DE19859398A1 - HV pulse generation circuit uses switched arc path for discharge of series and parallel charge storage capacitors via third charge storage capacitor - Google Patents

Abstract

The HV pulse generation circuit has a switched arc path (Ro), e.g. a photographic flash lamp, used for discharging a first series storage capacitor (Cs1) and a second parallel storage capacitor (Cs3) via a third storage capacitor (Cb), the first and second storage capacitors charged via independent DC voltage sources (Q1,Q2) and isolated from one another via a pair of opposing diodes (V1, V2), with ignition of the switched arc path controlled by a thyristor trigger circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses mit einer Schaltfunkenstrecke, über die ein in Reihe liegender und mittels einer ersten Gleichspannungsquelle aufladbarer erster kapazitiver Energiespeicher und ein parallel liegender zweiter kapazitiver Energiespeicher auf einen dritten kapazitiven Energiespeicher entladbar ist.The invention relates to a circuit arrangement for Generation of a high voltage pulse with a Switching spark gap over which a and rechargeable by means of a first DC voltage source first capacitive energy storage and one in parallel lying second capacitive energy store on one third capacitive energy store can be discharged.

Wird ein durch eine Gleichspannungsquelle auf eine Hochspannung U0 aufgeladener Kondensator über eine gezündete Schaltröhre auf einen weiteren Kondensator entladen, bildet sich über diesem ein Hochspannungsimpuls u(t) mit der Scheitelspannung Us und der Scheitelzeit Ts aus, die ihrerseits von der Durchschalt- oder Durchzündgeschwindigkeit der Schaltröhre abhängt. Diese sinkt proportional mit dem Elektrodenabstand und steigt mit der Höhe der Spannung. Dagegen wächst die Sperrfähigkeit der Schaltröhre proportional mit dem Elektrodenabstand und sinkt mit der Höhe der Spannung.If a by a DC voltage source on a High voltage U0 charged capacitor through a ignited switching tube on another capacitor discharged, a high-voltage pulse forms over it u (t) with the peak voltage Us and the peak time Ts from, which in turn from the switching or Ignition speed of the switching tube depends. This decreases proportionally with the electrode distance and increases with the level of tension. On the other hand, the blocking ability grows the switching tube proportional to the electrode distance and decreases with the amount of tension.

Eine bekannte Schaltungsanordnung mit einem Stoßspannungskreis zur Erzeugung von Stoßspannungen mit großen Rückenhalbwertszeiten oder kleinem Energieinhalt gemäß DE 40 26 248 C1 weist zusätzlich zum Stoßkondensator einen in Reihe mit einem Widerstand parallel zur Schaltfunkenstrecke liegenden Erhaltungskondensator auf, der gleichzeitig mit dem Stoßkondensator durch ein und dieselbe Gleichspannungsquelle auf die Hochspannung U₀ aufgeladen und beim schaltweitenverringernden Durchzünden der Schaltfunkenstrecke gleichzeitig mit dem Stoßkondensator auf den Lastkondensator entladen wird, was einem Abreißen oder Löschen des Lichtbogens entgegenwirkt.A known circuit arrangement with a surge voltage circuit for generating surge voltages with long back half-lives or small energy content according to DE 40 26 248 C1 has, in addition to the surge capacitor, a maintenance capacitor which is connected in series with a resistor in parallel with the switching spark gap and which is simultaneously with the surge capacitor by one and the same DC voltage source the high voltage U _{0 is} charged and, when the switching spark gap is ignited, the discharge voltage is discharged simultaneously with the surge capacitor onto the load capacitor, which counteracts the breaking or extinguishing of the arc.

Bei einer weiteren bekannten Anordnung zur Erzeugung von Stoßspannungen gemäß DE-PS 8 92 787 ist der zusätzliche Kondensator parallel zur Schaltfunkenstrecke und zu einem zum Lastkreis gehörenden Dämpfungswiderstand angeordnet, wodurch sich der Stoßstromverlauf zeitlich beeinflussen läßt.In another known arrangement for generating Surge voltages according to DE-PS 8 92 787 is the additional one Capacitor parallel to the switching spark gap and to one damping resistor belonging to the load circuit, whereby the surge current curve influence each other over time leaves.

Beiden Schaltungsanordnungen ist gemeinsam, daß die Erzeugung variabler Spitzenspannungen nicht vorgesehen ist.Both circuit arrangements have in common that the Generation of variable peak voltages is not provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, mit der sich steile Hochspannungsimpulse mit variabler Spitzenspannung erzeugen lassen.The invention has for its object a Circuit arrangement according to the preamble of claim 1 to create with the steep high voltage pulses have variable peak voltage generated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. According to the invention, this object is achieved through the features of Claim 1 solved. Advantageous training of the Invention result from the subclaims.  

Die Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Hochspannungsimpulses weist eine Schaltfunkenstrecke auf, über die ein in Reihe liegender und mittels einer ersten Gleichspannungsquelle aufladbarer erster kapazitiver Energiespeicher und ein parallel liegender zweiter kapazitiver Energiespeicher auf einen dritten kapazitiven Energiespeicher entladbar ist. Der zweite kapazitive Energiespeicher ist erfindungsgemäß vom ersten kapazitiven Energiespeicher entkoppelt und durch eine zweite Gleichspannungsquelle aufladbar. Damit kann mit der von der ersten Gleichspannungsquelle bereitgestellten Ladespannung vornehmlich die Höhe und mit der von der zweiten Gleichspannungsquelle bereitgestellten Ladespannung vornehmlich die Steilheit des zu erzeugenden Impulses beeinflußt werden.The circuit arrangement for generating a High-voltage pulse has a switching spark gap, over the one in line and by means of a first DC source rechargeable first capacitive Energy storage and a parallel second capacitive energy storage to a third capacitive Energy storage is discharged. The second capacitive According to the invention, energy storage is of the first capacitive type Energy storage decoupled and by a second DC voltage source can be charged. With that of the first DC voltage source provided charging voltage primarily the height and with that of the second DC voltage source provided charging voltage primarily the slope of the pulse to be generated to be influenced.

Die Entkopplung erfolgt vorzugsweise durch zwei Dioden, die mit ihren gleichpoligen einen Enden an der eingangsseitigen Elektrode der Schaltfunkenstrecke und mit ihren anderen Enden am ersten bzw. zweiten kapazitiven Energiespeicher angeschlossen sind.The decoupling is preferably carried out by two diodes, which with their equipolar one ends on the input side electrode of the switching spark gap and with their other ends at the first or second capacitive Energy storage devices are connected.

Während die zweite Gleichspannungsquelle vorteilhafterweise eine Konstantspannungsquelle ist, ist die erste Gleichspannungsquelle variabel. While the second DC voltage source is advantageously a constant voltage source the first DC voltage source is variable.  

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung ist die Schaltfunkenstrecke eine Blitzröhre.According to a further advantageous embodiment, the Switching spark gap a flash tube.

Darüber hinaus ist es vorgesehen, die Schaltfunkenstrecke mittels einer Triggerschaltung zu triggern, die vorzugsweise einen vierten kapazitiven Energiespeicher aufweist, der über eine dritte Gleichspannungsquelle aufladbar und über einen Schalter auf einen Primärteil eines Transformators entladbar ist, dessen Sekundärteil an den die Triggerstrecke bestimmenden Elektroden der Funkenstrecke angeschlossen ist. Als Schalter dient insbesondere ein Thyristor.In addition, there is provision for the switching spark gap to trigger by means of a trigger circuit which preferably a fourth capacitive energy store has, via a third DC voltage source rechargeable and via a switch on a primary part of a transformer can be discharged, the secondary part of the electrodes determining the trigger path Spark gap is connected. Serves as a switch especially a thyristor.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention is based on a Embodiment explained in more detail. In the associated Show drawings

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und Fig. 1 shows a circuit arrangement according to the invention and

Fig. 2 einen mit dieser Schaltungsanordnung erzeugten Hochspannungsimpuls. Fig. 2 shows a high voltage pulse generated with this circuit arrangement.

Die Blitzröhre Rö weist zwei Hauptelektroden E1 und E2 und eine Triggerelektrode Et auf.The flash tube Rö has two main electrodes E1 and E2 and a trigger electrode Et.

An der eingangsseitigen Hauptelektrode E1 sind die Kathoden zweier Dioden V1 und V2 angeschlossen. Die Anode der Diode V1 liegt an einen mit dem Pluspol einer variablen Hochspannungsquelle Q1 verbundenen Ladewiderstand Rld1 und einem gegen den Minuspol geschalteten Stoßkondensator Cs1. Die Anode der Diode V2 ist an einen mit dem Pluspol einer festen Hochspannungsquelle Q2 verbundenen Ladewiderstand Rld3 und einen mit dem Minuspol dieser Spannungsquelle und der ausgangsseitigen Hauptelektrode verbundenen Stoßkapazität Cs3 angeschlossen. An der ausgangsseitigen Hauptelektrode liegen ferner ein Dämpfungswiderstand Rd und ein gegen den Minuspol geschalteter Entladewiderstand Re. Der Dämpfungswiderstand Rd führt an einen gegen den Minuspol geschalteten Lastkondensator Cb.On the main electrode E1 on the input side Cathodes of two diodes V1 and V2 connected. The anode the diode V1 is connected to one with the positive pole of a variable High voltage source Q1 connected charging resistor Rld1 and a surge capacitor Cs1 connected against the negative pole. The anode of the diode V2 is one with the positive pole  fixed high voltage source Q2 connected charging resistor Rld3 and one with the negative pole of this voltage source and the main electrode on the output side Bump capacity Cs3 connected. On the output side Main electrode are also a damping resistor Rd and a discharge resistor Re switched against the negative pole. The damping resistance Rd leads to one against the Negative pole switched load capacitor Cb.

Die eingangsseitige Hauptelektrode E1 und die Triggerelektrode Et sind mit der Sekundärseite eines Transformators ZT verbunden, dessen Primärseite zum einen mit der Katode eines Thyristors Th und zum anderen mit dem Minuspol einer weiteren Gleichspannungsquelle Q3 in Verbindung steht. An der Anode des Thyristors Th liegt ein mit dem Pluspol dieser Spannungsquelle verbundener Ladewiderstand Rld2 und ein gegen deren Minuspol geschalteter Stoßkondensator Cs2.The main electrode E1 on the input side and the Trigger electrodes are Et with the secondary side Transformer ZT connected, the primary side on the one hand with the cathode of a thyristor Th and the other with the Minus pole of another DC voltage source Q3 in Connection is established. At the anode of the thyristor Th is connected to the positive pole of this voltage source Charging resistor Rld2 and one against their negative pole switched surge capacitor Cs2.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Wird der Thyristor Th mit einem Steuerimpuls beaufschlagt, entlädt sich der durch die Gleichspannungsquelle Q3 über den Ladewiderstand Rld2 aufgeladene Stoßkondensator Cs2 auf die Primärseite des Transformators ZT, wodurch sich auf dessen Sekundärseite zwischen der Hauptelektrode E1 und der Triggerelektrode Et eine Hochspannung aufbaut, die ein Zünden der Blitzröhre Rö bewirkt. Ihrer Aufgabe als schneller Hochspannungsschalter wird die Blitzröhre Rö nun dadurch gerecht, daß sich über sie und den Dämpfungswiderstand Rd die auf die Ladespannungen Uld11 und Uld31 aufgeladenen Stoßkondensatoren Cs1 und Cs3 stoßartig auf den Lastkondensator Cb entladen, über dem sich infolgedessen ein Hochspannungsimpuls mit einer hohen Scheitelspannung Us1 und einer kurzen Scheitelzeit Ts1 aufbaut (Fig. 2). Der Dämpfungswiderstand Rd dient dabei einerseits dem Schutz des Lastkondensators Cb und andererseits der Vermeidung von Ausgleichsschwingungen. Nach durchschlagsfreier Prüfung eines Prüflings, beispielsweise eines Kabels, könnte sich der Lastkondensator Cb über den Entladewiderstand Re entladen. Zur Prüfung eines weiteren Kabels mit einer geringeren Durchschlagsspannung ließe sich der Stoßkondensator Cs1 zunächst auf eine geringere Ladespannung Uld12 < Uld11 aufladen und nach Zündung der Blitzröhre zusammen mit dem auf die Ladespannung Uld31 aufgeladenen Stoßkondensator entladen, so daß sich über dem Lastkondensator Cb ein Hochspannungsimpuls mit einer geringeren Scheitelspannung Us2, aber der etwa gleich kurzen Scheitelzeit Ts1 einstellte. Dies resultiert daraus, daß die Verringerung der Ladespannung des Stoßkondensators Cs1 von Uld11 auf Uld12 bei Aufrechterhaltung der für die Durchschaltgeschwindigkeit wesentlich verantwortlichen Ladespannung Uld31 des Stoßkondensators Cs3 erfolgt. Bei Verwendung einer fototechnischen Blitzröhre als Hochspannungsschalter lassen sich auf die vorstehend beschriebene Weise Hochspannungsimpulse mit einer Scheitelspannung zwischen 0,3 und 6 kV und einer Scheitelzeit von etwa 1 µs erzeugen. Die erforderliche Ladespannung beträgt dann Uld1 = 1,1 Us.The mode of action is as follows:
If the thyristor Th is subjected to a control pulse, the surge capacitor Cs2 charged by the DC voltage source Q3 via the charging resistor Rld2 discharges onto the primary side of the transformer ZT, as a result of which a high voltage builds up on the secondary side thereof between the main electrode E1 and the trigger electrode Et, which causes ignition the flash tube Rö causes. The flash tube Rö now fulfills its task as a fast high-voltage switch in that the surge capacitors Cs1 and Cs3, which are charged to the charging voltages Uld11 and Uld31, discharge abruptly through them and the damping resistor Rd, onto the load capacitor Cb, which consequently causes a high-voltage pulse with a high peak voltage Us1 and a short peak time Ts1 builds up ( Fig. 2). The damping resistor Rd serves on the one hand to protect the load capacitor Cb and on the other hand to avoid compensating vibrations. After a test object, for example a cable, has been subjected to a dielectric breakdown, the load capacitor Cb could discharge via the discharge resistor Re. To test another cable with a lower breakdown voltage, the surge capacitor Cs1 could first be charged to a lower charge voltage Uld12 <Uld11 and discharged after the flash tube was fired together with the surge capacitor charged to the charge voltage Uld31, so that a high-voltage pulse with a load capacitor Cb lower peak voltage Us2, but set the peak time Ts1, which is approximately the same short. This results from the fact that the charge voltage of the surge capacitor Cs1 is reduced from Uld11 to Uld12 while maintaining the charge voltage Uld31 of the surge capacitor Cs3, which is largely responsible for the switching speed. When using a phototechnical flash tube as a high-voltage switch, high-voltage pulses with a peak voltage between 0.3 and 6 kV and a peak time of approximately 1 μs can be generated in the manner described above. The required charging voltage is then Uld1 = 1.1 Us.

Wollte man gemäß Stand der Technik einen Hochspannungsimpuls mit geringerer Scheitelspannung erzeugen, führte eine geringere Ladespannung an dem in Reihe zur Schaltfunkenstrecke liegenden Stoßkondensator auch zu einer geringeren Ladespannung an dem parallel zur Schaltfunkenstrecke liegenden Stoßkondensator. Da sich mit der Schaltspannung auch die Schaltgeschwindigkeit der Schaltfunkenstrecke verringerte, vergrößerte sich damit die Scheitelzeit des erzeugten Hochspannungsimpulses. Unabhängig davon wäre gemäß Stand der Technik auch die Scheitelspannung des Hochspannungsimpulses nach unten begrenzt, da die Hilfszündung nur dann ein Durchschalten der Schaltfunkenstrecke bewirkte, wenn an den Hauptelektroden eine Mindestspannung zur Verfügung stünde.If you wanted one according to the state of the art High voltage pulse with lower peak voltage generate a lower charge voltage on the in Row of surge capacitor located to the switching spark gap also to a lower charging voltage on the parallel to the Switching spark gap lying surge capacitor. Because with the switching voltage also the switching speed of the Switching spark gap reduced, the increased Peak time of the generated high voltage pulse. Regardless of this would also be according to the prior art Peak voltage of the high voltage pulse down limited because the auxiliary ignition only switches through the switching spark gap caused when at the Main electrodes a minimum voltage would be available.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Hochspannungs- Impulses mit einer Schaltfunkenstrecke (Rö), über die ein in Reihe liegender und mittels einer ersten Gleichspannungsquelle (Q1) aufladbarer erster kapazitiver Energiespeicher (Cs1) und ein parallel liegender zweiter kapazitiver Energiespeicher (Cs3) auf einen dritten kapazitiven Energiespeicher (Cb) entladbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite kapazitive Energiespeicher (Cs3) vom ersten kapazitiven Energiespeicher (Cs1) entkoppelt und durch eine zweite Gleichspannungsquelle (Q2) aufladbar ist.1. Circuit arrangement for generating a high-voltage pulse with a switching spark gap (Rö), via which a first capacitive energy store (Cs1) lying in series and rechargeable by means of a first direct voltage source (Q1) and a second capacitive energy store (Cs3) lying in parallel to a third Capacitive energy store (Cb) can be discharged, characterized in that the second capacitive energy store (Cs3) is decoupled from the first capacitive energy store (Cs1) and can be charged by a second DC voltage source (Q2). 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplung durch zwei Dioden (V1, V2) erfolgt, die mit ihren gleichpoligen einen Enden an der eingangsseitigen Elektrode (E1) der Schaltfunkenstrecke (Rö) und mit ihren anderen Enden am ersten (Cs1) bzw. zweiten (Cs3) kapazitiven Energiespeicher angeschlossen sind.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the decoupling by two diodes (V1, V2), which has one end of the same pole on the input-side electrode (E1) of the switching spark gap (Rö) and with their other ends at the first (Cs1) or second (Cs3) capacitive energy storage connected are. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichspannungsquelle (Q2) eine Konstantspannungsquelle ist. 3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the second DC voltage source (Q2) is a constant voltage source.   4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche von 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichspannungsquelle (Q1) eine variable Spannungsquelle ist.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the first DC voltage source (Q1) a variable voltage source is. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunkenstrecke (Rö) eine Blitzröhre ist.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the switching spark gap (Rö) is a flash tube. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfunkenstrecke (Rö) mittels einer Triggerschaltung triggerbar ist.6. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the switching spark gap (Rö) is triggerable by means of a trigger circuit. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerschaltung einen vierten kapazitiven Energiespeicher (Cs2) aufweist, der über eine dritte Gleichspannungsquelle (Q3) aufladbar und über einen Schalter (Th) auf einen Primärteil eines Transformators (ZT) entladbar ist, dessen Sekundärteil an den die Triggerstrecke bestimmenden Elektroden (E1, Et) der Schaltfunkenstrecke (Rö) angeschlossen ist.7. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the trigger circuit a has fourth capacitive energy store (Cs2), the can be charged via a third DC voltage source (Q3) and via a switch (Th) to a primary part of a Transformer (ZT) can be discharged, the secondary part of the electrodes determining the trigger path (E1, Et) of the Switching spark gap (Rö) is connected. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Th) ein Thyristor ist.8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized characterized in that the switch (Th) is a thyristor.