DE4030184A1 - Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellen - Google Patents
Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellenInfo
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- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochleistungspulsgenerator
geringer Impedanz, insbesondere für Pulslaser, mit einer
gepulst betreibbaren, eine Parallelimpedanz aufweisenden Last,
einer in die Last getriggert entladbaren Anordnung, bestehend
aus ersten und zweiten Ladekapazitäten in einer LC-Inversions
schaltung, einer Hochspannungsquelle zur Aufladung der Lade
kapazitäten auf die Ladespannung, und einer Hochspannungs-
Triggerschaltungs-Anordnung, bei deren Betätigung eine Entladung
der Ladekapazitäten in die Last derart auslösbar ist, daß die
Ladespannungen der Ladekapazitäten sich zu einer vergrößerten
resultierenden Pulsspannung addieren.
Ein solcher Hochleistungspulsgenerator ist durch die EP-B1-
00 24 576 bekannt, siehe dort insbesondere Fig. 1. Moderne
Anwendungen der Plasmaphysik, wie z. B. UV- oder röntgenvorioni
sierte Laser mit selbständiger Hochdruckglimmentladung, Teil
chenbeschleuniger oder gepulste Röntgenquellen erfordern
schnelle Hochleistungspulsgeneratoren mit hoher Pulsenergie und
hoher Ausgangsleistung. In der vorerwähnten EP-Bl wird eine
Vorrichtung zur Erzeugung schneller gepulster Entladungen in
einem Laser beschrieben, die es ermöglicht, Pulse sehr hoher
Leistung an einer niederinduktiven Last zu erzeugen. Die hier
mit einem pulserzeugenden Netzwerk in LC-Inversionsschaltung
(auch Blümlein-Schaltung genannt) erzielbare Spannung ist
praktisch gleich der doppelten Ladespannung der Ladekapazitäten,
wobei die Ladespannung durch die maximal zulässige Haltespannung
des Hochspannungs-Triggerschalters vorgegeben ist.
Spannungsvervielfacher-Schaltungen sind in verschiedenen Aus
führungsformen bekannt geworden, siehe z. B. die Arbeit von R.A.
Fitch "Marx and Marx-like High Voltage Generators" in: IEEE TRANS.
NUCL. SCI. (USA) Vol. NS 18, No. 4, S. 190-198, August 1971.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochleistungs
pulsgenerator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definier
ten Art so auszubilden, daß einerseits eine über eine Spannungs
verdopplung hinausgehende Spannungsvervielfachung ermöglicht
ist, andererseits eine extrem niedrige Ausgangsimpedanz erreicht
werden kann, so daß mit dem Hochleistungspulsgenerator auf nieder
ohmige Lasten ohne aufwendige Anpassungs-Netzwerke und eventuell
notwendige Schalter für höchste Spannungen gearbeitet werden kann.
Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß
die erste und zweite Ladekapazität jeweils aus der Reihenschal
tung wenigstens eines ersten und eines zweiten bzw. eines
dritten und eines vierten Ladekondensators derart bestehen, daß
sich wenigstens zwei Ladekondensator-Paare ergeben, daß den
wenigstens zwei Ladekondensator-Paaren mindestens je ein Hoch
spannungs-Triggerschalter zugeordnet ist, wobei die Hochspan
nungs-Triggerschalter gleichzeitig triggerbar sind, und daß die
beiden Ladekondensator-Paare während des Entladevorgangs seriell
zueinander in die Last mit einer resultierenden Pulsspannung
entladbar sind, welche mindestens dem theoretisch vierfachen
Wert der Einzelladespannung eines Ladekondensators entspricht.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 13
angegeben.
Die dem Hochleistungspulsgenerator nach der Erfindung zugrunde
liegende Schaltung des pulserzeugenden Netzwerks ist eine
weiterentwickelte LC-Inversionsschaltung oder abgekürzt LCI-
Schaltung, die in ihrer Grundform auch als "Blümlein-Schaltung"
bekannt ist. In der besonderen Ausgestaltung nach Anspruch 2
kann man von einer Doppel-LC-Inversionsschaltung oder kurz: DLCI-
Schaltung sprechen, weil die Anzahl der Ladekondensatoren minde
stens verdoppelt ist. Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, daß die
Anordnung der Ladekapazitäten eine Reihenschaltung aus wenig
stens einem ersten und einem zweiten seriellen Ladekondensator-Paar
ist, daß ein erster Hochspannungs-Triggerschalter an das erste
und ein zweiter Hochspannungs-Triggerschalter an das zweite
serielle Ladekondensator-Paar jeweils mit einer ersten Polarität
an die erste bzw. an die zweite Mittelanzapfung des ersten bzw.
zweiten Ladekondensator-Paares angeschlossen sind und daß die
Hochspannungs-Triggerschalter mit ihrer anderen Polarität an das
eine äußere Ende der Reihenschaltung bzw. an eine zwischen bei
den Ladekondensator-Paaren befindliche dritte Mittelanzapfung
angeschlossen und gleichzeitig triggerbar sind. Auf diese Weise
wird erreicht, daß die Einzelkondensatoren der jeweiligen Lade
kondensator-Paare beim Aufladevorgang zueinander parallel ge
schaltet sind; erst bei Schließen der wenigstens zwei Hoch
spannungs-Triggerschalter erfolgt eine Umladung (LC-Inversion)
einer der beiden Ladekondensatoren des jeweiligen Ladekondensator-
Paares, so daß für den Entladevorgang in die Last vier in Reihe
zueinander liegende Ladekondensatoren zur Verfügung stehen.
Das Schaltprinzip nach der Erfindung läßt sich gemäß Anspruch 3
auch so verwirklichen, daß an je einen Pol der Last je eine, von
einer eigenen Hochspannungsquelle versorgte LC-Inversionsschal
tung mit ihrem hochliegenden Pol angeschlossen ist, wobei die
Hochspannungsquelle der einen LC-Inversionsschaltung entgegen
gesetzt zur Hochspannungsquelle der anderen LC-Inversionsschal
tung gepolt ist und die Hochspannungs-Triggerschalter der beiden
LC-Inversionsschaltungen gleichzeitig triggerbar sind, so daß
sich die Teilpulsspannungen der beiden LC-Inversionsschaltungen
zu einer resultierenden Pulsspannung der angenähert doppelten
Größe der Teilpulsspannungen der beiden LC-Inversionsschaltungen
addieren. Diesen Schaltungstyp kann man als bipolare IC-Inversions
schaltung oder kurz: BLCI-Schaltung bezeichnen.
Weitere Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstands werden
im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, in welcher mehrere
Ausführungsbeispiele für einen Hochleistungspulsgenerator nach
der Erfindung dargestellt sind. Darin zeigen in vereinfachter,
schematischer Darstellung:
Fig. 1 das Schaltbild einer Doppel-LC-Inversionsschaltung (DLCI-
Schaltung);
Fig. 2 die Transposition der Schaltung nach Fig. 1 in eine
dreidimensionale Kondensatoranordnung, wobei die Konden
sator-Beläge als Platten ausgebildet sind, die in ein
flüssiges Dielektrikum tauchen;
Fig. 3 eine Abwandlung des Gegenstands nach Fig. 2 in perspek
tivischer Darstellung mit dem Wasserkondensator in der
Mitte zwischen der rechts dargestellten Last (insb. einer
Laserkammer) und der an der linken Längsseite des
Wasserkondensators dargestellten, übereinander angeordne
ten beiden Triggerschaltern;
Fig. 4 die ineinander verschachtelte Anordnung zweier Trigger
schalter als Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach
Fig. 3, wobei im übrigen der Wasserkondensator und die
Last-Einheit so ausgebildet sind wie im Beispiel nach
Fig. 3;
Fig. 5 ein zweites grundsätzliches Schaltungsbeispiel mit
einer bipolaren LC-Inversionsschaltung (BLCI-Schaltung);
Fig. 6 ein Hochleistungspulsgenerator nach Fig. 5, transponiert
in eine dreidimensionale Kondensatoranordnung, welche
in einem mittleren Zwischenraum die Last bzw. die Laser
kammer und an ihren beiden Längsseiten die beiden Hoch
spannungs-Triggerschalter aufweist, und
Fig. 7 in perspektivischer Darstellung den Gegenstand nach
Fig. 6.
Das Ersatzschaltbild für einen Hochleistungspulsgenerator nach
Fig. 1 zeigt eine Last LK, insbesondere einen Pulslaser, im
Lastzweig 5 mit einer in Reihe zur Last LK liegenden Ersatz
induktivität L5 und den beiden Elektroden E1, E2. Parallel zur
Reihenschaltung aus LK und L5 liegt in einem Parallelzweig 6 die
Parallelimpedanz L4. In einem weiteren Parallelzweig 7, der
parallel zur Parallelschaltung aus L4 und L/L5 angeschlossen
ist, ist die Reihenschaltung 8, bestehend aus ersten bis vierten
Ladekondensatoren C1 bis C4, angeordnet. Die zu den Ladekonden
satoren gehörenden Beläge sind in der Reihenfolge von unten nach
oben für den Ladekondensator C1 mit 1.1, 1.2, für C2 mit 2.1, 2.1,
für C3 mit 3.1, 3.2 und für C4 mit 4.1, 4.2 bezeichnet. Die
Ladekondensatoren C1 und C2 bilden ein erstes Ladekondensator-
Paar CP1, die oberen beiden Ladekondensatoren C3 und C4 bilden
ein zweites Ladekondensator-Paar CP2.
Den beiden Ladekondensator-Paaren CP1, CP2 ist je ein Hochspan
nungs-Triggerschalter S1 bzw. S2 zugeordnet, wobei die Hochspan
nungs-Triggerschalter S1, S2 gleichzeitig triggerbar sind. Eine
Ansteuerschaltung zum gleichzeitigen Schließen der Triggerschal
ter S1, S2 ist zur Vereinfachung nicht dargestellt. Im folgenden
werden die Hochspannungs-Triggerschalter S1, S2 abgekürzt als
Triggerschalter bezeichnet. Der erste Triggerschalter S1 ist an
das erste Ladekondensator-Paar CP1 mit einer ersten Polarität
S11 über die eine Ersatzinduktivität L1 enthaltende Verbindungs
leitung 9 angeschlossen, und zwar an die erste Mittelanzapfung
M1 zwischen den beiden Ladekondenstatoren C1, C2. Mit seiner
anderen Polarität S12 ist der Triggerschalter S1 an die Masse
schiene 10 am Schaltungspunkt 11 angeschlossen. Diese Masse
schiene 10 verbindet außerdem die Fußpunkte 12 des Zweigs 7, 13
eines weiteren Zweigs 14, 15 des Zweigs 6 sowie den Massepol E1
der Last L miteinander. Der gegenüberliegende Pol der Last LK ist
mit E2 bezeichnet.
Der zweite Triggerschalter S2 ist an das zweite serielle Lade
kondensator-Paar CP2 mit seiner ersten Polarität S21 über die
eine Ersatzinduktivität L2 enthaltende Verbindungsleitung 16
angeschlossen, und zwar im Schaltungspunkt M2 einer zweiten
Mittelanzapfung. Mit seiner anderen Polarität S22 ist der
Triggerschalter S2 an eine zwischen beiden Ladekondensator-
Paaren CP1, CP2 befindliche dritte Mittelanzapfung M3 über die
Anschlußleitung 17 angeschossen. Die Pulsaufladeeinrichtung 18
oder allgemein: Hochspannungsquelle ist mit ihrem Pol 18.1 an
die Masseschiene 10 angeschlossen und mit ihrem anderen hoch
liegenden Pol 18.2 zum einen über den Zweig 19 mit Ersatz
induktivität L6 an den ersten Pol S11 des Triggerschalters S1
und zum anderen über die Leitung 20 mit Ersatzinduktivität L7
an den ersten Pol S21 des Triggerschalters S2. Der die dritte
Mittelanzapfung M3 mit der Masseschiene 10 verbindende Zweig 14
enthält eine weitere Ersatzinduktivität L3.
Funktion der DLCI-Schaltung nach Fig. 1: Die Aufladung der
Ladekondensatoren C1 bis C4 erfolgt mittels der Pulsauflade
einrichtung 18. Die Ladekondensatoren C1 und C2 bzw. C3 und C4
werden parallel zu einander über die Ersatzinduktivitäten L6
bzw. L7 aufgeladen. Die Induktivitäten L3 und L4 sind im
Vergleich zu L6 und L7 klein; sie erden den Knotenpunkt M3 und
den im Zweig 5 angeordneten Knotenpunkt 21 während des Auflade
vorgangs. Die Streuinduktivitäten L1, L2 und L5 sind vom Wert
her so klein, daß sie bei dem relativ langsamen Aufladevorgang
vernachlässigt werden können. Erreicht die Spannung an den
Ladekondensatoren C1 bis C4 ihren Scheitelwert, so werden die
Triggerschalter S1 und S2 gleichzeitig getriggert. Jetzt bilden
C1 und L1 sowie C3 und L2 Schwingkreise hoher Güte, so daß sich
die Ladekondensatoren C1 und C3 auf umgekehrte Polarität im
Vergleich zu ihrem Aufladezustand umladen. Die beiden Schwing
kreise L1-C1 und L2-C3 sind auf gleiche Schwingungsdauer ausge
legt, das heißt L1 · C1 = L2 · C3.
Während des Umschwingvorgangs liegen die Ladekondensatoren C1,
C4 in Reihe, und es baut sich über dem Elektrodenpaar E1-E2 der
Last L in der Zeit
eine Spannung bis zur Höhe der vierfachen Ladespannung auf.
Die elektrische Durchschlagsfeldstärke der Last LK wird an die
maximal erreichbare Spannung Umax angepaßt. Die Induktivitäten
L3 und L4 stellen für den kurzen Spannungsimpuls hohe Impedan
zen dar, so daß die durch sie fließenden Teilströme vernach
lässigt werden können.
Die Entladung der vier in Reihe liegenden Ladekondensatoren C1
bis C4 erfolgt mit einem sehr schnellen und intensiven Strom
impuls durch die Last LK.
Der Innnenwiderstand des Hochleistungspulsgenerators nach
Fig. 1 kann durch sehr niederinduktiv aufgebaute Kondensator
stapel, wie sie im folgenden anhand von Fig. 2 beschrieben
werden, sehr niedrige Werte annehmen. Fig. 2 zeigt eine
schematische Draufsicht auf einen Hochleistungspulsgenerator,
bei welchem die Beläge 1.1, 1.2 bis 4.1, 4.2 der einzelnen
Ladekondensatoren C1 bis C4 plattenförmig und - in ein flüssi
ges Dielektrikum 22 eintauchend - zu einer dreidimensionalen
Kondensatoranordnung C* aneinandergereiht sind. Die Indukti
vitäten L1, L2 und L5 aus Fig. 1 erscheinen in dieser Darstel
lung nicht. Es handelt sich um Streuinduktivitäten, die haupt
sächlich in den Eigenabmessungen der Triggerschalter S1 und S2
und der Last L sowie in deren Stromzu- und -rückführungen zu
suchen sind. Wie man erkennt, sind die potentialgleichen Beläge,
also 1.2/2.1, 2.2/3.1 und 3.2/4.1 der Einzelkondensatoren C1
bis C4 zu gemeinsamen Platten baulich vereinigt. Die mit C1 bis
C4 bezeichneten Teilkondensatoren des Stapels C* bilden einen
Teilstapel C*/4; daran schließt sich ein weiterer Teilstapel
C*/4 mit der gespiegelten Reihenfolge der Teilkondensatoren
C4-C3-C2-C1 an. Die Stapelrichtung f1 der dreidimensionalen
Kondensatoranordnung bzw. des Stapels C* läuft achsparallel zur
Achsrichtung 0-0. Die Last ist also beim Beispiel nach Fig. 2
entsprechend demjenigen nach Fig. 1 als ein Pulslaser
ausgebildet, vorzugsweise als ein Excimer-Laser. Auch die
Flucht der Elektroden S11, S12 des Triggerschalters S1 und S21,
S22 des Triggerschalters S2 verläuft bevorzugt, wie dargestellt,
parallel zur Laserachsrichtung 0-0 und damit parallel zur
Stapelrichtung f1. In Fig. 2 ist der kleinste Teilstapel C*/4.
Der zweite daran angrenzende Teilstapel C*/4 stellt gewisser
maßen den ersten Teilstapel C*/4 gespiegelt an der Querebene
23, dar. Beide Teilstapel C*/4 ergeben den größeren Teilstapel
C*/2. In Fig. 2 sind zwei aufeinander folgende vergrößerte
Teilstapal C*/2 dargestellt. Grundsätzlich kann man in Richtung
f1 mehr als zwei Teilstapel C*/2 aufeinander folgen lassen,
ohne die Induktivität der dreidimensionalen Kondensatoranordnung
C* zu vergrößern. Bei n Teilstapeln (n = 1, 2, 3 . . . n - 1, n)
kann man so die gewünschte Speicherkapazität der Kondensator
anordnung C* in Anpassung an die Leistung des Lasers erhalten.
Als Triggerschalter S1, S2 lassen sich Funkenstrecken, Thyratrons
oder sogenannte Pseudofunkenschalter verwenden. Letztere sind
besonders in Gestalt der sogenannten Vielkanalpseudofunken
schalter geeignet. Dabei werden eine Mehrzahl oder Vielzahl von
elektrisch zueinander parallel geschalteten Einzel-Pseudofunken
schaltern in einer Flucht, vorzugsweise parallel zur Stapel
richtung f1, aneinandergereiht; vergleiche dazu die DE-OS
38 38 723.
Fig. 3 zeigt im wesentlichen den Gegenstand nach Fig. 2 in
einer mehr der Praxis angenäherten Ausführung, bei welcher die
beiden Triggerschalter S1 und S2 mit langgestreckten Gehäusen
24, 25 versehen und mit diesen Gehäusen übereinander an der
einen Längsseite 26 der Kondensatoranordnung C* befestigt sind.
An der anderen Längsseite 27 ist das Gehäuse 28 der Laser
kammer LK angeordnet, welche boden- und deckseitig mit Schlitzen
29 zum Hindurchgleiten des Lasergases 30 als Querströmung
versehen ist. Mit E2 ist die eine Laserelektrode bezeichnet,
mit E1 die im Querschnitt U-förmige gegenüberliegende Laser
elektrode, welche als Stromrückführung dient und an Masse
gelegt ist.
Das stark vereinfacht dargestellte Ausführungsbeispiel nach
Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 3 dadurch,
daß die Triggerschalter S1, S2 ineinander verschachtelt ange
ordnet sind, wobei der eine Triggerschalter S2 unmittelbar
benachbart zu der Kondensatoranordnung C* und der andere Trigger
schalter S1 auf der Außenseite des ersten Triggerschalters S2
angeordnet ist. Mit 31 bis 33 sind U-förmige Potential-Verbin
dungen zwischen den Triggerschaltern S1 bzw. S2 und zugehörigen
(nicht näher ersichtlichen) Anschlußlaschen an den Platten der
Kondensatoranordnung C* bezeichnet. Die Potentialverbindung 34
beim Triggerschalter S2 braucht als innerste Stromverbindungs
schiene bzw. -lasche nicht U-förmig zu sein.
Bei beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 3 und 4 ist der
Anschluß der Last L bzw. der Laserkammer LK gleichartig. Die
Version nach Fig. 4 hat im Vergleich zur Version nach Fig. 3
den Vorteil, daß das auf hohes Potential springende Schalt
element (Triggerschalter S2) berührungssicher im Inneren des
Hochleistungspulsgenerators angeordnet ist. Bei diesem
Ausführungsbeispiel muß wegen der unterschiedlichen Anschluß
längen der Triggerschalter durch Hinzufügen einer Zusatz
induktivität in die Stromzuführung 34 des Triggerschalters S2
ein genauer Abgleich herbeigeführt werden. Bezeichnet man die
Zusatzinduktivität mit LZ, dann muß gelten:
L1 · C1 = (L2 + LZ) · C3.
Der Hochleistungspulsgenerator nach Fig. 5 ist so geschaltet,
daß an je einen Pol E1, E2 der Last L bzw. eines entsprechenden
Pulslasers LK (vergleiche Fig. 6) je eine, von einer eigenen
Hochspannungsquelle 18a bzw. 18b versorgte LC-Inversionsschal
tung 35, 36 mit ihrem hochliegenden Pol A bzw. B angeschlossen
ist. Dabei ist die Hochspannungsquelle 18a der einen LC-Inver
sionsschaltung 35 entgegengesetzt zur Hochspannungsquelle 18b
der anderen LC-Inversionsschaltung 36 gepolt, wie es die Spannungs
pfeile +U0 und -U0 in Fig. 5 demonstrieren. Die Triggerschalter
S1, S2 der beiden LC-Inversionsschaltungen 35, 36 sind wieder
gleichzeitig triggerbar, so daß sich die Teilpulsspannungen
-2U0 und +2U0 der beiden LC-Inversionsschaltungen 35 und 36 zu
einer resultierenden Pulsspannung in der Größe von 4U0 addieren,
welche praktisch der doppelten Größe der Teilpulsspannungen |-2U0|
und |+2U0| entspricht.
Die Ladekondensatoren der einen LC-Inversionsschaltung sind mit
C5 und C6, ihre Beläge mit 5.1, 5.2 bzw. 6.1, 6.2 bezeichnet.
Bei der anderen LC-Inversionsschaltung 36 sind die Ladekonden
satoren mit C7 bzw. C8 und die zugehörigen Beläge mit 7.1, 7.2
bzw. 8.1, 8.2 bezeichnet. Durch die Impedanz L30 wird der Kon
densatorbelag 6.2 und durch die Impedanz L40 der Kondensator
belag 8.2 auf Erdpotential gelegt, so daß sich während des
Ladevorgangs beide Ladekondensatoren der beiden Kondensator-Paare
CP3 bzw. CP4 auf die Ladespannung aufladen können. L50 bzw. L60
sind wieder Ersatzinduktivitäten, die in Reihe zu den beiden
Lastpolen bzw. Laser-Elektroden E1-E2 liegen. Die Induktivität
der Impedanzen L30 und L40 ist wieder so klein, daß sie die
Entladung zwischen den Elektroden E1 und E2 nicht stören. L10,
L20 sind Ersatzinduktivitäten, welche in den auf Hochspannung
liegenden Zweigen 20a bzw. 20b der Pulsaufladeeinrichtungen
18a, 18b liegen, wobei diese Zweige 20a, 20b zu je einer Mittel
anzapfung M1 bzw. M2 der beiden Kondensator-Paare CP3 bzw. CP4
geführt sind.
Bei der BLCI-Schaltung nach Fig. 5 werden also zwei Pulsauflade
einheiten oder -einrichtungen 18a, 18b verwendet. Die Ladekon
densatoren C5 und C6 erhalten durch Aufladung aus der Pulsauflade
einheit 18a über L10 positive Polarität, während die Ladekonden
satoren C7 und C8 über die Induktivität L20 aus der zweiten
Pulsaufladeeinheit 18b negativ aufgeladen werden. Während des
relativ langsamen Aufladevorgangs liegen die Elektroden E1 und E2
über die Impedanzen L30, L40 an Erdpotential. Die Induktivitäts
werte von L30 und L40 sind klein gegenüber denjenigen von L10
und L20.
Zur bipolaren Aufladung auf positives und negatives Potential
kann anstelle der zwei getrennten Pulsaufladeeinheiten 18a, 18b
ein einziger Pulsübertrager mit geerdeter Mittelanzapfung
verwendet werden (nicht dargestellt). Wie schon anhand des
ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erläutert, werden bei
der BLCI-Schaltung eines Hochleistungspulsgenerators nach Fig.
5 die beiden Triggerschalter S1 und S2 gleichzeitig getriggert,
damit die Spannung an den Ladekondensatoren C5 und C7
invertiert werden kann. Über die Elektrodenstrecke E1-E2 der
Last L baut sich hierbei eine Spannungsdifferenz entsprechend
der etwa vierfachen Kondensatorladespannung auf, indem die
Elektrode E1 z. B. auf positives und die Elektrode E2 auf negati
ves Potential gegenüber Erdpotential "springt". Bei Überschreiten
der Durchbruchfeldstärke der Last entladen sich die vier in
Reihe liegenden Ladekondensatoren C5 bis C8 in die Last L mit
einem sehr schnellen Impuls hoher Stromstärke. Dieser Entladungs
vorgang verläuft ähnlich demjenigen, wie er beim Ausführungs
beispiel nach Fig. 1 auftritt.
Fig. 6 zeigt entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2
eine dreidimensionale Kondensatoranordnung in Draufsicht mit
einer in der Mitte schematisch angedeuteten Laserkammer LK und
ihrer optischen Achse 0-0. Im Unterschied zu Fig. 2 befindet
sich hier die Laserkammer LK nicht an der Außenseite der Konden
satoranordnung C′, sondern etwa in deren Mitte, wogegen die
beiden Triggerschalter S1, S2 an den äußeren Längsseiten der
Kondensatoranordnung C′ angeordnet sind. Es sind parallel zur
Laserachsrichtung 0-0 zwei aneinandergereihte Kondensatorteil
stapel C′/4 dargestellt, die zusammen einen Teilstapel C′/2
ergeben. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können, allgemein
gesprochen, n Kondensatorteilstapel C′/4 parallel zur Laser
achsrichtung 0-0, also in Stapelrichtung f1, aneinandergereiht
werden, wobei n = 1, 2, 3 . . . n-1, n. Durch einen Vergleich der
Bezugszeichen für die Kondensatorbeläge nach Fig. 5 und 6 ist
erkennbar, daß bei der Transposition nach Fig. 6 wieder poten
tialgleiche Beläge der Einzelkondensatoren C5 bis C8 zu gemein
samen Platten 5.1/7.1, 5.2/6.1, 7.2/8.1 vereinigt sind.
Fig. 7 zeigt, daß die Last L bzw. die Laserkammer LK mit ihren
beiden Polen E1, E2 im Zwischenraum D zwischen je einer, je
einen Pol der Last zugeordneten dreidimensionalen Kondensator
anordnung C5/C6 bzw. C7/C8 angeordnet ist, wobei je ein Trigger
schalter S1 bzw. S2 an den beiden äußeren, der Last L bzw. LK
abgewandten Enden der beiden Kondensatoranordnungen C5/C6 bzw.
C7/C8 angeordnet ist. Die Schlitze in der Laserkammer LK für
die Gasquerströmung sind wieder mit 29, die Gasströmungspfeile
mit 30 bezeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen beide
Triggerschalter S1 und S2 während des Betriebes mit ihren
Stromrückführungen auf Erdpotential, wie man es durch einen
Vergleich mit Fig. 5 feststellt. Dies hat den Vorteil des
berührungssicheren Einbaus und erleichtert die Triggerung des
zweiten Triggerschalters S2.
Claims (13)
1. Hochleistungspulsgenerator geringer Impedanz, insbesondere
für Pulslaser und Elektronenstrahlquellen, mit
- - einer gepulst betreibbaren, eine Parallelimpedanz aufweisen den Last (LK),
- - einer in die Last (LK) getriggert entladbaren Anordnung, bestehend aus ersten und zweiten Ladekapazitäten (C1-C4) in einer LC- Inversions-Schaltung,
- - einer Hochspannungsquelle (18) zur Aufladung der Ladekapazitäten (C1-C4) auf die Ladespannung (U0), und
- - einer Hochspannungs-Triggerschaltung-Anordnung, bei deren
Betätigung eine Entladung der Ladekapazitäten (C1-C4) in die
Last (LK) derart auslösbar ist, daß die Ladespannungen der
Ladekapazitäten (C1-C4) sich zu einer vergrößerten resultie
renden Pulsspannung addieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und zweite Ladekapazität jeweils aus der Reihen schaltung wenigstens eines ersten und eines zweiten (C1, C2) bzw. eines dritten und eines vierten (C3, C4) Ladekondensators derart bestehen, daß sich wenigstens zwei Ladekondensator-Paare (CP1, CP2) ergeben,
daß den wenigstens zwei Ladekondensator-Paaren (CP1, CP2) min destens je ein Hochspannungs-Triggerschalter (S1 bzw. S2) zugeord net ist, wobei die Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) gleich zeitig triggerbar sind,
und daß die beiden Ladekondensator-Paare (CP1, CP2) während des Entladevorgangs seriell zueinander in die Last mit einer resul tierenden Pulsspannung (Umax) entladbar sind, welche mindestens dem theoretisch vierfachen Wert der Einzelladespannung eines Ladekondensators (C1, C2, C3, C4) entspricht.
2. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Anordnung der Ladekapazitäten eine Reihenschaltung aus wenigstens einem ersten und einem zweiten seriellen Lade kondensator-Paar (CP1, CP2) ist,
- - daß ein erster Hochspannungs-Triggerschalter (S1) an das erste (CP1) und ein zweiter Hochspannungs-Triggerschalter (S2) an das zweite (CP2) serielle Ladekondensator-Paar jeweils mit einer ersten Polarität (S11, S21) an die erste (M1) bzw. an die zweite (M2) Mittelanzapfung des ersten bzw. zweiten Ladekon densator-Paares (CP1, CP2) angeschlossen sind,
- - und daß die Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) mit ihrer anderen Polarität (S12, S22) an das eine äußere Ende der Reihenschaltung (8) bzw. an eine zwischen beiden Ladekondensa tor-Paaren (CP1, CP2) befindliche dritte Mittelanzapfung (M3) angeschlossen sind.
3. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß an je einen
Pol (E1, E2) der Last (L) je eine, von einer eigenen Hochspannungs
quelle (18a, 18b) versorgte LC-Inversionsschaltung (35, 36) mit
ihrem hochliegenden Pol (A, B) angeschlossen ist, wobei die
Hochspannungsquelle (18a) der einen LC-Inversionsschaltung (35)
entgegengesetzt zur Hochspannungsquelle (18b) der anderen LC-
Inversionsschaltung (36) gepolt ist und die Hochspannungs-Trigger
schalter (S1, S2) der beiden LC-Inversionsschaltungen (35, 36)
gleichzeitig triggerbar sind, so daß sich die Teilpulsspannungen
der beiden LC-Inversionsschaltungen (35, 36) zu einer resul
tierenden Pulsspannung der angenähert doppelten Größe der
Teilpulsspannungen (-2U0, +2U0) addieren.
4. Hochleistungspulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beläge
(1.1-4.2; 5.1-8.2) der Ladekondensatoren (C1-C4; C5-C8) platten
förmig und - in ein flüssiges Dielektrikum (22) eintauchend - zu
einer dreidimensionalen Kondensatoranordnung C*, C′) aneinander
gereiht sind.
5. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß potential
gleiche Beläge (1.2-2.1, 2.2-3.1, 3.2-4.1; 5.1-7.1, 5.2-6.1, 7.2-8.1)
der Einzelkondensatoren (C1-C4; C5-C8) zu gemeinsamen Platten
miteinander baulich vereinigt sind.
6. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel
richtung (f1) der Kondensatorplatten parallel zur optischen
Achse (0-0) eines mit der Kondensator-Anordnung (C*; C′) baulich
vereinigten Pulslasers (LK) verläuft.
7. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Pulslaser
ein Excimerlaser ist.
8. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß auch die
Elektrodenflucht der Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) parallel
zur Stapelrichtung (f1) der Kondensatorplatten verläuft.
9. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) übereinander angeordnet sind.
10. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) ineinander verschachtelt
sind, wobei der eine Hochspannungs-Triggerschalter (S2) unmittel
bar benachbart zu der Kondensator-Anordnung (C*) und der andere
Hochspannungs-Triggerschalter (S1) auf der Außenseite des erst
genannten Triggerschalters (S2) angeordnet ist.
11. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 3 sowie einem der
Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Last (LK)
mit ihren beiden Polen (E1, E2) im Zwischenraum zwischen je
einer, je einem Pol der Last zugeordneten dreidimensionalen
Kondensator Anordnung (C5/C6; C7/C8) angeordnet ist, wobei je
ein Hochspannungs-Triggerschalter (S1, S2) an den beiden äußeren,
der Last abgewandten Enden der beiden Kondensator-Anordnungen
(C5/C6, C7/C8) angeordnet ist.
12. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
zwischen beiden Ladekondensator-Paaren (CP1, CP2) befindliche
Mittelanzapfung (M3) über eine Impedanz (L3) an Masse (10)
gelegt ist.
13. Hochleistungspulsgenerator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Pole (E1, E2) der Last über je eine Impedanz (L30, L40), welche
das den betreffenden Lastpol zugeordnete Ladekondensator-Paar
(CP3, CP4) überbrückt, an Masse gelegt sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904030184 DE4030184A1 (de) | 1990-09-24 | 1990-09-24 | Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904030184 DE4030184A1 (de) | 1990-09-24 | 1990-09-24 | Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4030184A1 true DE4030184A1 (de) | 1992-03-26 |
Family
ID=6414865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904030184 Withdrawn DE4030184A1 (de) | 1990-09-24 | 1990-09-24 | Hochleistungspulsgenerator geringer impedanz, insbesondere fuer pulslaser und elektronenstrahlquellen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4030184A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4334429A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Meidensha Tokio Tokyo Kk | Pulsgenerator |
US6211683B1 (en) | 1996-09-23 | 2001-04-03 | Trench Switzerland Ag | Impulse voltage generator circuit |
CN111147020A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-12 | 张雁 | 一种大功率lc振荡电路 |
-
1990
- 1990-09-24 DE DE19904030184 patent/DE4030184A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5514918A (en) * | 1992-01-09 | 1996-05-07 | Kabushiki Kaisha Meidensha | Pulse generator |
DE4334429A1 (de) * | 1992-10-09 | 1994-04-14 | Meidensha Tokio Tokyo Kk | Pulsgenerator |
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