RU1487774C - High-power nanosecond pulse generator - Google Patents

High-power nanosecond pulse generator Download PDF

Info

Publication number
RU1487774C
RU1487774C SU4045591A RU1487774C RU 1487774 C RU1487774 C RU 1487774C SU 4045591 A SU4045591 A SU 4045591A RU 1487774 C RU1487774 C RU 1487774C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
elements
source
charging
inductive
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Брылевский
И.В. Грехов
В.М. Ефанов
А.Ф. Кардо-Сысоев
И.А. Смирнова
С.В. Шендерей
Original Assignee
Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН filed Critical Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН
Priority to SU4045591 priority Critical patent/RU1487774C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1487774C publication Critical patent/RU1487774C/en

Links

Images

Landscapes

  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: pulse technique. SUBSTANCE: device has DC source 1, charging elements 2, 14, 15, switches 3, 16 and 17, inductive storage elements 4, 7, 9, 10, disconnecting elements 5 and 8, capacitors 6, 11, 12, isolating diode 13, output bus 18. Elements 5 and 8 are made on the base of fast-recovery drift diodes. Magnitudes of capacitance of capacitor 6 and inductance of storage element 4 forming an LC-circuit are selected so that to provide an amplitude of forward current and its duration required for operation of disconnecting element 5. EFFECT: widened operating capabilities due to provided control of pulse repetition rate. 2 dwg

Description

Изобретение относится к мощной импульсной технике и может быть использовано для систем питания мощных лазеров, в видеоимпульсной радиолокации и т.д. The invention relates to a powerful pulsed technique and can be used for power systems of high-power lasers, in video-pulse radar, etc.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования частоты следования импульсов. The purpose of the invention is the expansion of functionality by providing the ability to control the pulse repetition rate.

На фиг. 1 показана электрическая принципиальная схема генератора; на фиг.2 - временные диаграммы его работы. In FIG. 1 shows an electrical circuit diagram of a generator; figure 2 - timing diagrams of his work.

Генератор мощных наносекундных импульсов содержит последовательно соединенные, включенные между первой и общей шинами источника 1 постоянного тока, зарядный элемент 2, первый ключ 3, первый индуктивный накопитель 4 и первый размыкающий элемент 5, выход зарядного элемента 2 подключен через первый конденсатор 6 к общей шине источника 1 постоянного тока, второй индуктивный накопитель 7 последовательно соединен с вторым размыкающим элементом 8, который подключен к общей шине источника постоянного тока, третий и четвертый индуктивные накопители 9, 10, второй и третий конденсаторы 11, 12, разделительный диод 13, второй и третий зарядные элементы 14, 15, второй и третий ключи 16, 17. Первый и второй размыкающие элементы 5, 8 выполнены на дрейфовых диодах с резким восстановлением и включены в прямом направлении к источнику 1 постоянного тока, входы второго и третьего зарядных элементов 14, 15 соединены между собой и подключены к входу первого зарядного элемента 2, выход первого зарядного элемента 14 соединен с входом первого ключа 16 и через последовательно соединенные второй конденсатор 11 и третий индуктивный накопитель 9 подключен к второму выводу первого индуктивного накопителя 4, который через последовательно соединенные четвертый индуктивный накопитель 10 и разделительный диод, включенный в обратном направлении к источнику 1 постоянного тока, подключен к выходной шине 18 и первому выводу второго индуктивного накопителя 7, второй вывод которого через третий ключ 17 соединен с первой обкладкой третьего конденсатора и выходом третьего зарядного элемента 15, вторая обкладка третьего конденсатора и выход второго ключа 16 соединены с общей шиной источника 1 постоянного тока. The powerful nanosecond pulse generator contains connected in series, connected between the first and common buses of the DC source 1, a charging element 2, a first key 3, a first inductive storage 4 and a first disconnecting element 5, the output of the charging element 2 is connected through a first capacitor 6 to a common source bus 1 DC, the second inductive drive 7 is connected in series with the second disconnecting element 8, which is connected to the common bus of the DC source, the third and fourth inductive drives 9, 10, second and third capacitors 11, 12, isolation diode 13, second and third charging elements 14, 15, second and third keys 16, 17. The first and second disconnecting elements 5, 8 are made on drift diodes with a sharp recovery and are included in the forward direction to the DC source 1, the inputs of the second and third charging elements 14, 15 are interconnected and connected to the input of the first charging element 2, the output of the first charging element 14 is connected to the input of the first key 16 and through the second capacitor 11 and third connected in series and the inductive drive 9 is connected to the second output of the first inductive storage 4, which is connected through a fourth inductive storage 10 and a diode connected in the opposite direction to the direct current source 1, connected to the output bus 18 and the first output of the second inductive storage 7, the second output of which through the third key 17 is connected to the first plate of the third capacitor and the output of the third charging element 15, the second plate of the third capacitor and the output of the second key 16 are connected to s source 1 bus DC.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В исходном положении ключи 3, 16, 17 разомкнуты. Конденсаторы 6, 11, 12 заряжены через зарядные элементы 2, 14, 15 до напряжения источника 1 постоянного тока. В момент времени to замыкается ключ 3 и в LC-контуре элементов 2, 3, 4, 5 начинает протекать ток прямой для дрейфового диода 5 с резким восстановлением (ДДРВ) полярности (см. фиг.2а). Разделительный диод 13 препятствует протеканию тока LC-контура в ДДРВ 8. Величины элементов LC-контура - емкость конденсатора 6 и индуктивность накопителя 4 выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимые для работы ДДРВ 5 амплитуду прямого тока I+ и его длительность T/2 (T/2 - полупериод колебаний LC-контура). Т.е. должны выполняться следующие соотношения:
L =

Figure 00000002
ρ ; C =
Figure 00000003
, где ρ - волновое сопротивление LC-контура, величина которого определена как ρ = Uo/U+;
Uo - напряжение источника постоянного тока.In the initial position, the keys 3, 16, 17 are open. Capacitors 6, 11, 12 are charged through the charging elements 2, 14, 15 to the voltage of the direct current source 1. At time t o, the key 3 closes and in the LC circuit of the elements 2, 3, 4, 5, the direct current begins to flow for the drift diode 5 with a sharp recovery (DDRV) of polarity (see figa). The dividing diode 13 prevents the current flow of the LC circuit in the DDRV 8. The values of the elements of the LC circuit - the capacitance of the capacitor 6 and the inductance of the drive 4 are selected so as to provide the direct current amplitude I + necessary for the operation of the DDRV 5 and its duration T / 2 (T / 2 - half oscillation period of the LC circuit). Those. The following relationships must be fulfilled:
L =
Figure 00000002
ρ; C =
Figure 00000003
where ρ is the wave impedance of the LC circuit, the value of which is defined as ρ = U o / U + ;
U o - voltage of a direct current source.

В момент времени t1, задержанный относительно to на T/2, замыкается ключ 16 во втором LC-контуре (элементы 5, 9, 11, 16), обеспечивая протекание через ДДРВ 5 тока обратной полярности (см. фиг.2б). Ключ 17 в третьем контуре (элементы 7, 17, 12, 8) обеспечивает протекание через ДДРВ 8 тока прямой полярности (см. фиг.2д). Отметим, что одновременность включения ключей 16, 17 не является обязательным условием, а только упрощает схему управления ключами. Как видно из фиг.2а и 2б первая полуволна LC-контура (элементы 5, 9, 11, 16) находится в фазе с второй полуволной LC-контура (элементы 7, 17, 12, 8) и поэтому ток обратной полярности через ДДРВ 5 будет равен сумме токов этих полуволн. Согласно физике работы, ДДРВ обрывает ток, протекающий через него, когда величина заряда, вынесенная из него обратным током, будет равна величине заряда, внесенного прямым током. Следовательно, если второй LC-контур сделать с параметрами (ρ ,T), равными параметрам первого LC-контура, то обрыв тока через ДДРВ 5 произойдет в момент t1 = 3T/4, когда суммарный ток обратной полярности через ДДРВ 5 будет максимальным (фиг. 2в). Действительно, в момент t1I- = 2I+ I (I- - амплитуда тока обратной полярности, I+ - амплитуда тока прямой полярности) и заряд, внесенный в ДДРВ током прямой полярности
Q+= I

Figure 00000004
sin
Figure 00000005
tdt =
Figure 00000006
, равен заряду, вынесенному из ДДРВ током обратной полярности
Q-=2I
Figure 00000007
sin
Figure 00000008
tdt = -
Figure 00000009
т.е. / Q- / = /Q+ / .At time t 1 , delayed with respect to t o at T / 2, the key 16 is closed in the second LC circuit (elements 5, 9, 11, 16), ensuring that the reverse polarity current flows through the DDRV 5 (see Fig. 2b). The key 17 in the third circuit (elements 7, 17, 12, 8) ensures the flow of direct polarity current through the DDRV 8 (see fig.2d). Note that the simultaneous inclusion of keys 16, 17 is not a prerequisite, but only simplifies the key management scheme. As can be seen from figa and 2b, the first half-wave of the LC circuit (elements 5, 9, 11, 16) is in phase with the second half-wave of the LC circuit (elements 7, 17, 12, 8) and therefore the reverse polarity current through the DRRV 5 will be equal to the sum of the currents of these half-waves. According to the physics of the work, the DDRV interrupts the current flowing through it when the amount of charge carried out of it by the reverse current is equal to the amount of charge introduced by the direct current. Therefore, if the second LC circuit is made with the parameters (ρ, T) equal to the parameters of the first LC circuit, then the current will be cut off through the DDDR 5 at the moment t 1 = 3T / 4, when the total current of reverse polarity through the DDDR 5 will be maximum ( Fig. 2B). Indeed, at time t 1 I - = 2I + I (I- is the amplitude of the current of reverse polarity, I + is the amplitude of the current of direct polarity) and the charge introduced into the DDRV by the current of direct polarity
Q + = I
Figure 00000004
sin
Figure 00000005
tdt =
Figure 00000006
is equal to the charge removed from the DDRV by a current of reverse polarity
Q - = 2I
Figure 00000007
sin
Figure 00000008
tdt = -
Figure 00000009
those. / Q - / = / Q + /.

На фиг. 2г показано падение напряжения на ДДРВ 5. На этапе t1-t0 = T/2 падение напряжения мало (1-2 В). В момент времени t1, когда ток через ДДРВ 5 меняет знак, падение напряжения на ДДРВ 5 тоже меняет знак, но остается малым по величине (несколько вольт), вплоть до момента t = 3T/4, соответствующего началу обрыва тока, и затем возрастает до величины UL = L*di/dt (L* - эффективное значение индуктивности, определяемое величинами параллельно включенных индуктивностей первого LC-контура и второго LC-контура, di/dt - скорость обрыва тока через ДДРВ 5). По мере уменьшения тока через ДДРВ 5 уменьшается и di/dt, что приводит к уменьшению UL, а следовательно, и к увеличению падения напряжения на ДДРВ 5 до величины, не превышающей значения напряжения источника постоянного тока.In FIG. 2d shows the voltage drop at the DDRV 5. At stage t 1 -t 0 = T / 2, the voltage drop is small (1-2 V). At time t 1 , when the current through DDRV 5 changes sign, the voltage drop across DDRV 5 also changes sign, but remains small in magnitude (several volts), up to the moment t = 3T / 4, corresponding to the beginning of the current interruption, and then increases up to the value U L = L * di / dt (L * is the effective value of the inductance determined by the values of the inductances of the first LC circuit and the second LC circuit connected in parallel, di / dt is the current termination rate through the DDRV 5). As the current through DDRV 5 decreases, so does di / dt, which leads to a decrease in UL and, consequently, to an increase in the voltage drop across DDRV 5 to a value not exceeding the voltage value of the DC source.

Таким образом, на ДДРВ 5 сформировался колоколообразный импульс напряжения, который через индуктивный накопитель (ИНЭ) 10 прикладывается к ДДРВ 8. Здесь необходимо отметить, что параметры третьего контура должны быть выбраны таким образом, чтобы к этому моменту времени (3Т/4) ток прямой полярности через ДДРВ 8 обращался в ноль. Тогда в момент времени t = 3T/4 через ДДРВ 8 начинает протекать ток обратной полярности с фронтом нарастания, равным фронту спада тока обратной полярности через ДДРВ 5. Когда ток обратной полярности через ДДРВ 5 обратится в ноль, ток обратной полярности через ДДРВ 5 достигнет максимальной величины. Если параметры третьего контура выбрать таким образом, чтобы заряд, внесенный в ДДРВ 8 током прямой полярности (Q+=

Figure 00000010
I+(t)dt) равнялся вынесенному заряду током обратной полярности Q-≃
Figure 00000011
(I- - максимальное значение тока обратной полярности через ДДРВ 8; τфp- фронт нарастания тока обратной полярности), то ДДРВ 8 начнет восстанавливать свои блокирующие свойства в момент времени, когда ток обратной полярности через него достигнет максимальной величины. Очевидно, что для случая, рассмотренного в описании (ключи 16, 17 включаются одновременно), емкость С' конденсатора 12 и индуктивность L' индуктивного накопителя 7 третьего LC-контура определяется как
L′=
Figure 00000012
ρ′ ; C′=
Figure 00000013
; где Т′ и ρ′ - период и волновое сопротивление соответственно третьего LC-контура;
T′ = T/2, ρ′ = U0/I+′ ; где I+′ - амплитуда тока прямой полярности через ДДРВ 8 определяется из уравнений
I
Figure 00000014
Figure 00000015
sin
Figure 00000016
tdt =
Figure 00000017
;
I
Figure 00000018
=
Figure 00000019
=
Figure 00000020
.Thus, a bell-shaped voltage pulse was formed on DDRV 5, which is applied to the DDRV 8 through an inductive storage (INE) 10. Here it should be noted that the parameters of the third circuit must be selected so that at this point in time (3T / 4) the direct current polarity through DDRV 8 turned to zero. Then, at time t = 3T / 4, a reverse polarity current starts flowing through DDRV 8 with a rise front equal to the falling edge of the reverse polarity current through DDRV 5. When the reverse polarity current through DDRV 5 goes to zero, the reverse polarity current through DDRV 5 reaches its maximum quantities. If the parameters of the third circuit are chosen so that the charge introduced into the DDRV 8 by a current of direct polarity (Q + =
Figure 00000010
I + (t) dt) was equal to the transferred charge by a current of reverse polarity Q - ≃
Figure 00000011
(I - is the maximum value of the current of reverse polarity through DDRV 8; τ fp is the front of the rise of the current of reverse polarity), then DDRV 8 will begin to restore its blocking properties at the time when the current of reverse polarity through it reaches its maximum value. Obviously, for the case described in the description (keys 16, 17 are turned on simultaneously), the capacitance C 'of the capacitor 12 and the inductance L' of the inductive storage 7 of the third LC circuit are defined as
L ′ =
Figure 00000012
ρ ′; C ′ =
Figure 00000013
; where T ′ and ρ ′ are the period and wave resistance, respectively, of the third LC circuit;
T ′ = T / 2, ρ ′ = U 0 / I + ′; where I + ′ is the amplitude of the current of direct polarity through DDRV 8 is determined from the equations
I
Figure 00000014
Figure 00000015
sin
Figure 00000016
tdt =
Figure 00000017
;
I
Figure 00000018
=
Figure 00000019
=
Figure 00000020
.

На фиг. 2е приведена форма напряжения на ДДРВ 8, подключенного параллельно выходным клеммам генератора. Форма напряжения на ДДРВ 8 описывается на основе приведенных выше соображений, относящихся к описанию формы падения напряжения на ДДРВ 5. In FIG. 2e shows the voltage form on the DDDRV 8, connected in parallel with the output terminals of the generator. The voltage shape of the DDRV 8 is described based on the above considerations relating to the description of the voltage drop shape of the DDRV 5.

Claims (1)

ГЕНЕРАТОР МОЩНЫХ НАНОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ, содержащий последовательно соединенные между первой и общей шинами источник постоянного тока, зарядный элемент, первый ключ, первый индуктивный накопитель и первый размыкающий элемент, выход зарядного элемента подключен через первый конденсатор к общей шине источника постоянного тока, второй индуктивный накопитель последовательно соединен с вторым размыкающим элементом, который подключен к общей шине источника постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности регулирования частоты следования импульсов, в него введены третий и четвертый индуктивные накопители, второй и третий конденсаторы, разделительный диод, второй и третий зарядные элементы, второй и третий конденсаторы, разделительный диод, второй и третий зарядные элементы, второй и третий ключи, а первый и второй размыкающие элементы выполнены на дрейфовых диодах с резким восстановлением и включены в прямом направлении к источнику постоянного тока, входы второго и третьего зарядных элементов соединены между собой и подключены к входу первого зарядного элемента, выход первого зарядного элемента соединен с входом первого ключа и через последовательно соединенные второй конденсатор и третий индуктивный накопитель подключен к второму выводу первого индуктивного накопителя, который через последовательно соединенные четвертый индуктивный накопитель и разделительный диод, включенный в обратном направлении к источнику постоянного тока, подключен к выходной шине и первому выводу второго индуктивного накопителя, второй вывод которого через третий ключ соединен с первой обкладкой третьего конденсатора и выходом третьего зарядного элемента, вторая обкладка третьего конденсатора и выход второго ключа соединены с общей шиной источника постоянного тока. A POWER NANOSECOND PULSE GENERATOR comprising a DC source, a charging element, a first key, a first inductive storage device and a first disconnecting element connected in series between the first and common buses, the output of the charging element being connected to a common DC source bus through the first capacitor, and the second inductive storage connected in series with a second disconnecting element that is connected to the common bus of the DC source, characterized in that, in order to expand the functional capabilities due to the possibility of regulating the pulse repetition rate, the third and fourth inductive drives, the second and third capacitors, an isolation diode, the second and third charging elements, the second and third capacitors, the separation diode, the second and third charging elements, the second and third are introduced into it keys, and the first and second disconnecting elements are made on drift diodes with a sharp recovery and are connected in the forward direction to the DC source, the inputs of the second and third charging elements are connected they are interconnected and connected to the input of the first charging element, the output of the first charging element is connected to the input of the first key, and through the second capacitor and the third inductive drive connected in series, it is connected to the second output of the first inductive drive, which is connected through the fourth inductive drive and the diode connected in series in the opposite direction to a direct current source, connected to the output bus and the first output of the second inductive drive, the second output of which the first through the third switch is connected to the first electrode of the third capacitor and the third output of the charging element, the second plate of the third capacitor and the output of the second switch connected to the common bus DC source.
SU4045591 1986-03-31 1986-03-31 High-power nanosecond pulse generator RU1487774C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4045591 RU1487774C (en) 1986-03-31 1986-03-31 High-power nanosecond pulse generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4045591 RU1487774C (en) 1986-03-31 1986-03-31 High-power nanosecond pulse generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1487774C true RU1487774C (en) 1994-06-30

Family

ID=30440414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4045591 RU1487774C (en) 1986-03-31 1986-03-31 High-power nanosecond pulse generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1487774C (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580787C1 (en) * 2015-02-11 2016-04-10 Михаил Владимирович Ефанов High-power nanosecond pulse generator (versions)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кардо-Сысоев А.Ф., Чашников И.Г. Полупроводниковый генератор высоковольтных импульсов с емкостной нагрузкой. Приборы и техника эксперимента, N 1, 1986, с.107-109. *
Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов. -М.: Сов.радио, 1974, с.141. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2580787C1 (en) * 2015-02-11 2016-04-10 Михаил Владимирович Ефанов High-power nanosecond pulse generator (versions)
WO2016130044A1 (en) * 2015-02-11 2016-08-18 Михаил Владимирович ЕФАНОВ Generator of powerful nanosecond pulses (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6630805B2 (en) Actively controlled regenerative snubber for unipolar brushless DC motors
RU2580787C1 (en) High-power nanosecond pulse generator (versions)
EP3382881A1 (en) Equivalent transistor and three-level inverter
US5852358A (en) Capactive power circuit
US4725741A (en) Drive circuit for fast switching of Darlington-connected transistors
RU1487774C (en) High-power nanosecond pulse generator
EP3584930A1 (en) High-voltage pulse generator
US6734704B1 (en) Voltage level-shifting control circuit for electronic switch
EP0004701B1 (en) A method of and apparatus for reducing priming and sweep-out losses in scr switching circuits
EP1069683B1 (en) Gate driving circuit for power semiconductor switch
US3931528A (en) Pulse generator for reactive loads
US4158224A (en) Inverter apparatus
Baek et al. High voltage pulse generator using boost converter array
US3731172A (en) Bipolar servo amplifier commutation circuit using a separate silicon controlled rectifier and isolated power supply for charging a commutation capacitor
WO1980002486A1 (en) Pulse shaping circuit
US3432740A (en) Solid state power circuits
EP0055684B1 (en) Inverter with individual commutation circuit
US4613765A (en) Series-counterpulse repetitive-pulse inductive storage circuit
US3135877A (en) Delay generator having first and second resonant circuits controlling delay intervaland pulse duration respectively
SU908560A1 (en) Power supply for electrophysical machining methods
SU845273A1 (en) Pulse shaper
SU997204A1 (en) Converter of dc voltage to single-phase ac voltage with amplitude-pulse modulation
SU1706021A1 (en) Pulse generator
SU1466491A2 (en) Device for shaping electromagnetic pulses in earth crust
RU2152679C1 (en) Thyristor converter protective device