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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende, in Anspruch 1 definierte
Erfindung betrifft einen Wandler von elektrischer Energie auf dem
Gebiet der Leistungselektronik und, noch genauer, einen Leistungsimpulsschalter,
der fähig
ist, Hochstromimpulse von großer
Stärke
und kurzer Dauer zu liefern.
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Dieser Schalter hat eine hohe Betriebsspannung,
die mehrere zehn Kilovolt betragen kann, und er ist fähig, elektrische
Ströme
von großer
Stärke
zu schalten, die mehrere tausend Ampere betragen kann.
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Dieser Schalter, der Gegenstand der
Erfindung ist, gehört
zum Typ der schnellen Impulsgeneratoren, deren Schaltzeit kleiner
als 50 ns ist und die eine hohe Grund- oder Folgefrequenz haben,
die von mehreren Kilohertz bis mehrere zehn Kilohertz gehen kann.
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Dieser Schalter eignet sich zur Impulsversorgung
von Kupferdampflasem und Kupferhalogenlasem wie zum Beispiel den
Kupferbromidlasern und den CuHBr-Lasern.
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STAND DER TECHNIK
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Gegenwärtig und üblicherweise werden die Hochspannungs-Leistungsschalter
durch gasgefüllte Röhren, sogenannte
Thyratrone, gebildet.
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Zu diesem Thema kann man die Dokumente (1)
und (2) konsultieren, die am Ende der vorliegenden Beschreibung
angegeben sind, wie die anderen, in der Folge genannten Dokumente.
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Jedoch gibt es immer mehr sogenannte Festkörperschalter,
bei denen elektronische Bauteile mit isoliertem Gate ("isolated gate") in Serie (Dokument
(3)) oder parallel (Dokument (4)) geschaltet sind.
Das Dokument EP-A-0 51726 enthält
ein Beispiel einer Parallelschaltung von elektronischen Bauteilen
mit isoliertem Gate.
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Zum Beispiel ermöglicht die Serienschaltung von
bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate, mit IGBT bezeichnet,
Schalter zu erhalten, die unter hoher Spannung arbeiten können und
fähig sind,
sehr starke elektrsche Ströme
zu schalten.
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Zu diesem Thema kann man das Dokument (5)
konsultieren.
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Bei den Feldeffekttransistoren mit
isoliertem Gate wie den Transistoren des Typs MOSFET, deren maximaler
Pulsstrom nur einige zehn Ampere beträgt, benutzt man eine Matrix
solche MOSFET-Transistoren, um die betreffenden Schalter zu realisieren.
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Zu diesem Thema kann man die Dokumente (4),
(10) und (11) konsultieren.
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Das Serienschalten dieser MOSFET-Transistoren
ermöglicht,
dass sie hohe Spannungen aushalten, und das Parallelschalten ermöglicht,
dass man starke Ströme
schalten kann.
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Das Serienschalten von MOSFET-Transistoren
(s. das Dokument (8)) erfordert, um einen schnellen Schalter
zu erhalten, einen Steuerungstyp, der eine starke galvanische Isolation
aufweist und dabei eine sehr gute Synchronisation der Befehle auf
der Transistorebene gewährleistet.
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Dazu benutzt man klassischerweise
generell torische bzw. ringförmige
Impulsgeneratoren mit einer oder mehreren Wicklungen als Primärkreis und einer
oder mehreren Wicklungen als Sekundärkreis.
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Zu diesem Thema kann man die Dokumente (6)
und (7) konsultieren und insbesondere die 2 von jedem dieser Dokumente.
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Der Durchlassbefehl ist ein Stromimpuls,
der in den Primärkreis
eines solchen Transformators eingespeist wird und durch magnetische
Kopplung in den Sekundärkreis
dieses Transfonnators gelangt, um die Gates der Transistoren zu
laden.
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Die Entladung dieser Gates kann nach
einer Zeit erfolgen, die von einigen Nanosekunden bis zu mehreren
Mikrosekunden dauern kann, je nach Typ der auf Sekundärkreisebene
des Transformators benutzten Schaltung.
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Die Dauer eines den Schalter durchquerenden
Stromimpulses (arche de courant) ist generell abhängig von
der Impedanz der durch diesen Schalter gespeisten Last bzw. Belastung,
und nicht von der Dauer des Schaltbefehls.
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Im Falle eines Thyratrons wird die
Zündung gesteuert
und die Sperrung erfolgt, sobald der Strom der das Thyratron durchquert,
null ist.
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Bei den MOSFET-Transistormatrizen
ist es so, dass diese Matrizen angesteuert werden, wenn sie leitend
oder durchlässig
gemacht werden, und nach einer bestimmten Zeit sperren, die durch
Entladungswiderstände
der Gates der MOSFET-Transistoren definiert wird.
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Wenn man die Durchlasszeit regeln
will, muss man Systeme benutzen, die den Durchlass und die Sperrung
steuern.
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Dies wird im Allgemeinen mit Hilfe
von zwei Impulstransformatoren realisiert.
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Zu diesem Thema kann man Dokument
(9) konsultieren.
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Einem dieser beiden Impulstransformatoren liefert
man einen Stromimpuls, um den Durchlassbefehl zu erzeugen (ON-Zustand),
und dem anderen Impulstransformator liefert man einen Stromimpuls, um
die Sperrung des Transistors zu bewirken (OFF-Zustand).
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Die Wirkungsgrade der Kupferdampflaser und
der Kupferhalogenlaser (wie zum Beispiel die Kupferbromidlaser)
hängen
von der Dauer der Stromimpulse im Innern solcher Laser ab.
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Zu diesem Thema kann man das Dokument (12)
konsultieren.
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Nützlich
ist nur die Energie des Teils des Stromimpulses, der sich vor dem
Laserimpuls befindet.
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Eine klassische Lösung zur Reduzierung der Dauer
des Stromimpulses besteht darin, in dem Laser, den man steuern will,
einen kleinen Kondensator zu entladen, der unter einer hohen Spannung
aufgeladen wurde
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Indem man von einem Kondensator mit
10 nF, aufgeladen unter 20 kV, übergeht
zu einem Kondensator mit 1 nF, aufgeladen unter 100 kV, erreicht man
eine Stromimpulsdauer von 150 ns im Innern des Lasers.
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Festzustellen ist, dass man sich
hinsichtlich der Anwendung der Hochspannung an einer technischen
Grenze befindet, was daran hindert, die Dauer des Stromimpulses
weiter zu reduzieren.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Schalter, der sehr hohe Spannungen aushält (mehrere zehn Kilovolt)
und sehr schnell schließen
und öffnen
kann (Schließzeit
und Öffnungszeit
jeweils unter 20 ns), um sehr starke Stromimpulse (mehrere tausend
Ampere) zu tiefem, die sehr kurz sind (in der Größenordnung von 50 ns).
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Dazu benutzt die vorliegende Erfindung
eine Matrix aus Transistoren mit isoliertem Gate wie etwa Feldeffekttransistoren
mit isoliertem Gate, zum Beispiel MOSFET-Transistoren.
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Vorzugsweise steuert man Durchlass
und Sperrung dieser Matrix bei der vorliegenden Erfindung durch
ein einziges Steuerkabel, um einen Schalter zu erhalten, der einfach
ist, um ihn industriell in einer gedruckten Schaltung kostengünstig herstellen
zu können.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn dieser
Schalter eine schwache Störinduktanz
hat, um seine Schaltgeschwindigkeit nicht zu beinträchtigen,
und wenn die Energie, die er abgibt, in einem Fluid wie zum Beispiel Öl oder Luft
abgeführt
werden kann.
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Genaugenommen hat die vorliegende
Erfindung einen gepulsten Leistungsschalter zum Gegenstand, der
starke und kurze Stromimpulse, wobei dieser Schalter dadurch gekennzeichnet
ist, dass er umfasst:
- – eine Transistoren-Matrix,
wobei diese Matrix wenigstens eine Reihe Transistoren mit isoliertem Gate
umfasst und diese Transistoren parallelgeschaltet und auf Transistorengruppen
verteilt sind,
- – Steuervorrichtungen,
die jeweils diesen Gruppen zugeordnet und dazu bestimmt sind, die
Transistoren zu steuern,
- – Einrichtungen
zur Erzeugung von Stromimpulsen, die das Steuern der Transistoren
durch Herstellen des Durchlass- oder des Sperrzustands ermöglichen,
und
- – Impulstransformatoren,
die jeweils den Steuervorrichtungen zugeordnet sind und mittels
derer die Einrichtungen zur Impulserzeugung mit diesen Steuervorrichtungen
gekoppelt sind, und dadurch, dass jede der Steuervorrichtungen umfasst:
- – Einrichtungen
zur Dämpfung
der durch die Entmagnetisierung des entsprechenden Transformators
hervorgerufenen Spannung,
- – Einrichtungen
zur bidirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung, und
- – Einrichtungen
zur monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Schalters
sind die Transistoren Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate,
zum Beispiel MOSFET-Transistoren.
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Vorzugsweise sind die Dämpfungseinrichtungen
zwischen den Enden des Sekundärkreises des
entsprechenden Transformators geschaltet.
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Diese Dämpfungseinrichtungen können einen
elektrischen Widerstand umfassen.
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Vorzugsweise sind die bidirektionalen
Einrichtungen zur Spannungsspitzenbegrenzung zwischen der die Sourcen
verbindenden Leitung und der die Gates verbindenden Leitung der
Transistoren der genannten Reihe geschaltet.
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Diese bidirektionalen Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen
können
aus der Gruppe gewählt
werden, die eine bidirektionale Zener-Diode, zwei entgegengesetzt
geschaltete Zener-Dioden und eine Zener-Diode umfasst, die in einer
Diodenbrücke angeordnet
ist.
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Vorzugsweise sind die monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen
zwischen der die Drains verbindenden Leitung und der die Gates verbindenden
Leitung der Transistoren der genannten Reihe geschaltet.
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Als Variante sind diese monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen
zwischen der die Drains verbindenden Leitung und der die Sourcen
verbindenden Leitung der Transistoren der genannten Reihe geschaltet.
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Diese monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen
können
aus der Gruppe gewählt
werden, die eine bidirektionale Zener-Diode, eine Zener-Diode und
eine entgegengesetzt geschaltete Zener-Diode sowie eine Zener-Diode
umfasst, die in einer Diodenbrücke
angeordnet ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Schalters
umfasst der Primärkreis
jedes Impulsgenerators eine einzige leitfähige Windung und der Sekundärkreis eine
einzige leitfähige
Windung.
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Ebenfalls vorzugsweise umfasst der
erfindungsgemäße Schalter
eine einzige elektrischen Leitung, die die leitfähige Windung des Primärkreises
jedes der Impulsgeneratoren bildet.
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Die Impulserzeugungseinrichtungen
können eine
Wechselrichterbrücke
umfassen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird besser
verständlich
durch die Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen,
bezogen auf die beigefügten
Zeichnungen:
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die 1 ist
eine schematische Ansicht einer speziellen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Impulsschalters,
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die 2 zeigt
schematisch die Möglichkeit, für Durchlass
und Sperrung der Transistoren des Schalters ein einziges Steuerkabel
zu benutzen,
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die 3 bis 5 sind schematische Ansichten von
Ausfühnungsbeispielen
der Einrichtungen zur Spannungsspitzenbegrenzung in dem Schalter
der 1,
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die 6 ist
eine schematische Ansicht einer der Erzeugung von Impulsen in dem
Schalter der 1 dienenden
Wechselrichterbrücke,
und
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die 7 ist
eine schematische Ansicht einer weiteren speziellen Ausführungsart
des erfindungsgemäßen Schalters.
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DETAILLIERTE DARSTELLUNG
SPEZIELLER AUSFÜHRUNGSARTEN
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Der in der 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Impulsschalter
umfasst eine Matrix 2 aus einer Reihe von Transistoren
mit isoliertem Gate, die parallelgeschaltet sind und auf eine Vielzahl
von Gruppen 5 von Transistoren verteilt sind.
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Der Impulsschalter der 1 umfasst auch Steuervorrichtungen 6,
die jeweils den Gruppen 5 der Transistoren 4 zugeordnet
und dazu bestimmt sind, diese Transistoren 4 zu steuern.
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Der Impulsschalter der 1 umfasst auch Einrichtungen 8 zu
Erzeugung von Stromimpulsen, die das Steuern der Transistoren der
Matrix 2 ermöglicht,
indem er diese in den Durchlass- oder den Sperrzustand versetzt.
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Dieser Schalter der 1 umfasst auch Impulsgeneratoren 10,
die jeweils mit den Steuervorrichtungen verbunden sind und durch
die die Impulserzeugungseinrichtungen 8 mit besagten Steuervorrichtungen 6 gekoppelt
sind.
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In dem dargestellten Beispiel sind
die Transistoren mit isoliertem Gate Feldeffekttransistoren des
Typs MOSFET.
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Rein beispielhaft und keinesfalls
einschränkend
benutzt man Transistoren des Typs IRF 840, hergestellt durch die
Firma International Rectiefier.
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Eine Impedanz 12, die in
dem in der 1 dargestellten
Beispiel ein elektrischer Widerstand ist, ist jedem Transistor 4 zugeordnet
und dient der Synchronisation der Steuerbefehle bei den Transistoren.
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Noch genauer bildet dieser elektrische
Widerstand 12 eine Gate-Impedanz, die ermöglicht, Steuerströme zu erhalten,
die gleichmäßig verteilt sind
zwischen den verschiedenen Transistoren 4.
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Der erfindungsgemäße Schalter, der in der 1 schematisch dargestellt
ist, hat die Funktion eines Unterbrechungsschalters, der ermöglicht,
einen elektrischen Strom in einer Leitung fließen zu lassen, die eine Last
bzw. Belastung 14 wie zum Beispiel einen Kupferdampflaser
enthält
sowie einen elektrischer Energiespeicher 16, der bei dem
dargestellten Beispiel durch einen Kondensator gebildet wird.
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Der Primärkreis jedes Impulsgenerators 10 ist
mit Stromimpulserzeugungseinrichtungen 8 verbunden und
umfasst eine einzige Windung.
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Der Sekundärkreis dieses Impulstransformators 10 ist
mit der entsprechenden Steuervorrichtung 6 verbunden und
umfasst auch eine einzige Windung 20.
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Es handelt sich um einen torischen
bzw. ringförmigen
Transfonnator, das heißt,
dass sein Kern die Form eines Torus bzw. Rings aufweist.
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Jede Steuervorrichtung 6 umfasst:
- – Dämpfungseinrichtungen 24 der
durch die Entmagnetisierung des entsprechenden Transformators 10 hervorgerufenen
Spannung,
- – Einrichtungen 26 zur
bidirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung, und
- – Einrichtungen 28 zur
monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung.
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In der 1 sieht
man eine "Source-Leitung" genannte elektrische
Leitung 30, die alle Sourcen der Transistoren 4 miteinander
verbindet.
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Man sieht auch eine "Gate-Leitung" genannte elektrische
Leitung 32, die alle Gates der Transistoren 4 miteinander
verbindet.
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Man sieht auch eine "Drain-Leitung" genannte elektrische
Leitung 36, die alle Draine der Transistoren 4 miteinander
verbindet.
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Die 1 zeigt
auch, dass die Enden der Windung 20 des Sekundärkreises
des Transformators 10 jeweils verbunden sind mit der Source-Leitung 30 und
der Gate-Leitung 32.
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In dem Beispiel der 1 werden die Dämpfungseinrichtungen 24 durch
einen elektrischen Widerstand von einigen Ohm gebildet, der zwischen den
Anschlüssen
A1 und B1 der Windung 20 des Transformators 10 geschaltet
ist.
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Die bidirektionalen Einrichtungen
zur Spannungsspitzenbegrenzung 26 werden in dem Beispiel der 1 durch eine bidirektionale
Zenerdiode 27 gebildet, deren Anschlüsse verbunden sind mit Punkten
A2 und B2, die jeweils zu der Source-Leitung 30 und der
Gate-Leitung 32 gehören.
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Zudem sieht man in der 1, dass diese bidirektionalen
Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen zwischen dem Punktepaar
A1, B1 und der Gesamtheit der Gate-Impedanzen 12 der zugeordneten
Gruppe 5 geschaltet sind, wobei dieses System ein Ausgleichsnetzwerk
bildet.
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Die monodirektionalen Einrichtungen
zur Spannungsspitzenbegrenzung 28 werden in dem Beispiel
der 1 durch eine weitere
bidirektionale Zenerdiode 29 gebildet, die zwischen den
Punkten A3 und B3 geschaltet ist, die jeweils zu der Gate-Leitung 32 und
der Drain-Leitung 36 gehören.
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Bei einer in der 1 gestrichelt dargestellten Ausführungsvariante
ist diese weitere bidrektionale Zenerdiode 28 zwischen
einem Punkt A4 der Source-Leitung 30 und einem Punkt B4
der Drain-Leitung 36 geschaltet, wie zu sehen in der 1.
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Die Verbindung der Dämpfungseinrichtungen 24,
der bidirektionalen Spitzenbegrenzungseinrichtungen 26 und
der monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzungseinrichtungen 28 mit
jedem Impulsgenerator 10 führt zu Steuervorrichtungen 6 von
großer
Einfachheit, die eine kostengünstige
industrielle Herstellung des Schalters in einer gedruckten Schaltung
ermöglichen.
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Die Struktur der Steuervorrichtung 6 ermöglicht auch,
den Durchlass- und Sperrzustand der Transistoren mit nur einem Kabel
zu steuern, im Gegensatz zu den bekannten Schaltern, die eine Vielzahl
solcher Kabel benötigen.
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Dies ist schematisch in der 2 dargestellt, wo man ein
solches Steuerkabel 18 sieht, das die einzige Windung des
Primärkreises
jedes den Steuervorrichtungen 6 des Schalters jeweils zugeordneten
Transformators 10 bildet.
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In der 2 sieht
man, dass das Kabel 18 jeden der ringförmigen Kerne 22 der
Impulstransfonnatoren 10 durchquert.
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Der Durchlassbefehl ist ein positiver
Stromimpuls in dem Kabel 18, um die Gates der Transistoren 4 (1) durch die elektrischen
Widerstände 12 (Eingangsimpedanzen)
aufzuladen.
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Der Sperrbefehl, der anschließend gegeben wird,
ist ein Stromimpuls in umgekehrter Richtung, also negativ, um diese
Gates zu entladen und folglich die Sperrung der Transistoren 4 des
Schalters zu erzwingen.
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Die 3 zeigt
schematisch die Möglichkeit, die
Einrichtungen zur bidirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung 26 mit
Hilfe einer Zenerdiode 44 zu realisieren, die zwischen
zwei Knoten A5 und B5 einer Diodenbrücke geschaltet ist, wobei die
(gewöhnlichen)
Dioden dieser Brücke
jeweils die Bezugszeichen 46, 48, 50 und 52 tragen.
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Die beiden anderen Knoten A6 und
B6 dieser Diodenbrücke
sind jeweils mit den Punkten A2 und B2 verbunden, wie die 4 zeigt.
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Es sei auch präzisiert, dass die Einrichtungen
zur monodirektionalen Spannungsspitzenbegrenzung mit Hilfe einer
Zenerdiode 54 und einer (gewöhnlichen) Diode 56 realisiert
werden können,
die entgegengesetzt geschaltet sind, wie schematisch dargestellt
in der 5.
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Um diese Einrichtungen zur monodirektionalen
Spannungsspitzenbegrenzung zu realisieren, kann man auch die Zenerdiode
im Innern der in der 4 dargestellten
Diodenbrücke
benutzen.
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Die kurzen Schaltdauern eines erfindungsgemäßen Schalters
wie dem der 1 erreicht
man, indem man die Zeit reduziert, die Durchlassbefehl und den Sperrbefehl
trennt.
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Diese beiden Befehle werden in Form
von zwei Stromimpulsen mit umgekehrten Richtungen in die Windung 18 (einziges
Primärkabel)
des Primärkreises
des Transformators 10 eingespeist.
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Einer dieser Impulse, oder ON-Impuls,
dient dem Aufladen der Gates der Transistoren des Schalters, um
diese in den Durchlasszustand zu versetzen.
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Der andere Impuls, oder OFF-Impuls,
dient der Entladung dieser Gates, um den Spenzustand zu erzwingen.
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Diese Steuertechnik in Verbindung
mit der Einfachheit der Sekundärkreise
der Transformatoren des Schalters ermöglicht, Schaltgeschwindigkeiten
in der Größenordnung
von ungefähr
15 ns und Impulsbreiten in der Größenordnung von 40 ns zu erhalten, unabhängig von
der Belastung 14 (1),
die man versorgen will.
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Diese beiden Stromimpulse (ON-Impuls
und dann OFF-Impuls) in dem Kabel des Primärkreises des Transformators
des Schalters können
durch eine Wechselrichterbrücke
geliefert werden, wie schematisch in der 6 dargestellt, wobei diese Wechselrichterbrücke also
die Impulserzeugungseinrichtungen 8 bildet.
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In bekannter Weise umfasst diese
Wechselrichterbrücke
vier Schalter 58, 60, 62 und 64.
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Die Schalter 58 und 60 haben
eine mit C1 bezeichneten gemeinsamen Anschluss.
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Die Schalter 62 und 64 haben
einen mit C2 bezeichneten gemeinsamen Anschluss.
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Die anderen Anschlüsse der
Schalter 58, 60, 62 und 64 haben
jeweils die Bezugszeichen C3, C4, C5 und C6.
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Die Enden des Steuerkabels 18 sind
mit den Anschlüssen
C1 und C2 verbunden, wie in der 6 zu
sehen.
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Um die Wechselrichterbrücke einzuschalten und
die Durchlass- und Sperrimpulse zu bilden, schließt man die
Schalter 58 und 64 (die Schalter 60 und 62 bleiben
offen), um eine positive Spannung an die Anschlüsse des Steuerkabels 18 zu
legen und folglich in diesem Kabel 18 einen positiven Strom
zu erzeugen.
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Anschließend öffnet man die Schalter 58 und 64 und
schließt – wobei
letztere geöffnet
bleiben – die Schalter 60 und 62,
um an die Anschlüsse
des Steuerkabels 18 eine Spannung anzulegen und in diesem Steuerkabel 18 einen
negativen Strom zu erzeugen.
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Anschließend öffnet man die Schalter 60 und 62.
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Die 7 zeigt
schematisch einen anderen erfindungsgemäßen Impulsschalter.
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Dieser Schalter der 7 ist ein Leistungsschalter, fähig mehrere
Kilovolt auszuhalten und mehrere tausend Ampere zu schalten.
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Die Schaltgeschwindigkeiten betragen
typisch ungefähr
15 ns, und die Impulsdauer kann unabhängig von der zu versorgenden
Belastung 14 unter 50 ns sinken.
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Zudem vereinigt der Schalter der 7 wie alle anderen erfindungsgemäßen Schalter
zugleich Einfachheit, Wirksamkeit und Zuverlässigkeit.
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Dieser Schalter der 7 umfasst eine Matrix 68 von
Feldeffekttransistoren 4 des Typs MOSFET.
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Diese Transistoren sind zum Beispiel
vom Typ IRF 840.
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Die Matrix 68 hat M Zeilen
oder Reihen und N Spalten. In dem dargestellten Beispiel beträgt die Anzahl
M gleich 2 und die Anzahl N gleich 24.
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Die M Zeilen werden durch Transistoren 4 gebildet,
die parallelgeschaltet sind, während
die N Spalten durch Transistoren 4 gebildet werden, die
in Serie geschaltet sind.
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Die Spannungsfestigkeit des Schalters
der 7 entspricht also
dem N-fachen der maximalen Durchschlagsspannung eines Transistors
(N × 500
V mit Transistoren des Typs IRF 840).
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Der maximale Pulsstrom, den man erhalten kann
entspricht dem M-fachen der Stärke,
die die Transistoren aushalten (M × 40 A mit Transistoren des
Typs IRF 840).
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Wie im Falle der 1 ist jeder Transistor 4 mit
einem Gate-Widerstand 12 versehen.
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Die beiden Zeilen der Matrix 68 haben
jeweils die Bezugszeichen 70 und 72.
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Alle Drains der Transistoren 4 der
Zeile 70 sind durch eine selbe elektrische Leitung 37, Drain-Leitung
genannt, miteinander verbunden.
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Alle Gates der Transistoren 4 sind
durch eine selbe elektrische Leitung 33, Gate-Leitung genannt, miteinander
verbunden.
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Alle Sourcen der Transistoren 4.
der Leitung 70 sind durch eine selbe elektrische Leitung 36, Source-Leitung
genannt, miteinander verbunden.
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In der Zeile 72 der Matrix 68 sind
alle Drains der Transistoren durch eine selbe Drain-Leitung miteinander
verbunden, die zusammenfällt
mit der der Leitung 70 der Matrix 68 zugeordneten
Source-Leitung 36, wie zu sehen in der 7.
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Alle Gates der Transistoren der Zeile 72 sind durch
eine selbe Gate-Leitung 32 miteinander verbunden und alle
Sourcen dieser Transistoren der Zeile 72 sind durch eine
selbe Source-Leitung 30 miteinander verbunden.
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Man sieht in dieser 7 auch, dass die Transistorzeilen 70 und 72 in
Serie verbunden sind.
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Der Schalter der 7 ermöglicht
einem elektrischen Energiespeicher, Starkstromimpulse an eine Belastung
bzw. Last 14 wie zum Beispiel einen Kupferdampflaser zu
tiefem.
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Jeder der Zeilen 70 und 72 der
Matrix 68 ist in drei Gruppen unterteilt, von denen jede
acht Transistoren enthält.
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Zum Steuern der Transistoren der
Matrix 68 ist jede Transistorengruppe einer Steuervorrichtung 6 zugeordnet.
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Diese Vorrichtung 6 ist
mit der identisch, die in Bezug auf die 1 beschrieben worden ist.
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Man sieht bei jeder Vorrichtung 6,
dass die Verbindungen der diese Vorrichtung 6 bildenden
Elemente mit den Drain-, Source- und Gate-Leitungen den Verbindungen
entsprechen, wie sie auch im Falle der 1 zu sehen sind.
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In der Matrix 68 ermöglicht die
Aufteilung in Transistorengruppen eine gute Verteilung der Steuerströme und folglich
eine simultane Steuerung der Gesamtheit der Transistoren.
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In der 7 sieht
man auch die Impulsgeneratoren 10, die jeweils den Vorrichtungen 6 zugeordnet
sind.
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Man sieht auch die Sekundärkreise
dieser Transformatoren, jedoch sind aus Gründen der Klarheit der Figur
die Primärkreise 18 in
ihr nur ganz unten dargestellt.
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Man sieht in der 7 auch die Impulserzeugungseinrichtungen 8,
die mit den Transformatoren 10 gekoppelt sind.
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Vorzugsweise, wie im Falle der 1, verwendet man vorzugsweise
Impulstransformatoren mit ringförmigem
Kern, wobei jeder Sekundärkreis eine
einzige Windung umfasst und jeder Primärkreis eine einzige Windung
umfasst und diese Windungen der Primärkreise der Transformatoren 10 durch
ein selbes Steuerkabel gebildet werden (Kabel 18 der 2).
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Die in der vorliegenden Erfindung
genannten Dokumente sind die folgenden:
- (1)
S. Goldberg, S. I. Martin "Research
study on hydrogen Thyratrons" final
report, E. G. G. Inc. (1953)
- (2) Sailanski "Reducing
thyratron losses in CVL Modulator"
- (3) Honda, Akira "Field
effect transistor circuit configuration" EP 0 048 758 A1 (1979)
- (4) G. T. Santamaria, R. M. Ness "High power switching using power FET
arrays" Sixth IEEEE Pulsed
power conference Maxwell Laboratory (1987)
- (5) Rodolphe Guidini "Interrupteurs
rapides haute tension réalisés par
mise en série
de composants semiconducteurs pour convertisseur de forte énergie" (Schnelle Hochspannungsschalter,
realisiert durch Serienschaltung von Halbleiter-Bauteilen für Hochenergie-Wandler,
Rapport de thése (Doktorarbeit)
(1995)
- (6) Walter E. Milberger, Franklin B. Jones, Charles S. Kerfoot "Pulse modulator" United States Statutory
Invention Registration Nr. N275 (1987)
- (7) Behlke "MOSFET – Hochspannungsschalter mit
extrem kurzer Schaltzeit, Deutsches Patent DE 36 30 775 C2 (1991)
- (8) Walter E. Milberger, Serena Park. "High voltage field effect transistors
pulse apparatus" US
Patent 4.425.518 (1984)
- (9) Franklin B. Jones, Walter E. Milberger "High voltage MOSFET current switch" PCI September 1987
proceedings
- (10) A. Vorster. T. L. Bredenkamp "Mosmatrix – A replacement for thyratrons" Nineteenth Power Modulator
Symposion (1990)
- (11) Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha "Semiconductor switching apparatus", Japanisches Patent JP
314568/89 (1990)
- (12) A. N. Soldatov, Y. F. Fedorof, N. A. Yudin "Efficency of a copper
vapour laser with partial discharge of a storage capacitor" Quantum Electronics
24(8) 677–678
(1994)