FR2569319A1

FR2569319A1 - Generateur d'impulsions

Info

Publication number: FR2569319A1
Application number: FR8412787A
Authority: FR
Inventors: Andre Nicolas
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1984-08-14
Filing date: 1984-08-14
Publication date: 1986-02-21
Also published as: DE3529054A1; FR2569319B1; US4645941A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN GENERATEUR D'IMPULSIONS. CE GENERATEUR, QUI EST DU TYPE "GENERATEUR DE MARX", COMPREND N1 CONDENSATEURS C, ..., C, C RELIES EN PARALLELE PAR DES RESISTANCES ET DES ECLATEURS E, E, ..., E POUR DECHARGER CES CONDENSATEURS DANS UN CIRCUIT D'UTILISATION L DE SORTE QUE SI V EST LA TENSION DE CHARGE DES CONDENSATEURS, LA TENSION APPLIQUEE AU CIRCUIT DE CHARGE EST EGALE A N1 V. CE GENERATEUR EST CARACTERISE EN CE QUE LES CONDENSATEURS ET LES ECLATEURS FORMENT UN EMPILEMENT DE PLATEAUX1, 2, 3, 4,... CIRCULAIRES PERCE D'OUVERTURES AXIALES15, 16. CES PLATEAUX ET LES RESISTANCES SONT SITUES DANS UNE ENCEINTE ETANCHE CONTENANT UN GAZ FAVORISANT L'AMORCAGE DES ECLATEURS QUI EST DECLENCHE PAR LE RAYONNEMENT D'UNE SOURCE17 TRAVERSANT LES OUVERTURES. APPLICATION A L'OBTENTION DE HAUTES TENSIONS IMPULSIONNELLES.

Description

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GENERATEUR D'IMPULSIONS

La présente invention concerne un généra-

teur d'impulsions et plus particulièrement un généra-

teur d'impulsions de haute tension, plus connu dans l'état de la technique sous le nom de générateur de MARX. Cette invention s'applique à la fourniture d'impulsions de haute tension, présentant un front de

montée très rapide.

On connait dans l'état de la technique des

générateurs d'impulsions de haute tension qui compren-

nent des cellules connectées en cascade comprenant respectivement des condensateurs chargés à travers des résistances. L'impulsion de haute tension est obtenue à la sortie du générateur en provoquant la décharge des condensateurs à travers les résistances, grâce à

des éclateurs reliés à ces condensateurs. Ces écla-

teurs sont déclenchés en cascade, par exemple à l'aide d'un rayonnement ultraviolet. Si la tension continue appliquée à l'entrée du générateur pour charger les condensateurs, a pour valeur Vo et si le générateur comporte n condensateurs la tension de l'impulsion de

sortie du générateur, est égale à n.Vo.

De façon détaillée, ce type de générateur d'impulsions de haute tension, qualifié de générateur de MARX, comprend, comme le montre la figure 1, une succession d'éclateurs El, 2,..., Enl, En. Chacun de ces éclateurs tels que l'éclateur E1 par exemple, comprend une première électrode 1 et une deuxième électrode 2. La première électrode de chaque éclateur

est reliée à la première électrode de l'éclateur sui-

vant de cette succession d'éclateurs, par une première résistance, pour les éclateurs de rang 1 à n-1. Ces premières résistances sont représentées en R1, R2, Rn sur la fiaure 1. C'est ainsi par exemple que la résistance R1 relie la première électrbde 1 de l'éclateur E1 à la première électrode 3 de l'éclateur

E2. De la même manière, la deuxième électrode de cha-

que éclateur est reliée par une deuxième résistance, à la deuxième électrode de l'éclateur suivant de cette succession, pour les éclateurs de rangs 1 à n-1. Ces deuxièmes résistances sont représentées en R'1, R'2, R' sur la figure 1. La deuxième résistance R'1 n'1

par exemple relie la deuxième électrode 2 de l'écla-

teur E1, à la deuxième électrode 4 de l'éclateur E2.

La deuxième électrode de chaque éclateur est en outre reliée par un condensateur, à la première électrode de l'éclateur suivant de la succession d'éclateurs, pour les éclateurs de rangs 1 à n-1. Ces condensateurs sont

représentés en C1, C2,..., Cnl, Cn sur La figure.

C'est ainsi par exemple que le condensateur C1 relie

La deuxième électrode 2 de l'éclateur E1, avec la pre-

mière électrode 3 de l'éclateur E2.

Le générateur représenté sur cette figure est alimenté par une source de tension continue 5, qui est reliée par une deuxième résistance R' à un point commun A entre la deuxième électrode 2 de l'éclateur E1 de rang I et la deuxième résistance R'1 reliant cette deuxième électrode de l'éclateur E1 avec la deuxième électrode 4 de l'éclateur E2 de rang 2. La deuxième électrode 7 de L'éclateur E de rang n est n reliée à une première armature 9 d'un condensateur de

sortie C, une première résistance R reliant la premiè-

re électrode 6 de l'éclateur E de rang n, avec une n première armature 8 du condensateur C de sortie. La tension de sortie du générateur représentée sur cette figure est une tension qui est impuLsionnelle et qui

apparait au moment du déclenchement des éclateurs.

Cette tension peut être appliquée à un circuit de charge L. Elle est disponible sur la première armature

8 du condensateur de sortie C. Dans l'exemple repré-

senté sur la figure 1, le générateur comporte n+1 con-

densateurs si la tension continue d'entrée, fournie par la source 5 est égale à Vo, la tension impulsion- nelle en sortie est égale à (n+1).Vo. Sur la figure 1

on a représenté en M la masse de référence.

La mise en oeuvre d'un générateur de MARX du type de celui dont le circuit vient d'être décrit se

fait généralement en utilisant des condensateurs pro-

tégés par un enrobage, équipés d'un ensemble de bornes qui permettent de relier les différents composants de ce circuit, des condensateurs en papier par exemple sont utilisés; ces condensateurs sont zontenus dans des bottiers métalliques ou plastiques comportant des

isolateurs pour les bornes de sortie des condensa-

teurs; il est également possible d'utiliser des con-

densateursà diélectriques céramiques, ces condensa-

teurs étant surmoulés et donc de fabrication peu

a aisée.

Les générateurs de MARX dont les circuits sont réalisés de la façon indiquée plus haut et qui utilisent des condensateurs au papier contenus dans

des boîtiers métalliques ou des condensateurs àdiélec-

triques céramiques, surmoulés, ont pour inconvénient essentiel de présenter un manque de compacité du fait de l'encombrement supplémentaire du aux enrobages et aux connexions. Il en résulte que l'énergie électrique que peuvent fournir les générateurs de MARX connus est réduite et que l'inductance équivalente du générateur

est importante, ce qui est préjudiciable à la puissan-

ce fournie.

L'invention a pour but de remédier aux in-

convénients des générateurs d'impulsions, de type gé-

nérateur de MARX, et notamment de permettre La réali-

sation d'un générateur d'impulsions très compact et présentant une inductance très réduite par rapport aux

générateurs connus. Cette compacité est obtenue notam-

ment grâce à l'utilisation de condensateurs céramiques disposés sous forme d'empilement.

L'invention a pour objet un générateur d'im-

pulsions comprenant une succession d'éclateurs repé-

rés du rang 1 au rang n, comportant chacun une premiè-

re et une deuxième électrodes, la première électrode de

chaque éclateur étant reliée par une première résis-

tance à la première électrode de l'éclateur suivant de ladite succession, pour les éclateurs de rang 1 à n-1, la deuxième électrode de chaque éclateur étant reliée

par une deuxième résistance R'1 à La deuxième électro-

de de L'éclateur suivant ladite succession, pour les éclateurs de rang I à n-1, la deuxième électrode de

chaque éclateur étant en outre reliée par un condensa-

teur à la première électrode de l'éclateur suivantde ladite succession, pour les éclateurs de rang 1 à n-1, ce générateur étant alimenté par une source de tension continue reliée par une deuxième résistance à un point commun entre la deuxième électrode de l'éclateur de

rang 1 et la deuxième résistance reliant cette deuxiè-

me électrode d'éclateur de rang I avec la deuxième

électrode de l'éclateur de rang 2, la deuxième élec-

trode de l'éclateur de rang n étant reliée à une deu-

xième armature d'un condensateur de sortie, une pre-

mière résistance reliant La première électrode de l'éclateur de rang n avec une première armature du condensateur de sortie, la tension de sortie étant disponible sur cette première armature, caractérisé en ce que les électrodes des éclateurs sont des plateaux conducteurs parallèles formant un empilement, les

condensateurs comprenant au moins deux armatures con-

ductrices planes qui, pour chaque condensateur, sont respectivement en contact avec la deuxième électrode de l'éclateur correspondant de ladite succession et avec la première électrode de l'éclateur suivant dans cette succession, deux électrodes en regard de deux éclateurs successifs étant séparées par une entretoise isolante et Les électrodes d'un même éclateur étant

aussi séparées par une entretoise isolante, les élec-

trodes et les condensateurs étant situés dans une en-

ceinte étanche contenant un gaz, les électrodes et les condensateurs étant percés d'ouvertures alignées le

long d'un axe traversant l'empilement, le déclenche-

ment des éclateurs étant provoqué par un rayonnement ultraviolet appliqué par une source dans l'une des ouvertures.

Selon une autre caractéristique, les con-

densateurs sont à armatures métalliques et à diéLec-

triques céramiques.

Selon une autre caractéristique, les pla-

teaux constituant les électrodes des éclateurs, ainsi que les armatures des condensateurs et les couches

isolantes de ces condensateurs, ont une forme circu-

laire, les entretoises ayant une forme annulaire, l'axe le Long duquel se situent lesdites ouvertures

correspondant à l'axe de ces plateaux, de ces armatu-

res et de ces entretoises.

- Selon une autre caractéristique, le contact entre l'armature de chaque condensateur-et l'électrode de l'éclateur correspondant est assuré par une couche

d'un matériau souple conducteur.

Selon une autre caractéristique, les pre-

mière et deuxième résistances ont la même valeur.

Selon une autre caractéristique, les con-

densateurs de l'empilement ainsi que le condensateur

de sortie ont la même valeur.

Selon une autre caractéristique, l'enceinte

étanche est une enceinte métallique isolée des pla-

teaux constituant les électrodes des éclateurs et iso-

lée des armatures des condensateurs.

Les caractéristiques de l'invention ressor-

tiront mieux de la description qui va suivre donnée en

référence aux dessins annexes dans lesquels:

- La figure I a déjà été décrite et représente schéma-

tiquement le circuit d'un générateur d'impulsions, de type générateur de MARX, connu dans l'état de la technique, - la figure 2 représente schématiquement et en coupe, un générateur d'impulsion utilisant le circuit de la

figure précédente dans lequel, conformément à l'in-

vention, les condensateurs et les éclateurs sont em-

pilés.

Le générateur d'impulsion de l'invention, représenté sur la figure 2, est conforme au circuit de

la figure 1. Les mêmes éLéments portent les mêmes ré-

férences sur cette figure et sur la figure 1.

C'est ainsi que l'on a représenté les écla-

teurs E1, E2., E En, les condensateurs C1, C2,...

Cn' C, les premières résistances R1,..., Rn, R, les deuxièmes résistances R', R'1,..., R'n-1 R'n La

source de tension continue 5 a également été représen-

tée sur cette figure. Elle est reliée à la deuxième électrode 2 de L'éclateur E1, par l'intermédiaire de

la résistance R'. La charge L est également représen-

tée sur cette figure, ainsi que les première et deu-

xième électrodes 1, 2 de l'écLateur E1, les électrodes

3, 4 de l'éclateur E2, les électrodes 6, 7 de l'écla-

teur En,. et les armatures 8, 9 du condensateur de sortie C. Selon l'invention, les électrodes 1, 2, 3, 4,..., des éclateurs E1,..., En sont des plateaux

métalliques conducteurs parallèles formant un empile-

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ment. Chacun des condensateurs Cl, C2, 2. Cn, C comprend au moins deux armatures conductrices planes métalliques qui sont respectivement en contact avec la deuxième électrode de l'éclateur correspondant de la succession d'éclateurs, et avec la première électrode de l'éclateur suivant dans cette succession. C'est ainsi par exemple que le condensateur C1 comprend une armature conductrice plane 10, en contact avec la deuxième électrode 2 du premier éclateur E1, et une

deuxième armature plane 11, en contact avec la premiè-

re électrode 3 du deuxième éclateur E2. Les électrodes en regard de deux éclateurs successifs sont séparées par une entretoise isolante; les électrodes d'un même éclateur sont elles aussi séparées par une entretoise isolante. Dans l'exemple de réalisation représenté sur

la figure 2, les électrodes 2, 3 des éclateurs succes-

sifs E1, E2 sont séparées par une entretoise isolante 12. Les électrodes 1, 2 de l'éclateur E1 sont séparées

par une entretoise isolante 13.

Les électrodes et les condensateurs qui viennent d'être décrits sont situés dans une enceinte étanche 14 représentée schématiquement sur la figure 2. Cette enceinte étanche contient un gaz capable de

favoriser le déclenchement des éclateurs par un phéno-

mène d'amorçage. A cet effet, les électrodes sont percées d'ouvertures telles que 15,

16 alignées le long d'un axe X qui traverse l'empile-

ment. Lorsque les condensateurs ont tous été chargés grâce à la source de courant 5, le déclenchement des éclateurs est provoqué par un rayonnement ultraviolet fourni par exemple par une source 17 qui applique ce rayonnement dans l'une des ouvertures décrites plus haut. De façon préférée, tous les condensateurs C1, C2,..., Cn, ont la même valeur. De la même

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manière, Les premières résistances R1, Rn, R et Les deuxièmes résistances R', R'1,... R'n ont aussi une

même valeur.

Les armatures 10, 11 des condensateurs sont des armatures métalliques planes, tandis que le dié- lectrique 18 disposée en une ou plusieurs couches entre Les armatures, est un matériau céramique. Les armatures des condensateurs peuvent être constituées par exemple par une couche métallique 19, en contact avec l'électrode de correspondance, grâce à une couche conductrice soupte, telle que 20 de caoutchouc, auquel est incorporé un matériau conducteur. Cette couche de caoutchouc conducteur permet d'absorber les chocs et

les vibrations auxquels peut être soumis le généra-

teur, ainsi que les contraintes lors du déclenchement

des éclateurs.

Les plateaux qui constituent les électrodes

des éclateurs, ainsi que les armatures des condensa-

teurs et les couches isolantes de ces condensateurs, ont une forme circuLaire. L'axe X le long- duquel se

situent les ouvertures correspond à L'axe de ces pla-

teaux et de ces armatures. Les entretoises isolantes 12, 13 ont une forme annulaire et ont le même axe X.

L'enceinte étanche 14 est une enceinte mé-

taltique qui est isolée des plateaux constituant les électrodes, les éclateurs, ainsi que les armatures des condensateurs. Cette enceinte métaLlique présente des traversées isotantes étanches 21 pour permettre la connexion, à l'extérieur de cette enceinte, de la source 5 et de la charge L. Cette enceinte est de préférence reliée à la masse de référence M. De manière connue, le générateur qui vient d'être décrit, qui comporte n+1 condensateurs permet, lorsque la tension de la source d'alimentation 5 a pour valeur Vo, d'obtenir à la sortie de ce générateur

une tension de valeur (n+1).Vo.

Du fait que toute la colonne des éclateurs se trouve à la même pression dans l'enceinte 14, grâce aux ouvertures pratiquées dans les éclateurs et dans les condensateurs, le déclenchement d'un éclateur est stimulé par le rayonnement ultraviolet émis par ses

collatéraux, de telle sorte que l'on obtient une syn-

chronisation du déclenchement de l'empilement d'écla-

teurs et par suite, une diminution du front de montée

de l'impulsion obtenue sur la sortie du générateur.

Le générateur qui vient d'être décrit pré-

sente bien une forme compacte due à l'empilement des

éclateurs et des condensateurs.

Claims

REVENDICATIONS

1. Générateur d'impulsion comprenant une succession d'éclateurs (E1, E2,.. ., En) repérés du rang 1 au rang n, comportant chacun une première et

une deuxième électrodes (1, 2,...), la première élec-

trode (1) dechaque éclateur étant reliée par une pre- mière résistance (R1,...) à la première électrode (3) de l'éclateur suivant de ladite succession, pour Les éclateurs (E1, E2,..., En_1) de rang 1 à n-1, La deuxième électrode (2) de chaque éclateur étant reliée par une deuxième résistance (R'1,...) à la deuxième

électrode (4) de l'éclateur suivant de ladite succes-

sion, pour les éclateurs (E1, E2,..., En_1) de rang 1 à n-1, la deuxième électrode (2) de chaque éclateur étant en outre reliée par un condensateur (C1,...) à la première électrode (3) de l'éclateur suivant de Ladite succession, pour les éclateurs (E1, E2,..., En_1) de rang I à n- 1, ce générateur étant alimenté par une source de tension continue (5) reliée par une

deuxième résistance à un point commun entre la deuxiè-

me électrode (2) de l'éclateur de rang 1 et la deuxiè-

me résistance (R'1) reliant cette deuxième électrode d'éclateur de rang 1 avec la deuxième électrode (4) de l'éclateur (E2) de rang 2, la deuxième électrode (7)

de l'éclateur (En) de rang n étant reliée à une deu-

xième armature (9) d'un condensateur de sortie (C),

une première résistance (R) reliant la première élec-

trode (6) de l'éclateur (En) de rang n avec une pre-

*n

mière armature du condensateur (C) de sortie, la ten-

sion de sortie étant disponible sur cette première armature (8), caractérisé en ce que les électrodes (1, 2, 3, 4,...) des éclateurs (E1,.. ., En) sont des

plateaux conducteurs parallèles formant un empile-

ment, Les condensateurs comprenant au moins deux arma-

tures conductrices planes (10, 11) qui, pour chaque condensateur, sont respectivement en contact avec la

deuxième électrode (2) de l'écLateur (E1) correspon-

dant de Ladite succession et avec la première éLectro-

de (3) de l'éclateur suivant (E2) dans cette succes-

sion, deux électrodes en regard (2, 3) de deux écla-

teurs successifs (El,; E2) étant séparées par une en-

tretoise isoLante (12) et Les électrodes (1, 2) d'un même éclateur étant aussi séparées par une entretoise isolante (13), les électrodes et les condensateurs étant situés dans une enceinte étanche (14) contenant un gaz, les électrodes étant percées d'ouvertures (15, 16) alignées le long d'un axe (X) traversant l'empilement, le déclenchement des

éclateurs étant provoqué par un rayonnement ultravio-

let appliqué par une source (17) dans l'une des ouver-

tures.

2. Générateur d'impulsions selon La reven-

dication 1, caractérisé en ce que les condensateurs sont des condensateurs à armatures métalliques planes

et à diélectriques céramiques.

3. Générateur selon La revendication 2, ca-

ractérisé en ce que les plateaux constituant Les étec-

trodes des écLateurs, ainsi que les armatures des

condensateurs et les couches isolantes de ces conden-

sateurs, ont une forme circulaire, les entretoises ayant une forme annulaire, L'axe de long duqueL se situent lesdites ouvertures correspondant à l'axe de

ces plateaux, de ces armatures et de ces entretoises.

4. Générateur selon la revendication 3, ca-

ractérisé en ce que Le contact entre l'armature de

chaque condensateur et l'électrode de l'éclateur cor-

respondant est assuré par une couche d'un matériau

souple conducteur.

5. Générateur selon la revendication 3, ca-

ractérisé en ce que les première et deuxième résistan-

ces ont la même valeur.

6. Générateur selon La revendication 3, ca-

ractérisé en ce que Les condensateurs de l'empilement

ainsi que le condensateur de sortie ont la même va-

Leur.

7. Générateur selon la revendication 3, ca-

ractérisé en ce que l'enceinte étanche est une encein-

te métallique isolée des plateaux constituant Les électrodes des éclateurs et isolée des armatures des condensateurs.