 in Sättigung,

ίο und somit wird die Impedanz zwischen der Kathode des SCR 57 und Erde herabgesetzt Wenn der SCR versuchen sollte aufzuklinken, erzeugt er keine Impulse mehr, wodurch der Antrieb von der Basis des Transistors 63 entfernt wird und der Transistor selbst in den Zustand des Nichtleitens oder hoher Impedanz kommt. Der SCR kehrt dann in seinen nichtleitenden Zustand zurück. Die Impedanz an der SCR-Kathode reicht aus, um ihn wieder anzuschalten, wodurch ein Impuls an der Verbindung 58 erzeugt wird, der den Transistor 63 wieder leitend macht, und die Schaltung beginnt wieder, in normaler pulsierender Weise zu arbeiten.

Die Gesamtschaltung der F i g. 1 und 2 besitzt eine Gleichspannungsquelle 40 von 150 Volt, und es werden Hochspannungsimpulse zwischen 15 und 20 kV Gleichspannung an den Klemmen A und B der Sekundärwicklung 15 des Transformators und zwischen 80 und 120 kV Gleichspannung an der Verbindung H erzeugt, die an der Anode 29 der Ionenquellen 28 liegt.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr sind verschiedene Abänderungen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann an Stelle des Transformators 63 als veränderbare Impedanz im Kathodenkreis des SCR 57 eine beliebige andere veränderbare Impedanz, z. B. ein Feldeffekt-Transistoi oder ein anderer SCR oder eine andere torgesteuertc Einrichtung verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Erzeugen von Hocl annungsimpulsen mit einer Quelle von Impulsen niedriger s Spannung und einem torgesteuerten SCR (gesteuerter Siliziumgleichrichter) mit Anode, die an einer Gleichspannungsquelle liegt, und einer Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle (10) von Niederspannungsimpulsen am Tor des SCR (57) liegt und so an dessen Anode Hochspannungsimpulse erzeugt, daß an der Kathode des SCR (57) der Kollektor eines Transistors (63) liegt und daß die Hochspannungsimpulse an der Anode an die Basis des Transistors gekoppelt werden und so ein Aufklinken des SCR verhindern.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kathodenkreis des SCR (57) ein funktionsmäßig auf die Hochspannungsimpulse an der Anode bezogene veränderbare Impedanz vorgesehen ist, die das Aufklinken des SCR verhindert.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz ein Transistor (63) ist.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Verändern der Impedanz die funktionsmäßige Kopplung der Hochspannungsimpulse an die Basis des Transistors (63) enthält, wodurch der Transistor gesättigt wird.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsimpulse transformatorisch in die Basis des Transistors eingekoppelt sind.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Emitter und Kollektor des Transistors (63) ein Kondensator (t>4) geschaltet ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anode des SCR und der Primärwicklung (13) des Transformators (14) für die transformatorische Kupplung ein zweiter Kondensator liegt.

8. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Pulsieren einer Ionenquelle (28) an einer Beschleunigerröhre ein SCR (57) durch Niedrigspannungsimpulse torgesteuert wird, so daß an dessen Anodenkreis Hochspannungsimpulse entstehen, und daß die Einrichtung zum Verändern der Impedanz im Kathodenkreis des SCR funktionsmäßig auf die Hochspannungsimpulse an der Anode bezogen ist, um das Aufklinken zu verhindern, und daß zwischen der Anode des SCR (57) und dem Eingang eines Spannungsvervielfachers die Ionenquelle (28) liegt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung einen an den Wert der Elektrodenkapazität (30) der Beschleunigerröhre und den erforderlichen Strom angepaßten Widerstand besitzt, der die Ionenquelle (28) ihre Ladung während der Pulsation abfallen und sich selbst nach Passieren des Pulsationsimpulses löschen läßt.

„_e ,st in einen Transistorkippschwinger «koppelt, wobei sein Ausgang am Tor eines SCR fSeuerter Siliziumgleichrichter) hegt. Der an der f He des SCR auftretende Spannungsimpuls ist frSormatorisch in einen Spannungsvervielfacher tekoppeTt, dessen Ausgang zwischen der lonen-" ι Anode und -Kathode einer Beschleunigungslieet die zum Erzeugen schneller Neutronen aus ,T Reaktion dient. Weil die SCR einem Aufsetzt sind, besitzt die Schaltung auch einen Transistor zwischen der Kathode des SCR und Erde, wobei die Basis des Transistors transformator.sch über einen Kondensator an die SCR-Anode zuruckgekoppelt fst Solange der SCR normal arbeitet, wird ein Te.l des an der SCR-Anode entstehenden negativen Impulses • ,«-tiprt und an die Basis des Transistors gekoppelt, was den Transistor somit anschaltet und den SCR-Strom über den sehr niedrigen Sättigungsw.derstand des TranSoi an Erde abfließen läßt. Beim Aufklinken erzeugt der SCR keine Impulse mehr, so daß die WiSg des Transistors aufgehoben w.rd was d.eseuin einem nichtleitenden Zustand läßt. Zwischen der SCR Kathode und Erde besteht somit eine hohe impedanz. Der SCR kommt dann wieder in seinen Seitenden Zustand. Es besteht dann eine ausreichende Impedanz an der SCR-Kathode die dann versucht aus dem Torantrieb, der durch den Kippschwinger geliefert wird, wieder einzuschalten, und omU wird ein Impuls erzeugt, der den Transistor Stend macht, und die Schaltung beginnt in normaler