JP5926408B2 - スパークギャップ装置 - Google Patents

Description

本発明は、トリガー可能なスパークギャップ（Funkenstrecke）を有するスパークギャップ装置に関する。

従来のトリガー可能なスパークギャップは、少なくとも２つの主電極と１つのトリガー電極とを備える。たとえばこれらの電極は、ガス充填された１つの空間に配設され、ここで適切なトリガー電圧がトリガー電極に印加され、このトリガー電極と主電極の１つとの間のスパークギャップが点火される。この際たとえばガス充填された空間においてイオン化されたギャップが生成され、このイオン化されたギャップを介してトリガー電極と１つの主電極との間に電流が流れる。このトリガー電極を用いて点火することによって、２つの主電極の間のさらなる導電チャネルの形成が達成され、これらの主電極の間の電流フローが可能となる。

このようなトリガー可能なスパークギャップは、たとえばサージ電圧避雷器（Uberspannungsableiter）として利用することができる。他の利用可能性としては、たとえば狙いを定めて高電圧をオンとする（Durchschaltung）ことである。

従来のトリガー可能なスパークギャップでは、この主電極間をオンとする（Durchschalten）ことが、トリガー電極へのトリガーパルスの印加によって直接引き起こされる。

したがって本発明の課題は、トリガー可能なスパークギャップを有するスパークギャップ装置を提供することであり、このスパークギャップ装置では、トリガー可能なスパークギャップの作動が所定の遅延、特に確実にコントロールされる遅延によって行われる。

この課題は、独立請求項に記載の発明によって解決される。変形例および実施形態は、従属項に記載されている。

このため、たとえば、このスパークギャップ装置には、入力側に印加されるインパルスがトリガー可能なスパークギャップの駆動に対して遅延された形態で用いられる、トリガー回路が設けられる。このため、たとえば入力側に印加されるインパルスのエネルギーが、少なくとも１つの貯蔵器に一時的に貯蔵される。この一時的に貯蔵されたエネルギーは、所定の時定数で他の貯蔵器に移し替えられる。この時定数を有する他の貯蔵器への移し替え工程によって、所定の充電状態が達成され、この充電状態によって少なくとも１つの貯蔵器の導通あるいは放電が引き起こされて、パルス状の放電が行われる。この放電パルスは、たとえばトランスを用いてトリガー可能なスパークギャップのトリガー電極に与えられ、適切な時間遅延でこのスパークギャップが作動される。たとえばこのトリガー回路は、トリガー可能なスパークギャップに一体化されている。さらに、たとえばこのトリガー可能なスパークギャップのトリガー接続端子は、外部から接触することはできず、トリガーは、このトリガー回路を介してのみ可能となっている。

１つの実施形態においては、このトリガー回路は、第１および第２の電荷貯蔵器（Ladungsspeicher）と、第１の抵抗と、トリガー可能な避雷素子（Ableitelement）とトランスとを有する。この際トリガー回路は、このトリガー回路の入力側に与えられた入力インパルスのエネルギーを一時的に貯蔵するが、ここで貯蔵は少なくとも第１の電荷貯蔵器で行われる。このためこのトリガー回路は、貯蔵されたエネルギーの一部を第１の抵抗を介して第２の電荷貯蔵器に移し替えるように構成されている。このトリガー可能な避雷素子は、第２の電荷貯蔵器の電圧に依存してオンされ、第１の電荷貯蔵器からトランスの一次側を介して放電するように構成されている。このトランスの２次側は、トリガー可能なスパークギャップの主電極およびこのトリガー可能なスパークギャップのトリガー電極と接続されている。

このトリガー可能な避雷器は、たとえばスイッチングスパークギャップ（Schaltfunkenstrecke）、三極避雷器、またはトリガーダイオードを有するサイリスタによって構築されており、たとえば適切なオン電圧（Durchschaltspannung）を有し、上記の第２の電荷貯蔵器の電圧がこのオン電圧に達するとオンとなる。これに対応して入力側に印加されるインパルスは、第１の電荷貯蔵器の充電に用いられるが、この際充電が直接的および瞬時に、または間接的に、一時貯蔵器を介して他の電荷貯蔵器で行われる。こうして入力インパルスが減衰して、このインパルスのエネルギーは、トリガー回路に一時貯蔵され、第２の電荷貯蔵器を充電するのに用いられ、この際この一時貯蔵器の抵抗を介した放電によって時定数が生じる。この第２の電荷貯蔵器の電圧は、適切な時定数でオン電圧に達するまで上昇する。トリガー可能な避雷素子をオンする（Durchschalten）場合においては、この第１の電荷貯蔵器は低抵抗でジャンパされ、この際この第１の電荷貯蔵器は、たとえばトランスの一次巻線と接続されている。これに対応してこのトランスでは、第１の電荷貯蔵器の放電によってインパルスが誘導され、このインパルスは、最終的にトリガー可能なスパークギャップが作動するよう作用する。

様々な実施形態において、第２の電荷貯蔵器に並列に、もう１つの抵抗が接続される。これにより、この第２の電荷貯蔵器は、装置の動作中に定期的に放電されることができ、入力インパルスが発生した際にこの第２の電荷貯蔵器にプリチャージ（Vorladung）が無いようにされる。これによりさらに、この第２の電荷貯蔵器の電圧が、特に第１の抵抗および第２の電荷貯蔵器で設定されたあるいは目標とされたスケーリング（Dimensionierung）に基づくものよりも速くトリガー可能な避雷器のオン電圧に到達することが防止される。このもう１つの抵抗は、好ましくは、第２の電荷貯蔵器へのエネルギーの移し替えの際に、このもう１つの抵抗を介して僅かな電流が流れ、一時的に貯蔵されたエネルギーがこの第２の電荷貯蔵器に移し替えられることができるように、スケーリングされている。

他の様々な実施形態においては、このトリガー回路は、入力インパルスのエネルギーを、この入力インパルスの正の半波および／または負の半波に基づいて貯蔵することを可能とする整流回路を備える。これに対応して、この整流器は、入力インパルスの一方の半波のみを通し、他方の半波を短絡する半波整流器としても、また入力インパルスの正および負の半波をエネルギーの貯蔵に提供する全波整流器としても実装されてよい。

様々な実施形態において、トランスは高圧トランスとして実装される。たとえば入力インパルスのために電荷貯蔵器が高い電圧レベルになると、たとえば４００V程度に充電されると、この電圧は、トリガー可能なスパークギャップのために高圧トランスによって１０ｋV程度に昇圧される。

他の実施形態においては、このスパークギャップ装置は、さらにもう１つのトランスを備え、このもう１つのトランスは、一次側に印加されたインパルスから入力インパルスを生成する。このためたとえばこのトリガー回路は、このもう１つのトランスの二次側に接続されている。この実施形態においては、このもう１つのトランスの一次側に、このもう１つのトランスによって入力インパルスに変換されるインパルスが印加されてよい。

様々な実施形態においては、このトリガー可能なスパークギャップまたはガス充填された電気的なサージ電圧避雷器である。

上記で説明したように、このトリガー回路の部品のスケーリングによって、とりわけ特定の時定数の形成によって、このトリガー回路の時間特性が規定される。これに対応してたとえばこのトリガー回路は、入力インパルスの発生とスイッチングスパークギャップのオンとの間の時間間隔が常に所定の値より大きくなるように、とりわけ１５μｓより大きくなるようにスケーリングされる。この結果、確実にコントロールされるスパークギャップ装置を提供できることになる。

このスパークギャップ装置の１つの特別な実施形態においては、入力インパルスのエネルギーの貯蔵は、上記の第１の電荷貯蔵器のみによって行われる。ここで、トリガー回路は、この第１の電荷貯蔵器が第１の抵抗を介して部分的に放電されて、第２の電荷貯蔵器を充電するように構成されている。とりわけここではこの第１の電荷貯蔵器が瞬時に入力インパルスによって充電される。すなわちこの入力インパルスによって生成される電流あるいはこれに対応した電圧は、直接この第１の電荷貯蔵器の充電に用いられる。

こうしてこの入力インパルスが減衰した後、この第１の電荷貯蔵器に電圧が存在している。貯蔵されたエネルギーの一部は、この第１の電荷貯蔵器から第１の抵抗を介して第２の電荷貯蔵器に移し替えられ、この第２の電荷貯蔵器の電圧は生成される時定数に対応して上昇する。この際この第１および第２の電荷貯蔵器は、好ましくは、この第１の電荷貯蔵器のエネルギーの第２の電荷貯蔵器への移し替えによって、この第１の電荷貯蔵器の電圧が僅かに低下するが、避雷素子のオンに充分な電圧が存在し、トリガー可能なスパークギャップの点火が可能であるように、互いにスケーリングされて調整されている。たとえばこの第１の電荷貯蔵器は、第２の電荷貯蔵器の５０〜１００倍の大きさの容量を備える。

この実施形態においては、たとえばこのトリガー可能な避雷素子は、トリガーダイオードおよびサイリスタを備え、このトリガーダイオードは、第２の電荷貯蔵器の電圧に依存してこのサイリスタが導通するようにスイッチングする。もしこの第２の電荷貯蔵器の電圧が上記のオン電圧に達すると、このトリガーダイオードは導通状態に変更され、このサイリスタの制御電極に制御電流が与えられ、このサイリスタは点火すなわち導通するようにスイッチングされる。この際このサイリスタは第１の電荷貯蔵器によって、トランスの一次側を介して放電を起こすようにスイッチングされる。

さらにもう１つの実施形態においては、このトリガー回路はさらに第２の電荷貯蔵器を備える。この際入力インパルスのエネルギーの貯蔵は、第１の電荷貯蔵器および第３の電荷貯蔵器によって行われる。この際好ましくは、このトリガー回路は、第１の電荷貯蔵器および第３の電荷貯蔵器が直接この入力インパルスによって充電されるように、すなわちこの入力インパルスから生じる電流あるいは電圧が第１および第３の電荷貯蔵器の充電に用いられるように構成されている。この実施形態においては、このトリガー回路は、この第３の電荷貯蔵器が第１の抵抗を介して放電されて、第２の電荷貯蔵器を充電するように構成されている。

こうして入力インパルスのエネルギーは、第１および第３の電荷貯蔵器に貯蔵され、ここで第１の電荷貯蔵器に貯蔵されたエネルギーが、避雷素子を介した放電に用いられ、これに対し第３の電荷貯蔵器のエネルギーが、適切な時定数で第２の電荷貯蔵器を充電し、これによってこの第２の電荷貯蔵器の電圧を上昇させる。

たとえばトリガー回路のこれらの実施形態は、第１および第３の電荷貯蔵器の電荷がそれぞれ第１および第３の電荷貯蔵器に直列に接続されたダイオードを流れるように構成されている。この際好ましくは、それぞれのダイオードのカソードは、電荷貯蔵器と接続されている。これにより第１および第３の電荷貯蔵器の間の移し替えが防止される。たとえば第１および第３の電荷貯蔵器は、この第１の電荷貯蔵器が、この第３の電荷貯蔵器より顕著に大きな容量値を備えるように、たとえば１００〜５００倍に大きくなるようにスケーリングされる。

この実施形態では、このトリガー可能な避雷素子は、たとえば三極避雷器を有し、この三極避雷器では第２の電荷貯蔵器の電圧に依存してこの三極避雷器のオンのために中央電極が設けられている。これに対応してこの避雷素子のオン電圧は、この三極避雷器の、第２の電荷貯蔵器に接続された外部電極と中間電極との間の所定のスイッチング電圧以上に設定される。たとえば第１の電荷貯蔵器は、他の外部電極に接続され、点火の際には三極避雷器全体の、第２の電荷貯蔵器と中央電極との間の経路が導通状態となり、この中央電極およびトランスの一次側を介して第１の電荷貯蔵器への電流経路が形成される。

さらなるもう１つの特別な実施形態においては、このトリガー回路はさらに、第３および第４の電荷貯蔵器と第２の抵抗を備え、ここで入力インパルスのエネルギーの貯蔵は、直接これらの第３および第４の電荷貯蔵器によって行われる。このトリガー回路は、第３の電荷貯蔵器を第１の抵抗を介して放電して第２の電荷貯蔵器を充電し、第４の電荷貯蔵器をこの第２の抵抗を介して放電して第１の電荷貯蔵器を充電するために構成されている。これに対応して、この実施形態でも、入力インパルスのエネルギーの貯蔵がこの第１の電荷貯蔵器および第３の電荷貯蔵器によって行われる。

しかしながらこの実施形態では、入力側に印加されるインパルスは、第３および第４の電荷貯蔵器を瞬時に充電することに用いられ、この入力インパルスが減衰した後にこの第３および第４の電荷貯蔵器は所定の電圧となっている。これらの電圧は、第１あるいは第２の抵抗を介して、第１あるいは第２の電荷貯蔵器へ放電され、ここで上記で説明したと同様に、これらの抵抗を介した放電によってそれぞれの時定数が生じる。ここでこの第１の電荷貯蔵器は、好ましくは最大電圧まで充電されるが、この最大電圧はトリガー可能な避雷器のオン電圧より低くなっている。この実施形態では、このトリガー可能な避雷素子は、たとえばスイッチングスパークギャップとして実装され、このスイッチングスパークギャップは第２の電荷貯蔵器の電圧に依存してオンするように設けられている。この第２の電荷貯蔵器の電圧は、適切な時定数でオン電圧に達するまで上昇する。この避雷素子がオンされる際は、第１および第２の電荷貯蔵器が低抵抗でジャンパーされる。これに対応してトランスでは、第１の電荷貯蔵器の放電によってインパルスが誘導され、このインパルスは、最終的にトリガー可能なスパークギャップが作動するよう作用する。

たとえば第４の電荷貯蔵器は、第３の電荷貯蔵器より大きな容量を備える。このためたとえばこの第１の電荷貯蔵器は、第２の電荷貯蔵器より大きな容量を備える。これよりこの第４あるいは第１の電荷貯蔵器には、第２あるいは第３の電荷貯蔵器より大きな電荷量が貯蔵される。小さな電荷貯蔵器は、たとえば時間遅延の実現に用いられ、これに対し大きな電荷貯蔵器は、トリガー可能なスパークギャップの作動をもたらすインパルスの生成に用いられる。たとえば第４の電荷貯蔵器の容量は、第３の電荷貯蔵器の５〜２０倍、特に約１０倍の大きさとなっている。同様に、たとえば第１の電荷貯蔵器の容量は、第２の電荷貯蔵器の３０〜７０倍、特に約５０倍の大きさとなっている。第１の抵抗および第２の抵抗も異なっていてよい。たとえば第１の抵抗の抵抗値は、第２の抵抗の抵抗値より大きくなっており、特に３０〜７０倍の大きさであり、たとえば約５０倍の大きさである。

本発明は、複数の実施形態について図を参照して以下に詳細に説明される。ここでは同じ参照番号は、同じ機能の素子または部品を示す。素子または部品が機能的に同様な場合は、それらの説明は以下のそれぞれの図ではこれらの説明を繰り返さない。

トリガー可能なスパークギャップを有するスパークギャップ装置およびトリガー回路の１つの実施形態のブロック回路図である。 トリガー可能なスパークギャップを有するスパークギャップ装置およびトリガー回路のもう１つの実施形態のブロック回路図である。 トリガー可能なスパークギャップを有するスパークギャップ装置およびトリガー回路のもう１つの実施形態のブロック回路図である。

図１〜３のブロック回路図には、それぞれトリガー回路ＴＲＧが示されており、このトリガー回路では一次巻線Ｔ２１と二次巻線Ｔ２２とを有するトランスＴ２が左側の入力側に接続されており、ここでこのトリガー回路ＴＲＧの入力端子は二次巻線Ｔ２２と接続されている。このトリガー回路ＴＲＧの出力側には、トリガー可能なスパークギャップＴＦ、たとえばガス放電スパークギャップまたはガス充填された電気的サージ電圧避雷器が、主電極ＨＥおよびトリガー電極ＴＥと共に接続されている。このトリガー可能なスパークギャップのもう１つの主電極は、見易くするためここでは表示されていない。このスパークギャップＴＦは、高圧トランスＴ１の二次側Ｔ１２に接続され、この高圧トランスはトリガー回路ＴＲＧに含まれている。この高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１は、これに対応する二次巻線Ｔ１２より小さく表示されているが、これはこの高圧トランスＴ１によって、好ましくはこのトランスＴ１の一次側Ｔ１１と二次側Ｔ１２との間で高電圧の変圧が行われることを示すためである。

図１を参照すると、トリガー回路ＴＲＧにおいて、このトリガー回路ＴＲＧの入力側端子間に、第１のダイオードＤ１と電荷貯蔵器Ｃ３とからなる直列回路が接続されている。同様にこれらの入力側端子間に、第２のダイオードＤ２と電荷貯蔵器Ｃ４とからなる直列回路が接続されている。電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４およびダイオードＤ１，Ｄ２の間のそれぞれのノード点は、それぞれのダイオードのカソードによって形成されている。これら２つの直列回路と逆並列に、第３のダイオードＤ３が上記の入力側端子間に接続されており、このダイオードＤ３のカソードが上側の正側入力接続端子と接続されており、アノードが下側の負側入力接続端子と接続されている。第１あるいは第２のダイオードＤ１，Ｄ２とそれぞれの電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４との間のそれぞれのノード点には、第１あるいは第２の抵抗Ｒ１，Ｒ３が接続されており、これらはそれぞれのノード点を第４および第５のダイオードＤ４，Ｄ５とそれぞれ接続している。これらのダイオードＤ４，Ｄ５は、カソード側で互いに接続されており、スイッチングスパークギャップＳＦの１つの接続端子に繋がっており、このスイッチングスパークギャップの他の接続端子は負入力側接続端子と接続されている。第１の抵抗Ｒ１と第４のダイオードＤ４との間のノード点と、負側入力接続端子との間には、第３の抵抗Ｒ２と電荷貯蔵器Ｃ２とが互いに並列に接続されている。同様に、ダイオードＤ５と抵抗Ｒ３との間のノード点との間には、トランスＴ１の一次側巻線Ｔ１１を介して負側入力接続端子に電荷貯蔵器Ｃ１が接続されている。

このスパークギャップ装置の動作においては、たとえばトランスＴ２の一次側Ｔ２１にインパルスが印加され、このインパルスは二次側Ｔ２２に入力インパルスを誘導する。しかしこの入力インパルスは、単に正側および負側の半波を有する単一の振動周期のみを含む。負側半波は、ダイオードＤ３で短絡され、これに対し正側半波は、ダイオードＤ１，Ｄ２を介してたとえばコンデンサとして実装される電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４の瞬時の充電を与える。入力インパルスが終了すると、これらの電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４は、抵抗Ｒ１，Ｒ３を介して他の電荷貯蔵器Ｃ１，Ｃ２に放電する。電荷貯蔵器Ｃ２の充電電圧がスイッチングスパークギャップＳＦのスイッチング電圧閾値を越えると、このスイッチングスパークギャップは、ダイオードＤ４を介して点火され、この点火された状態で低抵抗の接続状態となる。これに対応して、電荷貯蔵器Ｃ１は短絡すなわち低抵抗でジャンパーされ、高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に電圧パルスが生成され、この電圧パルスは二次側Ｔ１２で高電圧パルスに昇圧されてトリガー可能なスパークギャップＴＦに与えられ、とりわけトリガー電極ＴＥと図示された主電極ＨＥとの間に与えられる。

この電圧インパルスは、この時トリガー、すなわちスパークギャップＴＦの点火をもたらす。このトリガー電極ＴＥによるスパークギャップＴＦの点火は、図示した主電極ＨＥと、このスパークギャップＴＦの他の不図示の主電極との間に、最終的に１つの導通チャネルを形成するように作用する。抵抗Ｒ１と電荷貯蔵器Ｃ２の容量とから生じる時定数によって、そしてこのスイッチングスパークギャップＳＦの所定のオン電圧によって、入力インパルスの生成とこれにより生じるスパークギャップＴＦの点火との間の所定の時間間隔がもたらされる。これにより、この図示されたスパークギャップ装置は、入力インパルスとスパークギャップＴＦのオンとの間の遅延が必要とされているあるいは望まれているような使用例に設けることができる。

まずこのスパークギャップ装置の一般的な動作原理が例示的に選択された部品値（Bauteilwerten）を用いて１つの実施形態で説明される。

たとえばトランスＴ２は、入力インパルスが２ｋＶより大きいインパルスピーク値で生成されるようにスケーリングされる。ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３は、たとえば約１０ｋＶの耐圧で構成される。電荷貯蔵器Ｃ３は、たとえば１ｎＦの容量を有するコンデンサとして構成され、電荷貯蔵器Ｃ４は、１０ｎＦの容量を有するコンデンサとして構成される。第１の抵抗Ｒ１は、４７ｋΩの値を備え、これに対し第２の抵抗Ｒ３は、１ｋΩの抵抗値を備える。抵抗Ｒ２は、たとえば４７０ｋΩでスケーリングされる。電荷貯蔵器Ｃ２は、１ｎＦの容量のコンデンサで実装され、これに対し電荷貯蔵器Ｃ１は、４７ｎＦの容量を有するコンデンサとして構成される。

２ｋＶより大きなインパルスピーク値を有する入力インパルスの場合は、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４の約２ｋＶの充電電圧への瞬時充電が行われる。電荷貯蔵器Ｃ４の大きな容量によって、これに電荷量の大部分が貯蔵される。入力インパルスが終了すると、これらの電荷貯蔵器Ｃ３，Ｃ４に貯蔵されている電荷の、電荷貯蔵器Ｃ１，Ｃ２への移し替えが行われる。抵抗Ｒ１より小さな抵抗Ｒ３によって、電荷貯蔵器Ｃ１の約４００Ｖへの充電あるいは移し替えが行われる。特にこの充電電圧は、スイッチングスパークギャップＳＦのオン電圧より低くなっている。

電荷貯蔵器Ｃ３の電荷は、第１の抵抗Ｒ１を介して電荷貯蔵器Ｃ２に移し替えられ、ここで電荷貯蔵器Ｃ２の充電工程は電荷貯蔵器Ｃ１の充電工程よりゆっくり進む。しかしながら電荷貯蔵器Ｃ２の小さな容量値のため、この電荷貯蔵器はより高い充電電圧、少なくとも理論的には、スイッチングスパークギャップＳＦのオン電圧より高い充電電圧に充電することができる。すなわちこの電荷貯蔵器Ｃ２の今の充電電圧が、このスイッチングスパークギャップＳＦのオン電圧に達すると、このスイッチングスパークギャップが点火して、低抵抗の経路を形成し、この経路は、一次巻線Ｔ１１、電荷貯蔵器Ｃ１、およびダイオードＤ５からなる直列回路を短絡すなわち低抵抗で接続する。この低抵抗の接続によって、この一次巻線Ｔ１１において電荷貯蔵器Ｃ１の充電電圧に対応した大きなパルス状の電圧が誘導され、このパルス状の電圧は二次側Ｔ１２で、約１０ｋＶのパルスピーク値を有する電圧パルスとなる。このパルスピーク値は、最終的にスパークギャップＴＦのトリガーとなる。

抵抗Ｒ２によって、電荷貯蔵器Ｃ２は放電されるが、これは特に入力インパルスが印加されない場合に機能する。第１の電荷貯蔵器Ｃ３からの移し替え工程の際には、特に、顕著に大きな抵抗Ｒ２の抵抗値のために、この抵抗Ｒ２を介する放電電流は無視できる。電荷貯蔵器Ｃ２の放電可能性によって、場合により電荷貯蔵器Ｃ２での残留電荷が保持され得ることが防止され、スイッチングスパークギャップＳＦの動作までの時間が短縮される。これに対応して抵抗Ｒ２によって、入力インパルスの生成とこのスパークギャップＴＦの点火インパルスの印加との間の規定された時間間隔が維持されることが保証される。この時間間隔はたとえば１５μｓであり、特にスイッチングスパークギャップＳＦのオン電圧の大きさおよび素子Ｒ１，Ｃ２の部品値によって決定されてよい。

図２は、スパークギャップ装置の１つの代替の実施形態を示し、このスパークギャップ装置では、特にトリガー回路ＴＲＧが図１に記載した実施形態と異なっている。この図２のトリガー回路ＴＲＧは、入力側に、ブリッジ整流器として接続された整流ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４を有する全波整流器を備える。このブリッジ整流器の正側出力には第１の電荷貯蔵器Ｃ１が接続され、その第２の接続端子はトランスＴ１の一次巻線Ｔ１１と接続されている。さらにこの整流器の正側接続端子には第１の抵抗Ｒ１が接続され、この第１の抵抗は、同様にこの整流器の負側接続端子と接続されている抵抗Ｒ２と直列に接続されている。抵抗Ｒ１と整流器の負側接続端子との間には、さらに第２の電荷貯蔵器Ｃ２が接続されている。トリガー回路ＴＲＧは、さらにサイリスタＴＨを備え、このサイリスタは、正側と負側の整流器接続端子並びに第１の電荷貯蔵器Ｃ１を一次巻線Ｔ１１の下側の接続端子に接続している。このサイリスタＴＨのトリガー接続端子は、トリガーダイオードＴＤを介して第２の電荷貯蔵器Ｃ２と接続されている。トランスＴ１の二次巻線Ｔ１２の下側の接続端子は、共通な基準電位を形成するために、トランスＴ２の二次巻線Ｔ２２の下側の接続端子と接続されている。

このスパークギャップ装置の動作においては、たとえばトランスＴ２の一次側Ｔ２１にインパルスが印加され、このインパルスは二次巻線Ｔ２２に入力インパルスを誘導する。ここでもこのインパルスは、単に１つの正および負の半波を有する１振動周期のみを含み、これらは整流ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４を用いた整流によって、たとえばコンデンサとして実装された電荷貯蔵器Ｃ１の瞬時の充電をもたらす。これに対応して入力インパルスのエネルギーが、少なくとも部分的に第１の電荷貯蔵器Ｃ１に一時的に貯蔵される。入力インパルスが終了すると、電荷貯蔵器Ｃ１は、抵抗Ｒ１を介して電荷貯蔵器Ｃ２に、部分的に放電する。第２の電荷貯蔵器Ｃ２の充電電圧がトリガーダイオードＴＤのオン電圧閾値を越えると、このトリガーダイオードは、この第２の電荷貯蔵器Ｃ２の充電電圧によってオンとなり、これよりこの第２の電荷貯蔵器Ｃ２の充電電圧がサイリスタＴＨの制御接続端子にもたらされる。

これに対応してこのサイリスタＴＨは、この第２の電荷貯蔵器Ｃ２の充電電圧によって点火され、第１の電荷貯蔵器Ｃ１と一次巻線Ｔ１１の下側の接続端子との低抵抗の接続が生成される。言い換えれば、この第１の電荷貯蔵器Ｃ１は、このサイリスタＴＨおよび一次巻線Ｔ１１によって短絡される。この結果、上記で図１の実施形態で説明したように、この高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１において、電圧パルスが生成され、この電圧パルスは二次側Ｔ１２に昇圧され、トリガー可能なスパークギャップＴＦへの高電圧パルスとなる。ここでもこの電圧インパルスは、この時スパークギャップＴＦのトリガー、すなわち点火をもたらす。

抵抗Ｒ１と電荷貯蔵器Ｃ２の容量とから生じる時定数によって、そしてこのサイリスタＴＨあるいはトリガーダイオードＴＤのオン電圧閾値によって、ここでもトランスＴ２の入力インパルスの生成とこれにより生じるスパークギャップＴＦの点火との間の所定の時間間隔がもたらされる。こうしてここでもまた、この図示されたスパークギャップ装置は、入力インパルスとスパークギャップＴＦのオンとの間の遅延が必要とされあるいは望まれているような使用例に設けることができる。上記で説明した図１の実施形態と同様に、抵抗Ｒ２は、電荷貯蔵器Ｃ２の放電用に機能するが、これは場合により電荷貯蔵器Ｃ２での残留電荷が保持され得ることを防止し、電荷貯蔵器Ｃ１の短絡までの時間が短縮される。これに対応して抵抗Ｒ２によって、入力インパルスの生成とこのスパークギャップＴＦの点火インパルス（Zundimpuls）の印加との間の規定された時間間隔が維持されることが保証される。この時間間隔はたとえば１５μｓである。

たとえばこの電荷貯蔵器Ｃ１は、４７０ｎＦの容量を備え、これに対し第２の電荷貯蔵器Ｃ２は、５ｎＦの容量を備える。第１の抵抗Ｒ１は、たとえば２２ｋΩでスケーリングされる。第１および第２の電荷貯蔵器Ｃ１，Ｃ２のスケーリング比は、このようにここでは約１００となっている。これにより第１の電荷貯蔵器Ｃ１から第２の電荷貯蔵器Ｃ２への抵抗Ｒ１を介したエネルギーの移し替えの際に、入力インパルスから一時的に貯蔵されたエネルギーの小さな部分のみが、この第２の電荷貯蔵器Ｃ２に移し替えられることが保証される。しかしながら、このエネルギーは、この第２の電荷貯蔵器Ｃ２の小さな容量のために、サイリスタＴＨの点火に必要なオン電圧に達するのに十分である。さらにこの第１の電荷貯蔵器Ｃ１には、このサイリスタＴＨを介した短絡の際に高圧トランスＴ１での充分な電圧インパルスを生成するのに十分な電荷量あるいは電圧が残っている。図１に示す実施形態とは異なり、図２の実施形態においては、この第１の電荷貯蔵器Ｃ１は、移し替えのための時間遅延を行うために必要となるエネルギーの貯蔵とともに、高圧トランスＴ１のための点火エネルギーの貯蔵のために機能する。

図３は、スパークギャップ装置のもう１つの代替の実施形態を示し、このスパークギャップ装置は、図２に示す実施形態の変形例となっている。ここでもまたトリガー回路ＴＲＧの入力にで整流ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４を有する整流ブリッジが設けられている。ダイオードＤ２を介してこの整流器の正側出力に接続されている第１の電荷貯蔵器Ｃ１の他に、もう１つの電荷貯蔵器Ｃ３が設けられており、この電荷貯蔵器Ｃ３は、ダイオードＤ１を介してこの整流ブリッジの正側の接続端子に接続されている。このダイオードＤ１と電荷貯蔵器Ｃ３との接続ノードには、抵抗Ｒ１が接続されており、ここでこの抵抗Ｒ１の第２の接続端子は、抵抗Ｒ２と第２の電荷貯蔵器Ｃ２の並列回路を介してこの整流器の負側の接続端子と接続されている。

さらにこのトリガー回路ＴＲＧは、三極避雷器ＳＦ３を備え、その第１の外部電極は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続ノードあるいはこの抵抗Ｒ１の第２の電荷貯蔵器Ｃ２との接続ノードと接続されており、その第２の外部電極は、ダイオードＤ２と第１の電荷貯蔵器Ｃ１との接続ノードと接続されており、そしてその中央電極は、整流器の負側の接続端子あるいは高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１の下側接続端子と接続されている。

ここでもこの装置の動作において、トランスＴ２に印加される入力インパルスは、整流され、順方向に接続されたダイオードＤ１，Ｄ２を介して電荷貯蔵器Ｃ１，Ｃ３の瞬時の充電に用いられる。これらの電荷貯蔵器Ｃ１、Ｃ３の間の移し替えは、これらのダイオードＤ１，Ｄ２の極性によって防止される。こうして入力インパルスのエネルギーは、第１の電荷貯蔵器Ｃ１にも、また第３の電荷貯蔵器Ｃ３にも一時的に貯蔵される。入力インパルスが終了すると、この第３の電荷貯蔵器Ｃ３は、少なくとも部分的に抵抗Ｒ１を介して第２の電荷貯蔵器Ｃ２に移し替えられ、この第２の電荷貯蔵器の充電電圧は、抵抗および容量値から生じる時定数に対応して上昇する。

その外部電極と中央電極の間で三極避雷器ＳＦ３のオン電圧に対応した電圧に達すると、この三極避雷器ＳＦ３が点火され、電荷貯蔵器Ｃ１に接続されているこの中央電極と他の外部電極の間の経路も低抵抗となる。この結果この電荷貯蔵器Ｃ１は、この三極避雷器ＳＦ３および高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１を介して短絡されて放電され、ここでまた二次側Ｔ１２に高電圧インパルスが誘導され、トリガー可能なスパークギャップＴＦの点火をもたらす。抵抗Ｒ２の機能は上記の実施形態例と同様である。

この実施形態においては、第１の電荷貯蔵器Ｃ１は、たとえば４７０ｎＦの容量を備え、これに対し第２および第３の電荷貯蔵器Ｃ２，Ｃ３はそれぞれ１ｎＦの容量を備える。第１の抵抗Ｒ１は、たとえば47ｋΩでスケーリングされる。電圧比および特に電圧の大きさは、図１の実施形態例と同様である。

上記の実施形態例におけるように、入力インパルスのエネルギーの、ここでは電荷貯蔵器Ｃ３への、一時的貯蔵および抵抗Ｒ１を介した第２の電荷貯蔵器Ｃ２への移し替えによって、スパークギャップＴＦの遅延されたトリガーが達成される。

様々な実施形態において、上記で説明した図１から３の実施形態例で、高圧トランスＴ１の一次巻線Ｔ１１に並列にダイオードが接続されてよい。特にこのダイオードのアノードは、一次巻線Ｔ１１の上側の接続端子あるいは第１の電荷貯蔵器Ｃ１と接続され、これに対しカソードはこの一次巻線Ｔ１１の下側の接続端子と接続されている。これにより、たとえばトランスＴ２での入力インパルスが急激に立ち上がっている場合は、第１の電荷貯蔵器Ｃ１の充電によって、この高圧トランスＴ１でのインパルスが、反転した極性で誘導されることを防止する。第１の電荷貯蔵器Ｃ１の目的とする放電の際には、この追加のダイオードが逆方向であり、上記のような動作は停止する。以上で説明した実施形態のトリガー可能なスパークギャップは、たとえばセラミックハウジングにおける（複数の）電極によって実装され、これらの電極は特にその主電極間がガスで充填されている。しかしながら、従来のトリガー可能なスパークギャップの実施形態も使用可能である。好ましくは、このトリガー回路は、トリガー可能なスパークギャップに一体化されており、特にトリガー電極ＴＥの接続端子は、このハウジングの外側から直接接続可能となっていない。むしろ、たとえばこのトリガー回路ＴＲＧまたは入力側に設けられているトランスＴ２の入力接続端子および上記の主電極が、ハウジングの外部から接続可能となっているのみである。

ここに記載した実施形態例のいずれか１つによるスパークギャップ装置は、たとえば高い電圧の通電を必要とする医療用機器に用いられてよい。たとえばこのようなスパークギャップ装置は、腎臓結石破砕装置（Nierenzertrummerungsgerat）に用いられる。

Claims (15)

1. トリガー可能なスパークギャップ（ＴＦ）とトリガー回路（ＴＲＧ）とを有するスパークギャップ装置であって、
   前記トリガー回路は、第１および第２の電荷貯蔵器（Ｃ１，Ｃ２）と、第１の抵抗（Ｒ１）と、トリガー可能な避雷素子（ＳＦ，ＳＦ３，ＴＤ，ＴＨ）と、トランス（Ｔ１）とを備え、
   前記トリガー回路は、前記トリガー回路（ＴＲＧ）の入力側に与えられた入力インパルスのエネルギーを一時的に貯蔵し、貯蔵が少なくとも前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）で行われ、
   貯蔵された前記エネルギーの一部は、前記第１の抵抗（Ｒ１）を介して前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）に移し替えられ、
   前記トリガー可能な避雷素子（ＳＦ，ＳＦ３，ＴＤ，ＴＨ）は、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）の電圧に依存してオンされ、前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）から前記トランス（Ｔ１）の一次側（Ｔ１１）を介して放電するように構成されており、
   前記トランス（Ｔ１）の二次側（Ｔ１２）は、前記トリガー可能なスパークギャップ（ＴＦ）の主電極（ＨＥ）および前記トリガー可能なスパークギャップ（ＴＦ）のトリガー電極（ＴＥ）と接続されており、
   前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記トリガー可能なスパークギャップ（ＴＦ）のハウジングに一体化されており、
   前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記入力インパルスの発生と前記トリガー可能な避雷素子（ＳＦ，ＳＦ３，ＴＤ，ＴＨ）のオンとの間の時間間隔が１５μｓより大きくなるようにスケーリングされている、
   ことを特徴とするスパークギャップ装置。
2. 前記入力インパルスのエネルギーの貯蔵は、前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）によってのみ行われ、
   前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）を、前記第１の抵抗（Ｒ１）を介して部分的に放電し、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）を充電するように構成されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のスパークギャップ装置。
3. 前記トリガー可能な避雷素子（ＴＤ，ＴＨ）は、トリガーダイオード（ＴＤ）とサイリスタ（ＴＨ）とを備え、
   前記トリガーダイオード（ＴＤ）は、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）の電圧に依存して前記サイリスタ（ＴＨ）をオンして導通するように構成されている、
   ことを特徴とする、請求項２に記載のスパークギャップ装置。
4. 前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、さらに第３の電荷貯蔵器（Ｃ３）を備え、
   前記入力インパルスのエネルギーの貯蔵は、前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）および前記第３の電荷貯蔵器（Ｃ３）によって行われ、
   前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記第３の電荷貯蔵器（Ｃ３）を、前記第１の抵抗（Ｒ１）を介して部分的に放電し、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）を充電するように構成されている、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のスパークギャップ装置。
5. 前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）および前記第３の電荷貯蔵器（Ｃ３）を前記入力インパルスによって直接充電されるように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のスパークギャップ装置。
6. 前記トリガー可能な避雷素子（ＳＦ３）は、三極避雷器（ＳＦ３）を備え、
   前記三極避雷器には、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）の電圧に依存して前記三極避雷器（ＳＦ３）をオンするための中央電極が設けられている、
   ことを特徴とする、請求項５に記載のスパークギャップ装置。
7. 前記トリガー回路（ＴＲＧ）はさらに、第４の電荷貯蔵器（Ｃ４）および第２の抵抗（Ｒ３）を備え、
   前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、前記第３および第４の電荷貯蔵器（Ｃ３，Ｃ４）を直接充電し、かつ前記第４の電荷貯蔵器（Ｃ４）を前記第２の抵抗（Ｒ３）を介して放電して前記第１の電荷貯蔵器（Ｃ１）を充電するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のスパークギャップ装置。
8. 前記トリガー可能な避雷素子（ＳＦ）は、スイッチングスパークギャップ（ＳＦ）を備え、
   前記スイッチングスパークギャップは、前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）の電圧に依存してオンするように構成されている、
   ことを特徴とする、請求項７に記載のスパークギャップ装置。
9. 前記トリガー回路（ＴＲＧ）は、整流回路（Ｄ３，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ３４）を備え、
   前記整流回路は、前記入力インパルスの正側半波および／または負側半波に基づいた、前記入力インパルスのエネルギーの貯蔵を可能とする、
   ことを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
10. 前記第２の電荷貯蔵器（Ｃ２）と並列にさらに抵抗（Ｒ２）が接続されていることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
11. 前記トランス（Ｔ１）は、高圧トランスとして実装されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
12. さらにもう１つのトランス（Ｔ２）を備え、当該もう１つのトランス（Ｔ２）の一次側に印加されたインパルスから前記入力インパルスを生成することを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
13. 前記トリガー可能なスパークギャップ（ＴＦ）は、ガス放電スパークギャップまたはガス充填された電気的サージ電圧避雷器であることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
14. 放電パルスは、前記トリガー回路を介してのみ前記トリガー電極に与えられ、当該トリガー電極は外部から直接接触できないように構成されていることを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。
15. 前記前記トリガー可能なスパークギャップのハウジングは、セラミックで実装されていることを特徴とする、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のスパークギャップ装置。

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