DE3002423C2

DE3002423C2 - Pulse generator to excite CO? 2? -High power lasers

Info

Publication number: DE3002423C2
Application number: DE19803002423
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Dr. 8033 Krailling Opower; H.B. Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Puell
Original assignee: Individual
Current assignee: Heraeus Holding GmbH
Priority date: 1980-01-24
Filing date: 1980-01-24
Publication date: 1982-09-02
Also published as: DE3002423A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Impulsgenerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a pulse generator according to the preamble of claim 1.

In der konventionellen Technik werden Strom- und Spannungsimpulse für Plasmaentladungen mit Hilfe von Kondensatoren erzeugt. Diese Technik stößt aber dann auf erhebliche Schwierigkeiten, wenn hohe Impulsfolgen im 100 Hz- oder Kilohertz-Bereich mit erheblichen Impulsenergien benötigt werden, weil Kondensatoren eine solche Belastung nicht über einen längeren Zeitraum aushalten können. Die naheliegende Verwendung einfacher induktiver Speicher, nämlich stromdurchflossener Spulen, ist nicht brauchbar, weil dabei das technisch nur unbefriedigend lösbare Problem auftritt, daß hohe Ströme schnell abgeschaltet werden müssen.In conventional technology, current and voltage pulses for plasma discharges are generated using Capacitors generated. However, this technique then encounters considerable difficulties when high pulse trains in the 100 Hz or kilohertz range with considerable pulse energies are required because capacitors cannot withstand such a load for a long period of time. The obvious use simple inductive storage, namely current-carrying coils, is not useful because it the problem that can only be solved technically in an unsatisfactory manner occurs that high currents are switched off quickly have to.

Es ist zwar schon ein Impulsgenerator auf der Basis eines kapazitiven Speichers mit Thyristor-Schalter durch die US-Patentschrift 39 63 945 bekanntgeworden. Jedoch sind kapazitive Speicher räumlich aufwendig und außerdem in der Regel mit größeren Verlusten behaftet.It is indeed a pulse generator based on a capacitive memory with a thyristor switch made known by US Pat. No. 3,963,945. However, capacitive memories are spatially complex and also usually associated with greater losses.

Es besteht daher Bedarf an einem induktivenThere is therefore a need for an inductive one

Speicher, der ohne Unterbrechung hoher Ströme die gewünschten energiereichen Inipulse zu liefern vermag.Memory that can deliver the desired high-energy pulse without interrupting high currents.

Aus der US-Zeitschrift ,>Aviation Week & SpaceFrom US magazine, Aviation Week & Space

* Technology«, Band 109, Nr. 19, Nov. 1978, S. 50-52. 57 ist ein mechanisch angetriebener Impulsgenerator der im Anspruch 1 vorausgesetzten Art bekannt Der Nachteil der dort beschriebenen Anordnung* Technology ", Vol. 109, No. 19, Nov. 1978, pp. 50-52. 57 is a mechanically driven pulse generator of the The type required in claim 1 known The disadvantage of the arrangement described there

besteht darin, daß die hohen Stromimpulse vonis that the high current pulses of

ίο bewegten Spulen abgenommen werden müssen, was insbesondere bei hohen Drehzahlen zu technischen Problemen führtίο moving coils must be removed what leads to technical problems, especially at high speeds

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Impulsgenerator der vorausgesetzten Art die Hoch-Spannungsimpulse in einem ruhenden Bauteil zu erzeugen.The invention is based on the object of providing the high-voltage pulses in a pulse generator of the type required to be generated in a stationary component.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.This object is achieved by the characterizing features of claim 1.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutertA preferred embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing

Das Bauelement besteht aus einer Induktionsspule 1, die über einen ferromagnetischen Kern 2 gewickelt ist Der Kern 2 ist als Hohlkörper ausgebildet, in dessen Innerem sich eine zweite Spule 3 mit geringem Abstand zur Körperwandung befindet. Die Spulen 1 und 3 sind elektrisch so miteinander verbunden, daß sie im Falle eines Stromflusses gleichsinnig durchflossen werden; das ^fre;i Ende der Induktionsspule 1 liegt auf dem gemeinsamen Bezugspotential (Erde); das freie Ende der inneren Spule 3 führt über einen Schalter 4, vorzugsweise einen Thyristor bzw. mehrere in Reihe geschaltete Thyristoren zum Verbraucher. Da der Verbraucher eine der Anregung eines Lasers dienende Gasentladungsstrecke darstellt, die erst nach Überschreiten der Zündspannung Leistung aufnimmt und nach Unterschreiten der Brennspannung wieder schließt, erfüllt der Schalter 4 nur die Aufgabe, den genauen Schaltzeitpunkt zu definieren. Bei dieser Aufgabe handelt es sich aber nur um das Schließen eines Strompfades, was mit Hilfe von Thyristoren möglich ist, während das technisch problematische öffnen, d. h. die Unterbrechung des Stromflusses, vom Verbraucher selbst besorgt wird.The component consists of an induction coil 1 which is wound over a ferromagnetic core 2. The core 2 is designed as a hollow body, inside of which there is a second coil 3 at a small distance from the body wall. The coils 1 and 3 are electrically connected to one another in such a way that they are traversed in the same direction in the event of a current flow; the ^f re; i end of the induction coil 1 is at the common reference potential (earth); the free end of the inner coil 3 leads via a switch 4, preferably a thyristor or several thyristors connected in series to the consumer. Since the consumer represents a gas discharge path serving to excite a laser, which only consumes power after the ignition voltage is exceeded and closes again when the operating voltage is fallen below, the switch 4 only fulfills the task of defining the exact switching time. This task is only about closing a current path, which is possible with the help of thyristors, while the technically problematic opening, ie the interruption of the current flow, is taken care of by the consumer himself.

Die beiden Spulen I und 3 werden einem sich ändernden Magnetfeld ausgesetzt, wodurch eine Spannung erzeugt wird; diese fällt allerdings zum überwiegenden Teil auf die Induktionsspule ί, weil der von der Induktionsspule 1 umschlossene Fluß wegen der hohen Permeabilität μ > 1 des Hohlkerns um ein Vielfaches größer ist, als der von der Spule 3 umschlossene Fluß in einem Bereich der Permeabilität μ = 1. Im Maximum der induzierten Spannung wird der Schalter 4 geschlossen, so daß nun durch die beiden Spulen 1 und 3 ein Strom derart fließt, daß der Fluß im Hohlkern aufgehoben wird. Dadurch wird die Gesamtinduktivität der Anlage auf einen Bruchteil des ursprünglichen Wertes gedrückt, was einen rapiden Anstieg des Stromes bewirkt. Die der Induktion dienende Änderung des Magnetfeldes kann auf mehrfache Art geschehen, z. B. dadurch, daß das induktive Bauelement die Sekundärseite eines Transformators darstellt, oder dadurch, daß es in einem rotierenden Magnetfeld untergebracht wird, wobei die Rotation des Magnetfeldes durch ein magnetisches Drehfeld mittels phasenverschobener Felderzeugung hervorgerufen wird.The two coils I and 3 are exposed to a changing magnetic field, whereby a voltage is generated; However, this falls predominantly on the induction coil ί because the flux enclosed by the induction coil 1 is many times greater than the flux enclosed by the coil 3 in a range of permeability μ = 1 due to the high permeability μ> 1 of the hollow core At the maximum of the induced voltage, the switch 4 is closed, so that a current now flows through the two coils 1 and 3 in such a way that the flow in the hollow core is canceled. As a result, the total inductance of the system is reduced to a fraction of the original value, which causes a rapid increase in the current. The induction change in the magnetic field can be done in several ways, e.g. B. in that the inductive component is the secondary side of a transformer, or in that it is housed in a rotating magnetic field, the rotation of the magnetic field is caused by a rotating magnetic field by means of phase-shifted field generation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Pulse generator for the excitation of CC> 2 high-power lasers, in which the required high voltage is generated by a changing magnetic field in an inductive component, thereby characterized in that the inductive component consists of a coil (1) around a ferromagnetic hollow core (2) is wound, in the interior of which is tightly fitting to the walls Coil (3) is attached, the two coils are electrically interconnected so that they are in the In the event of a current flow flowing through in the same direction and that the laser consumer to the free The end of the coil (3) is connected via a switch (4).

2. Pulse generator according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic hollow core (2) is made of a ferrite material.

3. Pulse generator according to claim 1 and 2, characterized in that the switch (4) is off one or more thyristors connected in series.

4. Pulse generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inductive Component (1, 2, 3) is designed as a secondary coil of a transformer

5. Pulse generator according to one of claims I to 3, characterized in that the inductive Component (1, 2, 3) is arranged in the area of a rotating magnetic field

6. Pulse generator according to one of claims 1, 2, 3 or 5, characterized in that the rotating magnetic field is caused by a mechanically moved magnet.

7. Pulse generator according to one of claims 1, 2, 3 or 5, characterized in that the rotating magnetic field by means of a rotating magnetic field by means of phase-shifted field generation is caused in a stationary coil system.