Генератор импульсов высокого напряжения Советский патент 1993 года по МПК H03K3/53 

фиг

00

ю о

Ј

Предлагаемое устройство относится к высоковольтной импульсной технике и может применяться в качестве источника импульсного высокого напряжения в ускорителях заряженных частиц, а также при испытаниях высоковольтной аппаратуры/ .. . ., о .Г... . , :

Цель изобретения - расширение частотного диапазона и улучшение пря- моугольнрсти выходного импульса при одновременном повышений КПД и надежности.

Все модуляторы работает в жестком режиме.

На фиг. 1 показана схема устройства; на фиг 2 - схема инжекционного тиратрона; на фиг. 3 - эпюры напряжений.

На чертежах приняты следующие обозначения.

На фиг. 1: 1 - модулятор общей шины г.и.н. Аркадьева-Маркса; 2 - модулятор шины питания; 3 - модулятор емкостного накопителя г.и.н. (инжекцирнный тиратрон); 4 - блок управления; 5 - генератор Аркадьева- Маркса; 6 - шина питания; 7 - нагрузка.

В генератор Аркадьева-Маркса (5) входят: Со - накопительная емкость г.и.н,; R0 - зарядный резистор; Rd - демпфирующий резистор; Рр - разрядник; Д - диод развязки цепей заряда и разряда г.и.н.

На фиг. 2: модулятор 3 - Инжекционный тиратрон; 1 - электронная пушка (ЭП); 2 - газоразрядная камера; 3- фольга, 4 -электрод разрядного промежутка; ИВН источник электронной пушки.

На фиг. 3: а - ток модуляторов 1,2; б - напряжение на сетке ЭП; в - напряжение на аноде модулятора 3; г - напряжение на нагрузке; д - запускающий импульс от блока управления 4.; ,.-..Устройство представляет собой каскадный генератор напряжений по схеме Аркадьева-Маркса (г.и.н.) со следующими дополнениями: :

- модулятор 3 на инжекционном тиратроне соединяет первый конденсатор емкостного накопителя г.и.н. со стороны шины питания (1-й вход г.и.н, 5) с общей шиной;

-второй вход генератора соединяется через модулятор 1, работающий в жестком режиме, с общей шиной;

- модулятор 2, вход и выход которого соединены соответственно с шиной питания 6 и третьим входом генератора 5;

- блок управления 4 синхронизирует во времени работу модуляторов 1;2;3 и формирует импульс поджига управляемого разрядника генератора 5. Выход первый блока управления соединен с входом 5 генератора 5, выход второй - с управляющим входом

модулятора 1 и 2, выход третий - с управляющим входом модулятора 3,

Перечисленные устройства, введены дополнительно в схему Аркадьева-Маркса,

в совокупности с диодами, установленными в каждой ступени, позволяет полностью развязать зарядные и разрядные цепи генератора, увеличить частоту повторения импульсов и уменьшить потери в зарядных

0 цепях во время генерации высоковольтного импульса напряжения, а также полностью отказаться от среза высоковольтного импульса напряжения, что резко повышает КПД генератора и увеличивает надежность

5 схемы при формировании прямоугольных импульсов с крутыми фронтами.

Устройство работает следующим обра- . зом. ... . . .: При заряде емкостного накопителя ге0 нератора ггСо (где п - число ступеней генератора. Со - емкость одной ступени ) модуляторы 1 и 2 открыты. По окончании заряда емкостного накопителя модуляторы 1 и 2 закрываются-генератор подготовлен

5 для генерации высоковольтного импульса напряжения. ,

Длительность ги и частота повторения Fn высоковольтных импульсов напряжения Um задаются синхроимпульсами от б,лока

0 управления 4, подаваемыми на модулятор 3 и модуляторы 1,2.

Работа инжекционного тиратрона - модулятора 3, происходит следующим образом. Модулятор 3 состоит из двух частей (см,

5 фиг. 2Х газоразрядной камеры 2, в которой находится рабочий газ под давлением атм, (род рабочего газа и давление выбираются из заданных электрических характеристик; объемный газовый разряд за0 ключей между электродом 4 и фольговым окном 3) и электронной пушки 1 в диодном или триодном исполнении. Обьемы газоразрядной камеры и электронной пушки разделены фольговым узлом с окном, закрытым

5 фольгой 3, через которую проходит пучок электронов в газоразрядную камеру и ионизирует рабочий газ в разрядном объеме на заданное время импульса Ги .

Инжекционный тиратрон при обрыве

0 тока выдерживает обратное напряжение UoBp, многократно превышающее прямое U0; U06p5doUo, где зависит от рода рабочего газа, давление р в разрядной камере, длительности ги и частоты повторения

5

импульса Fn. Для увеличения частоты повторения Fn организуется подув рабочего газа в газоразрядной камере.

После срабатывания модулятора 3 срабатывают искровые разрядники PP1-PPN.

Для более надежного их срабатывания первые разрядники РР1, РР2 устанавливают в тригатронном исполнении, что обеспечивает ультрафиолетовую подсветку остальных. Тригатронные разрядники поджигаются от генератора, расположенного в блоке управления 4. Искровые разрядники должны быть с продувом рабочего газа со скоростью, обеспечивающей заданную частоту повторения высоковольтных импульсов напряже- ния.

Таким образом, при одновременном срабатывании модулятора 3 и разрядников Рр1 - PpN конденсаторы ступеней Со переключаются из параллельного в последова- тельное положение (напряжение на них суммируется ) м разряжаются на нагрузку 7 в течение заданной длительности импульса Ту, . По окончании импульса ти газоразрядный модулятор 3 переходит в не- проводящее состояние - цепь, соединяющая конденсаторы с общей шиной, обрывается, искровые разрядники гаснут, схема переходит в исходное состояние и конденсаторы ступеней г.и.н. 5 становятся вновь параллельно соединенными, подзаряжаются на количество энергии, затраченной в нагрузке 7 в течение импульса Ги, которая является небольшой частью энергии, запасенной в емкостном накопителе

П Со.

Таким образом осуществляется возможность работы г.и.н, в режиме частичного разряда накопительной емкости и достижения поставленной цели,. ,

1. Существенного повышения КПД генератора импульсов высокого напряжения.

Во-первых, за счет того, что генератор работает в режиме частичного разряда накопительной емкости и, Следовательно, вся расходуемая энергия емкостного накопителя за время ги реализуется в нагрузке 7, тогдй как при использовании схемы среза для получения квазипрямоугольного высоковольтного импульса напряжения генера- тор в момент, соответствующий заднему фронту импульса тт , закорачивается на землю, и вся запасенная энергия накопителя (за вычетом энергии, реализуемой в нагрузке за ти) уходит в землю. Энергия в нагрузке еги значительно меньше энергии, расходуемой на закоротку ЕЗ , т.е. Јги« ЈзВо-вторых, нет необходимости в применении дополнительного источника высокого напряжения для организации среза высоковольтного импульса г.и.н.

В-третьих, экономится запасенной энергии накопителя за счет полной развяз510

15 0 5 0

;.; 5

0 5 0

5

ки зарядных и разрядных цепей емкостного накопителя.

2. Повышения надежности за счет того, что все элементы схемы генератора в случае режима частичного разряда накопительной емкости работают в номинальном для них режиме, тогда как при работе генератора в режиме среза высоковольтного импульса напряжения, т.е. короткого замыкания на землю с большими токами, комплектующие элементы находятся под большими перегрузками, что приводит к преждевременному «зносу их и выводу из строя, а следовательно, к резкому снижению надежности генератора. Это касается в основном конденсаторов емкостного накопителя Со, зарядных Ro и демпфирующих Rd резисторов, коммутирующих разрядников, тригатронов, запускающих устройств. Например, широко применяемые в г.и.н. конденсаторы типа ИК-100-0,4 имеют максимально допустимую амплитуду разрядного тока кА, а при срезе ток на землю достигает величины 13 Ю4 кА, что приводит к резкому снижению их наработки на отказ.

3. Расширения функциональных возможностей, т.е. предлагаемая схема позволяет перейти от однократного режима работы г.и.н., который обусловлен полным разрядом емкостного накопителя при срезе высоковольтного импульса, большим номиналом зарядных резисторов и, следовательно, длительным временем его заряда Тз -10-60 с, - к частотному, за счет того что. емкостный накопителъ разряжается лишь частично на 1-10% за время генерации высоковольтного импульса Гц , достигается полная развязка зарядных и разрядных цепей г.и.н. (за счет работы модуляторов 1,2, 3 и диодов Д), уменьшены номиналы зарядных резисторов RO и, следовательно, существенно сокращено время подзаряда емкостного накопителя. Таким образом реализуется увеличение частоты повторения Fn высоковольтных квазипрямоугольных импульсов напряжения г.и.н/

Ф р р м у л а и з о б р е т е н и я Генератор импульсов высокого напряжения, содержащий генератор импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, шину питания, выходную шину и блок управления, первый выход которого соединен с поджигающими электродами первых каскадов генератора импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, о т- л и ч а ю щ т и с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и улучшения, прямоугольное™ выходного импульса при одновременном повышении КПД и надежнести, в него введены первый и второй модуляторы и модулятор на инжекцион ном тиратроне, соединенный последовательно между общей шиной и первым входом генератора импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, второй вход которого соединен с общей шиной через первый модулятор, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления и управляющим

входом второго модулятора, вход и выход которого соединены соответственно с шиной питания и третьим входом генератора импульсов по схеме Аркадьева-Маркса, выход которого через разделительный разрядник соединён с выходной шиной, при .этом управляющий вход модулятора на инжекцион ном тиратроне соединен с третьим выхо дом блока управления.

Применение: генератор импульсов высокого напряжения относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использован в качестве источника импульсного высокого напряжения в ускорителях заряженных частиц, а также при испытаниях высоковольтной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство содержит емкостный накопитель и зарядные резисторы, дополнительно введенные инжекционный тиратрон 3, работающий в жестком режиме, жесткий модулятор 1, блок синхронизации 4. 3 ил.

Umcr

JL

ууу

т i

W

I

1

0 0

Фиг. 2

U о 0

го.

vz/X/

vim