RU2063103C1 - Генератор импульсов высокого напряжения - Google Patents
Генератор импульсов высокого напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2063103C1 RU2063103C1 RU93016112A RU93016112A RU2063103C1 RU 2063103 C1 RU2063103 C1 RU 2063103C1 RU 93016112 A RU93016112 A RU 93016112A RU 93016112 A RU93016112 A RU 93016112A RU 2063103 C1 RU2063103 C1 RU 2063103C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- diodes
- load
- voltage
- pulse
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Abstract
Использование: для питания сильноточных наносекундных ускорителей заряженных частиц, мощных импульсных газовых лазеров, генераторов импульсного рентгеновского излучения. Сущность изобретения: генератор импульсов высокого напряжения выполнен по схеме Аркадьева-Маркса и содержит накопительные конденсаторы 1, разрядники 2, нагрузку 3, зарядные ветви из разисторов 4 и 6, цепочку из последовательно соединенных диодов 9, индуктивности каскадов 7 и индуктивность 8. Емкость накопительных конденсаторов и индуктивности каждого каскада генератора связаны соотношениями 2π(LC)1/2≃ (0,1-0,5)τр, где τр - время жизни дырок в n-базе диодов. 2 ил. 1
Description
Изобретение относится к высоковольтной импульсной технике, предназначено для получения мощных коротких импульсов с напряжением до нескольких мегавольт, током в десятки и более килоампер, длительностью 10 100 нс и может быть использовано для питания сильноточных наносекундных ускорителей заряженных частиц, мощных импульсных газовых лазеров, генераторов импульсного рентгеновского излучен я и других сильноточных электрофизических устройств.
Известны генераторы импульсов высокого напряжения, собранные по схеме Аркадьева-Маркса (Смирнов С.М. Терентьев П.В. Генераторы импульсов высокого напряжения М-Л. Энергия, 1964, 240 с.).
Недостаток этих конденсаторов состоит в большой индуктивности разрядного контура, которая складывается из индуктивности большого количества конденсаторов, разрядников и соединительных шин. Это обстоятельство не позволяет быстро, в виде короткого импульса длительностью в десятки наноседунд, выводить запасенную энергию в нагрузку, что ограничивает выходную мощность таких устройств.
Наиболее близким к изобретению является генератор импульсов высокого напряжения (авт. св. N 731530, кл. Н 0З К 3/53, БИ N 16, 1980) накопительные конденсаторы, разрядники, нагрузку и две зарядные ветви, одна из которых выполнена в виде цепочки из последовательно соединенных диодов и работает следующим образом. От источника зарядного напряжения отрицательной полярности (для направления включения диодов, приведенного в описании) происходит заряд конденсаторов. При этом полярность напряжения на конденсаторах такова, что при включении разрядников диоды запираются обратным напряжением и последовательно соединенные конденсаторы разряжаются на нагрузку, формируя на ней импульс высокого напряжения.
Недостаток известного устройства состоит в невысокой выходной мощности импульса из-за большой величины индуктивности элементов разрядного контура, которая увеличивает минимально возможное время передачи энергии в нагрузку.
Технической задачей данного изобретения является уменьшение длительности импульса и повышение мощности в нагрузке.
Техническая задача достигается тем, что в генераторе импульсов высокого напряжения, собранном по схеме Аркадьева-Маркса, содержащем накопительные конденсаторы, разрядники, нагрузку и две зарядные ветви, одна из которых выполнена из резисторов, а вторая в виде цепочки из последовательно соединенных диодов, емкость накопительных конденсаторов С и индиуктивность L каждого каскада связаны соотношением
2π(LC)1/2≃ (0,1-0,5)τр,
где τр время жизни дырок в n-базе диодов, при этом в генератор параллельно диодной ветви введена вторая зарядная ветвь из резисторов.
2π(LC)1/2≃ (0,1-0,5)τр,
где τр время жизни дырок в n-базе диодов, при этом в генератор параллельно диодной ветви введена вторая зарядная ветвь из резисторов.
В данном устройстве взаимосвязь параметров L и С генератора с временем жизни дырок τр в n-базе диодов приводит к достижению поставленной задачи следующим образом. После включения разрядников генератора по диодам начинает протекать синусоидальный прямой ток (полярность зарядного напряжения противоположна полярности зарядного напряжения прототипа), амплитуда и длительность которого определяются параметрами L, С и U зар. Поскольку длительность импульса прямого тока меньше времени жизни дырок τр, то после окончания импульса прямого тока диода не восстанавливают своих запирающих свойств, и по ним начинает протекать нарастающий обратный ток. При выполнении вышеприведенного соотношения диоды восстанавливают свои запирающие свойства в момент времени, когда величина обратного тока по ним близка к максимальному значению, что соответствует переходу энергии из конденсаторов С в индуктивности каскадов L. После обрыва тока диодами индуктивности каскадов соединяются последовательно, перенапряжения, возникающие на них и на диодах, суммируются, и импульс напряжения прикладывается к нагрузке. При этом индуктивности каскадов из пассивных элементов, которые в прототипе препятствуют быстрому выводу энергии из конденсаторов в нагрузку, становятся активными и работают как индуктивные накопители, энергия из которых в нагрузку передается за существенно меньший промежуток времени, что и приводит к повышению мощности импульса в нагрузке.
На фиг.1 приведена схема генератора; на фиг. 2a эпюры тока и напряжениям поясняющие работу устройства; на фиг.2б осциллограммы импульсов на нагрузке устройства.
Генератор содержит (фиг. 1) накопительные конденсаторы 1, разрядники 2 нагрузку 3, зарядную ветвь из резисторов 4, цепочку из последовательно соединенных диодов 5 и зарядную ветвь из резисторов 6. Индуктивности каскадов 7 могут представлять собой как индуктивности элементов каскада (разрядников, конденсаторов, соединенных шин), так и дополнительно введенные индуктивности для выполнения вышеприведенного соотношения. Индуктивность 8 представляет собой индуктивность присоединения генератора к нагрузке.
Генератор работает следующим образом.
От источника зарядного напряжения положительной полярности через резисторы 4 и 6 заряжаются накопительные конденсаторы 1. После подачи импульса запуска на нижний разрядник 2 происходит срабатывание всех разрядников генератора, и в каждом каскаде по диодам начинает протекать прямой ток синусоидальной формы (фиг. 2а, кривая 1). Напряжение на нагрузке при этом отсутствует, поскольку генератор зашунтирован диодами 5, находящимися в проводящем состоянии. Поскольку длительность импульса прямого тока меньше времени жизни дырок τр, диоды не успевают восстановить свои запирающие свойства, и после импульса прямого тока по ним начинает протекать нарастающий синусоидальный обратный ток. При выполнении вышеприведенного соотношения, связывающего параметры С, L и τр диоды восстанавливают свои запирающие свойства в момент времени t2, когда обратный ток близок к своему максимальному значению. К этому времени энергия из накопительных конденсаторов переводится в индуктивности L каскадов генератора. Последующий обрыв тока в диодах за время t3 t2, которое в несколько раз меньше времени t2 t1, приводит к возникновению на индуктивностях каскадов L и диодах перенапряжений, которые суммируясь в каскадах генератора, прикладываются к нагрузке, формируя на ней мощный короткий импульс (фиг. 2а, кривая 2). Энергия из индуктивностей L каскадов выводится в нагрузку R c характерным временем NL/R (N число каскадов генератора), которое для прототипа является характерным временем нарастания импульса напряжения на нагрузке. При этом усиление мощности по сравнению с прототипом пропорционально величине n2, где n VL/VC коэффициент перенапряжения, равный отношению максимальных напряжений на нагрузке при выводе энергии из индуктивностей каскадов L и накопительных конденсаторов С.
В качестве конкретного примера реализации генератора ниже приводятся результаты одного из экспериментов. Генератор содержал N 3 каскада умножения напряжения на конденсаторах ИК-100-0,4 (100 кВ, 0,4 мкф). Зарядное напряжение до 50 кВ, напряжение холостого хода до 150 кВ, запасаемая энергия до 1,5 кДж. Нагрузка генератора имела сопротивление около 100 Ом. Разрядная емкость генератора C 0,133 мкф. Диодная ветвь была собрана из выпрямительных высоковольтных столбов СДЛ 0,4-1300 с обратным напряжением 130 кВ и средним током 0,4 А каждый. Диодная ветвь содержала 64 таких диода: 4 последовательно и 16 параллельно. Обратное рабочее напряжение диодной ветви 520 кВ. Экспериментально определенное для этих диодов время жизни дырок составило 10 + 3 мкс. Оптимальное значение индуктивности разрядного контура составило L≃ 2,4 мкГн, что соответствует величине 2π(LC)1/2≃ 3,6 мкс и Kопт≃ 0,36.. Время t1 t0 составило 1,8 мкс, t2-t1≃ 0,8-0,9 мкс, и обрыв обратного тока происходил за время t3-tε 60-80 нс. Ток по диодной ветви в прямом направлении достигал 25 кА, в обратном 20 кА.
На фиг. 2б приведены две осциллограммы импульса напряжения на нагрузке 100 Ом. При зарядном напряжении 35 кВ в схеме прототипа получен импульс напряжения с амплитудой ≃ 100 кВ и постоянной времени разряда ≃ 13 мкс (кривая Vс). В схеме данного генератора амплитуда импульса достигала 300 кВ, а импульс имел длительность по основанию ≃ 100 нс (кривая VL). Коэффициент перенапряжения был около 3, а мощность в нагрузке была увеличена в 9 раз. Аналогичные эксперименты проводились и с другими типами диодов, где также было получено увеличение мощности в нагрузке в 8 10 раз.
Claims (1)
- Генератор импульсов высокого напряжения, собранный по схеме Аркадьева - Маркса, содержащий накопительные конденсаторы, разрядники, нагрузку и две зарядные ветви, одна из которых выполнена из резисторов, а вторая в виде цепочки из последовательно соединенных диодов, отличающийся тем, что емкость накопительных конденсаторов С и индуктивность каждого каскада L связаны соотношением
2π(LC)1/2 ≃ (0,1-0,5)τр,
где τр- время жизни дырок в n-базе диодов,
при этом в генератор параллельно диодной ветви введена вторая зарядная ветвь из резисторов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93016112A RU2063103C1 (ru) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Генератор импульсов высокого напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93016112A RU2063103C1 (ru) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Генератор импульсов высокого напряжения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93016112A RU93016112A (ru) | 1995-07-09 |
RU2063103C1 true RU2063103C1 (ru) | 1996-06-27 |
Family
ID=20139381
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93016112A RU2063103C1 (ru) | 1993-03-29 | 1993-03-29 | Генератор импульсов высокого напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2063103C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447575C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-04-10 | Учреждение Российской академии наук Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (ИМКЭС СО РАН) | Генератор импульсов с инверсией напряжения |
RU2576383C2 (ru) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Генератор аркадьева-маркса |
-
1993
- 1993-03-29 RU RU93016112A patent/RU2063103C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Смирнов С.М., Терентьев П.В. Генераторы импульсов высокого напряжения. М.-Л., Энергия, 1964, с. 240. 2. Авторское свидетельство СССР N 731530, кл.H 03 К З/5З, 1930. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447575C1 (ru) * | 2010-12-21 | 2012-04-10 | Учреждение Российской академии наук Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения РАН (ИМКЭС СО РАН) | Генератор импульсов с инверсией напряжения |
RU2576383C2 (ru) * | 2014-06-24 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Генератор аркадьева-маркса |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7514820B2 (en) | Capacitor pulse forming network with multiple pulse inductors | |
US20080036301A1 (en) | Photon Initiated Marxed Modulators | |
KR20010079957A (ko) | 전압 펄스를 발생시키기 위한 펄스 발생기 및 관련 방법 | |
US6184662B1 (en) | Pulsed power supply device | |
US5852358A (en) | Capactive power circuit | |
US4090140A (en) | Constant current charging circuits for high energy modulators | |
RU2636108C1 (ru) | Генератор высоковольтных импульсов | |
RU2063103C1 (ru) | Генератор импульсов высокого напряжения | |
Efanov et al. | Fast ionization dynistor (FID)-a new semiconductor superpower closing switch | |
US5530617A (en) | Exciter circuit with oscillatory discharge and solid state switchiing device | |
KR100433356B1 (ko) | 전기집진용펄스전원장치및그보호방법 | |
US4230955A (en) | Method of and apparatus for eliminating priming and carrier sweep-out losses in SCR switching circuits and the like | |
Belkin et al. | Forming of high‐voltage nanosecond and subnanosecond pulses using standard power rectifying diodes | |
JPS6091860A (ja) | 直列接続のscrを同時にトリガ−する方法および装置 | |
RU46402U1 (ru) | Газоразрядный импульсный источник оптического излучения | |
Spahn et al. | Novel PFN with current turn-off capability for electric launchers | |
US3600665A (en) | Firing circuit for gate-controlled power switches | |
RU2183903C1 (ru) | Импульсный модулятор для питания емкостной нагрузки | |
US20070035256A1 (en) | Gas discharge lamp power supply | |
Weise et al. | Setup and performance of a capacitive 300 kJ pulsed power supply system for ETC-gun investigations | |
SU1663763A2 (ru) | Генератор пр моугольных импульсов | |
US4613765A (en) | Series-counterpulse repetitive-pulse inductive storage circuit | |
Grekhov et al. | Formation of high-power pulses of nanosecond duration by generators on reverse switch-on dynistors with sharpening circuits based on diode opening switches | |
SU1381665A1 (ru) | Тиристорный ключ дл преобразовател переменного тока | |
RU24328U1 (ru) | Высокочастотный генератор импульсов на основе sos-диодов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090330 |