ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ Российский патент 1998 года по МПК H03K3/53 

Изобретение относится к области высоковольтной импульсной техники и может быть использовано в качестве источника импульсного электропитания различных электрофизических установок.

Известны генераторы импульсов высокого напряжения, содержащие конденсаторы, разрядники и зарядные резисторы, построенные по принципу параллельной зарядки многих конденсаторов с последующим переключением их с помощью искровых разрядников в схему последовательного соединения (схемы Аркадьева-Маркса).

Известен также генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы [1] в котором между накопительными конденсаторами и "землей" включена корректирующая цепь по крайней мере из одного конденсатора, шунтированного индуктивностью и разрядником, чем достигается постоянство амплитуды генерируемого импульса.

Известен также генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы [2] содержащий, кроме корректирующей цепи, еще и стабилизирующий контур, состоящий из конденсатора, шунтированного индуктивностью. Стабилизирующий контур включен последовательно с конденсатором корректирующей цепи.

Недостатком известных устройств является то, что прямоугольность формируемого импульса обеспечивается лишь при строго определенном значении сопротивления нагрузки.

Задача изобретения обеспечить формирование импульса высокого напряжения прямоугольной формы в широком диапазоне изменений сопротивления нагрузки без изменения параметров схемы генератора.

Задача решается тем, что в генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы, содержащий накопительные конденсаторы, разрядники, зарядные резисторы и источник питания, включенные по схеме Аркадьева-Маркса, корректирующую цепочку, состоящую по крайней мере из одного конденсатора, шунтированного индуктивностью и разрядником, введены дополнительный регулируемый источник питания, соединенный с конденсатором корректирующей цепочки, и разрядник, включенный между корректирующей цепочкой и накопительными конденсаторами генератора. Кроме того, напряжения на конденсаторе корректирующей цепочки и накопительных конденсаторах генератора должны удовлетворять следующему соотношению:

где U_к и U₁ напряжения на конденсаторе корректирующей цепочки и накопительном конденсаторе одной ступени соответственно;
n количество ступеней генератора;
L индуктивность корректирующей цепочки;
R сопротивление нагрузки;
C и C_к емкость накопительного конденсатора одной ступени и конденсатора корректирующей цепочки соответственно.

В предлагаемом решении при изменении сопротивления нагрузки прямоугольность формируемого импульса обеспечивается регулированием напряжения дополнительного источника питания. Введение дополнительного разрядника позволяет обеспечить независимый заряд накопительных конденсаторов генератора и конденсатора корректирующей цепочки.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема генератора импульсов высокого напряжения прямоугольной формы; на фиг. 2 эпюры напряжений, генерируемых устройством.

Генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы содержит накопительные конденсаторы 1, 2, зарядные резисторы 3-6, зарядное устройство 7 для накопительных конденсаторов, конденсатор 8 корректирующей цепочки, индуктивность 9, зарядный резистор 10 и зарядное устройство 11 для корректирующей цепочки, разрядники 12-16, нагрузку 17.

Генератор работает следующим образом. Конденсаторы 1 и 2 заряжаются через зарядные резисторы 3-6 от зарядного устройства 7 до уровня напряжения. Конденсатор 8 корректирующей цепочки заряжается через зарядный резистор 10 от зарядного устройства 11 до уровня напряжения. При этом задаются уровни заряда конденсатора 1, 2, и конденсатора 8 из условия выполнения требуемой величины напряжения прямоугольного импульса.

U₁•n U_к U_п
где n количество последовательно включенных накопительных конденсаторов;
U_п уровень напряжения прямоугольного импульса.

Для обеспечения прямоугольной формы импульса на нагрузке при изменении величины ее сопротивления в широком диапазоне следует выполнять соотношение:

где L индуктивность корректирующей цепи;
C_к емкость корректирующего конденсатора;
R сопротивление нагрузки;
C емкость накопительных конденсаторов одной ступени.

После окончания заряда конденсаторов включаются разрядники 12-15 таким образом, что все конденсаторы оказываются включенными последовательно с нагрузкой 17, при этом напряжение на конденсаторе 8 имеет полярность, обратную по отношению к полярности конденсаторов 1 и 2. В процессе перезарядки конденсатора 8 через индуктивность 9 изменение напряжения на его контактах компенсирует разрядку конденсатора 1 и 2 в течение полупериода перезарядного процесса. По истечении полупериода перезарядного процесса включается срезающий разрядник 16, чем прерывается процесс протекания тока в нагрузке 17.

Форма напряжения на контактах конденсаторов 1 и 2 (кривая nU₁), на контактах конденсатора 8 (кивая U_к) и напряжение на нагрузке (кривая U_п) показаны на фиг. 2.

Следует отметить, что в предлагаемом решении так же, как и в известных, формирование прямоугольного импульса обеспечивается лишь в том случае, когда ток в цепи корректирующей цепочки значительно превышает значение тока в нагрузке.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 540362, кл. H 03 K 3/53, 25.12.76 г.

2. Авторское свидетельство СССР N 465949,кл. H 03 K 3/53, 04.08.87 г. (прототип).

Изобретение может быть использовано в источниках импульсного электропитания различных электрофизических установок. Генератор содержит накопительные конденсаторы, разрядники, зарядные резисторы и источник питания, включенные по схеме Аркадьева-Маркса, корректирующую цепочку, состоящую по крайней мере из одного конденсатора, шунтированного индуктивностью и разрядником. Для обеспечения прямоугольности формируемого импульса в широком диапазоне изменений сопротивления нагрузки в генератор введены дополнительный регулируемый источник питания, соединенный с конденсатором корректирующей цепочки, и разрядник, включенный между корректирующей цепочкой и накопительными конденсаторами генератора. 2 ил.

Генератор импульсов высокого напряжения прямоугольной формы, содержащий накопительные конденсаторы, разрядники, зарядные резисторы и источник питания, включенные по схеме Аркадьева-Маркса, корректирующую цепочку, состоящую по крайней мере из одного конденсатора, шунтированного индуктивностью и разрядником, отличающийся тем, что в него введены дополнительный регулируемый источник питания, соединенный с конденсатором корректирующей цепочки, и разрядник, включенный между корректирующей цепочкой и накопительными конденсаторами генератора, и напряжения на конденсаторе корректирующей цепочки и на каждом накопительном конденсаторе генератора должны удовлетворять следующему соотношению

где U_к напряжение на конденсаторе корректирующей цепочки;
U₁ напряжение на накопительном конденсаторе одной ступени;
n количество ступеней генератора;
L индуктивность корректирующей цепочки;
R сопротивление нагрузки;
C емкость накопительного конденсатора одной ступени;
С_к емкость конденсатора корректирующей цепочки.