DE4334429C2 - Pulsgenerator - Google Patents
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- DE4334429C2 DE4334429C2 DE4334429A DE4334429A DE4334429C2 DE 4334429 C2 DE4334429 C2 DE 4334429C2 DE 4334429 A DE4334429 A DE 4334429A DE 4334429 A DE4334429 A DE 4334429A DE 4334429 C2 DE4334429 C2 DE 4334429C2
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- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
- H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Pulsgenera
tor. Ein derartiger Pulsgenerator soll kurze Pulse mit hoher
Spannung und großem Betrag des Stromes erzeugen.
Aus der DE-OS 38 35 986 ist ein Hochspannungsimpulsgenerator
für Linearbeschleuniger, Radareinrichtungen, Excimer-Laser
usw. bekannt. Diese Schrift geht auf Probleme bei herkömmli
chen amorphen Legierungen als Kernwerkstoffe für Magnetschal
ter ein, weil amorphe Legierungen keine ausreichende zeitli
che Stabilität aufweisen. Sie will einen Hochspannungs-Im
pulserzeuger mit mindestens einem Magnetschalter angeben,
dessen Magnetkern aus einer weichmagnetischen Eisenlegierung
besteht, deren magnetische Eigenschaften gut ausgeglichen
sind. Um dieses Ziel zu erreichen wird, eine Legierung aus
Eisen; und Kobalt und/oder Nickel; Cu, Si, B, sowie erstens
mindestens einem der Elemente Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, und Mo;
zweitens mindestens einem der Elemente V, Cr, Al, der
Elemente der Platingruppe, Sc, Y, der seltenen Erden Au, Zn,
Se und Re; und drittens mindestens einem aus C, Ge, P, Ga,
Sb, In, Be, As in bestimmten Verhältnissen angegeben. In der
Schrift wird auch ein Pulsgenerator gezeigt, der ein
Schaltmittel, um die Versorgung eines ersten Stromes durch
einen Schaltkreis zu schalten, einen ersten Kondensator, der
seriell mit dem Schaltmittel verbunden ist und primär durch
den ersten Strom geladen wird, ein magnetisches Schaltmittel
von schaltbarem Stromfluß einen zweiten Kondensator, der mit
dem Schaltausgang des magnetischen Schaltmittels verbunden
ist und durch den Ausgang daraus geladen wird, und ein
Entlademittel, um die Pulsentladung zu erzeugen, umfaßt.
Weiter wird in der DE-40 10 366 C2 ein Hochspannungsimpuls
generator angegeben, der sich mit hoher Impulswiederholfre
quenz sowie mit hoher Zuverlässigkeit unabhängig von Änderun
gen, die an einzelnen Schaltungselementen, in der Eingangs
spannung oder der Belastung auftreten, betreiben lassen
soll. Hierzu weist ein Hochspannungsimpulsgenerator mit
einer Impulskompressionsschaltung, die einen Hauptkondensa
tor, einen Spitzenwertkondensator und eine dazwischenliegen
de Sättigungsdrossel enthält, weiter die Merkmale auf, daß
eine auf der Eingangsseite der Impulskompressionsschaltung
liegende Spule vorhanden ist, deren Induktivität zur Steue
rung der Dauer des an der Sättigungsdrossel auftretenden
Spannungsimpulses in Abhängigkeit vom Wirkungsgrad der Ener
gieübertragung vom Hauptkondensator auf den Spitzenwertkon
densator veränderbar ist.
Aus der ebenfalls vorveröffentlichten DE-OS 40 29 989 ist
ein Hochleistungspulsgenerator geringer Impedanz insbeson
dere für Pulslaser bekannt. Dieser Hochleistungspulsgenerator
soll den Vorteil aufweisen, daß eine sehr niederinduktive
Charge-Transfer-Schaltung mit gleichzeitig hohen Pulsspan
nungen bei gutem Übertragungswirkungsgrad betrieben werden
können. Hierzu liegen mehrere Ladungskapazitäten vor, die
nach der Beendigung des Auflagevorgangs unter Spannungs
vervielfachung separat in Reihe zueinander schaltbar sind.
Aus der DE 40 30 184 A1 des gleichen Anmelders ist ein wei
terer Hochleistungspulsgenerator bekannt, der einerseits
eine über eine Spannungsverdopplung hinausgehende Spannungs
vervielfachung ermöglichen soll, und andererseits eine
extrem niedrige Ausgangsimpedanz erreichen soll, so daß mit
dem Hochleistungspulsgenerator auf niederohmige Lasten ohne
aufwendige Anpassungsnetzwerke und eventuell notwendige
Schalter für höchste Spannungen gearbeitet werden kann.
Im allgemeinen sind demnach Geräte für die Laserpulserre
gung, die Pulsplasmaerzeugung oder die Pulsdenitrierung als ein
Pulsgenerator wohlbekannt. Um den gewünschten Puls zu erhal
ten, werden Entladungsschalter verwendet, wie Thyratron- und
Trigatron-Schalter, um Hochspannung und einen großen Betrag
von Strom direkt zu schalten. Eine Kombination eines Halb
leiterschalters und einer sättigbaren Drossel, die als ein
magnetischer Schalter wirkt, wird auch verwendet.
Zusätzlich wird ein sättigbarer Transformator für das Erhö
hen der Spannung gleichzeitig mit der Pulskomprimierung, um
die Last eines schaltenden Gerätes zu verringern, auch für
die Pulserzeugung verwendet.
Fig. 5 veranschaulicht einen herkömmlichen Schaltkreis, der
eine sättigbare Drossel einschließt. Eine Wellenform, die
von dem Schaltkreis erzeugt wird, ist auch in der Figur ver
anschaulicht. Eine Vielzahl von Thyristoren TH, die als ein
Halbleiterschalter bei Hochspannung wirken, sind in Reihe
geschaltet. Ein Kondensator C11, der mit dem Schaltkreis ver
bunden ist, wird durch Hochspannung aufgeladen. Eine Drossel
L ist stromaufwärts des Kondensators C11 angeordnet. Ein er
ster Strom I1 wird durch einen Kurzschluß aus dem Reihen
schaltkreis erzeugt, der den Kondensator C11 und die Drossel
L einschließt. Die Polarität des Kondensators C11 wird da
durch invertiert, um eine Spannung zweimal jener zu erzeu
gen, die aus der LC-Inversion über die Reihenschaltung der
Kondensatoren C11 und C12 erhalten wird. Ein zweiter Strom
I2 komprimierten Pulses wird durch diese Hochspannung er
zeugt, und zwar bei einem Schaltkreis, der eine sättigbare
Drossel SR1, Kondensatoren C11, C12 und C2 enthält, welche
in Reihe geschaltet sind. Dann wird ein dritter Strom I3
komprimierten Pulses durch die Spannung des Kondensators C2
an einem Schaltkreis erzeugt, der eine sättigbare Drossel
SR2, Kondensatoren C3 und C2 enthält, welche in Reihe
geschaltet sind. Schließlich wird ein komprimierter Puls I4
mit einem großen Betrag von Strom und hoher Spannung an dem
Schaltkreis erzeugt, der eine sättigbare Drossel SR3 und
eine Entladeröhre DT einschließt.
Jedoch ist in dem herkömmlichen Pulsgenerator, der Entla
dungsschaltervorrichtungen umfaßt, die Lebenszeit der Schal
tervorrichtungen sehr kurz, z. B. 107 bis 108 Pulse. Daher
ist, wenn der Schaltkreis wiederholt betrieben wird, die
Beständigkeit der Schaltervorrichtung begrenzt.
Auf der anderen Seite ist in dem herkömmlichen Pulsgenera
tor, der die Kombination des Halbleiterschalters und der sät
tigbaren Drossel umfaßt, die Spannungsfestigkeit der Schal
tervorrichtungen kleiner als jene der Entladungsschalter
vorrichtungen. Daher muß eine Vielzahl von Halbleiterschal
tern in Reihe geschaltet werden, um Hochspannung zu erzeu
gen. Dies veranlaßt den Schalterschaltkreis vergrößert zu
sein, weil ein Ansteuerungsschaltkreis und ein Abweise
schaltkreis jeder Schaltervorrichtung beigefügt werden, und
zwar entsprechend der Anzahl der Reihenschaltung. Zusätzlich
wird die Spannung, an der der jeweilige Schalter teilhat,
ungleich, wenn die Schalterzeitsteuerung gestört wird. Auf
der anderen Seite können die Schalter parallel geschaltet
werden, jedoch fließt Überstrom durch den Schalter, wenn die
Schalterzeitsteuerung gestört ist oder irgendeiner der
Schalter versagt hat. Dies veranlaßt weitere Schalter, zu
versagen.
Die Verwendung eines Pulstransformators für die Spannungser
höhung, um die Anzahl der Schaltervorrichtungen zu verrin
gern, und die Reduzierung der Schaltspannung zu ungefähr 1/2
von jener der Ausgangsspannung durch einen LC-Inversions
schaltkreis sind beide verfügbar, jedoch werden die Anzahl
der Schaltgeräte und die Anzahl der komprimierten magneti
schen Pulse nicht minimiert. Dies vergrößert den Schaltkreis
verglichen mit jenem, der den entladenden Schalter ein
schließt.
Die Minimierung des Schaltkreises kann ausgeführt werden,
indem ein einzelner sättigbarer Transformator verwendet
wird, um die Funktion der Spannungserhöhung und der magneti
schen Pulskompression zu vereinigen. Jedoch wird die Win
dungszahl der Sekundärwicklung des sättigbaren Transfor
mators größer, um das Spannungserhöhungsverhältnis zu
erhöhen, weil ein Transformator zwei Funktionen vereinigt.
Dies erhöht die Induktivität, was die LC-Resonanzzeit
während der Pulskompression dazu veranlaßt, verlängert zu
werden. So ist die Erzeugung eines kurzen Pulses begrenzt.
Auf der anderen Seite muß das Windungsverhältnis der
Wicklung reduziert werden, um die Induktivität bei dem
Sekundärbereich des sättigbaren Transformators zu erhöhen.
Dies veranlaßt das Spannungserhöhungsverhältnis dazu, ver
ringert zu werden, und die Last auf der Schaltervorrichtung,
erhöht zu werden.
Es ist daher ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, einen
verbesserten Pulsgenerator zu schaffen, welcher Pulse mit
hoher Spannung und großem Betrag des Stroms erzeugen kann,
eine Halbleiterschaltervorrichtung einschließt, deren Steuer
spannung verringert ist und die Größe eines derartigen Puls
generators zu minimieren.
Um dieses Ziel zu erreichen, weist der Pulsgenerator die
Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.
Das Schaltmittel kann aus einer Reihen- oder Parallelschal
tung einer Vielzahl von Halbleiterschaltern
gebildet werden.
Wenn das Schaltmittel aus der Reihenschaltung gebildet wird,
kann das spannungserhöhende Mittel aus einem Spannungs
erhöhenden Transformator gebildet werden. Ist auf der
anderen Seite das Schaltmittel aus der Parallelschaltung
gebildet, kann der spannungserhöhende Transformator aus
einer Vielzahl von Pulstransformatoren oder sättigbaren
Transformatoren gebildet sein, entsprechend jeder Verbindung
der Halbleiterschalter. Die primären und sekundären Wick
lungen des spannungserhöhenden Mittels können in dem Win
dungsverhältnis derart gewickelt sein, daß das Hochspannungs
erhöhungsverhältnis erhältlich ist, worin das spannungserhö
hende Mittel ein spannungserhöhender Transformator ist.
Das magnetische Schaltmittel kann ein sättigbarer Transforma
tor mit einem Kern sein, welcher sättigbar ist, wenn der
zweite Kondensator vollständig geladen ist. Die Windungszahl
der Sekundärwicklung des magnetischen Schaltmittels wird
verringert, um das Spannungserhöhungsverhältnis dabei zu ver
ringern.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das einen Schalt
kreis eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm, das einen Schalt
kreis eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm, das einen Schalt
kreis eines dritten Ausführungsbeispiels gemäß
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das einen Schalt
kreis eines vierten Ausführungsbeispiels gemäß
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 5 ein schematisches Diagramm, das einen Schalt
kreis und eine daraus erzeugte Wellenform nach
dem Stand der Technik veranschaulicht.
Bezugnehmend auf Fig. 1, die ein schematisches Diagramm
eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Er
findung zeigt, ist ein Halbleiterschalter SW als ein anfäng
licher Stufenschalter angeordnet, der eine Halbleiter
schaltervorrichtung, wie einen GTO- bzw. Abschalt-Thyristor,
einen SI-Thyristor und ein IGBT, und einen Tor-Steuerschalt
kreis und einen Abweiserschaltkreis der Schaltvorrichtung
einschließt. Eine erste sättigbare Drossel SI1, ein erster
Kondensator C0 und eine Primärwicklung eines spannungser
höhenden Transformators T zur Erhöhung der Spannung eines
Schaltkreises sind in Reihe geschaltet. Der Schaltkreis ist
mit dem Halbleiterschalter SW in Reihe geschaltet. Eine
Primärwicklung eines sättigbaren Transformators ST1 ist in
Reihe mit einer Sekundärwicklung des spannungserhöhenden
Transformators T geschaltet, dann ist eine Sekundärwicklung
des sättigbaren Transformators ST1 parallel mit einem
Reihenschaltkreis zwischen einem zweiten Kondensator C1 und
einem Kondensator CP geschaltet. Eine Entladungsröhre DT und
eine zweite sättigbare Drossel SI2 sind jeweils parallel mit
dem Kondensator CP geschaltet.
Die ersten und zweiten sättigbaren Drosseln SI1 und SI2
schließen magnetische Kerne mit großer effektiver magneti
scher Flußdichte (ΔB) ein, z. B. einen magnetischer Kern,
der aus einer ferroamorphen Legierung, einer Ferro-Ultrami
krokristall-Legierung oder einer amorphen Kobaltlegierung
gebildet ist. Die erste Drossel SI1 wirkt als eine magne
tische Hilfe, um dem Betrieb des Halbleiterschalters SW zu
helfen, auf der anderen Seite wirkt die zweite Drossel SI2
als ein Mittel, um eine Vorpulserzeugung zu verringern,
durch das Umleiten von Strom, der bei dem zweiten Kondensa
tor C1 geladen wird, und zwar durch die Entladeröhre DT. So
ist die Entladung des Kondensators C1 blockiert, um die
Erzeugung des Vorpulses bei der Entladeröhre DT zu ver
hindern. Die zweite Drossel SI2 liefert auch Strom in
Richtung auf die Entladeröhre DT, indem der Entladestrom aus
dem Kondensator C1 blockiert wird. Die zweite sättigbare
Drossel SI2 kann durch einen Luftkern ersetzt werden.
Der erste sättigbare Transformator ST1 schließt einen magne
tischen Kern mit einem hohen Rechteckverhältnis ein, z. B.
einen magnetischen Kern, der aus einer ferroamorphen Legie
rung, einer Ferro-Ultramikrokristall-Legierung oder einer
amorphen Kobaltlegierung gebildet ist. Die Primärwicklung
und die Sekundärwicklung des Transformators ST1 sind so ge
wickelt, daß das Windungsverhältnis reguliert wird, um die
Spannung geringfügig zu erhöhen oder zu erniedrigen. Zum
Beispiel ist das Wicklungsverhältnis des Transformator ST1
bevorzugt, bei 1 : 2 bestimmt zu sein.
Die Kondensatoren C0, C1 und CP können aus Materialien mit
niedriger Induktivität und hoher Spannungsfestigkeit gebil
det werden, um einen kurzen Puls von hoher Spannung zu erzeu
gen. Ein Keramikkondensator oder ein Ölkondensator wird
vorzugsweise verwendet.
Die Sekundärwicklung des spannungserhöhenden Transformators
T wird reguliert, um eine größere Windungszahl als jene der
Primärwicklung desselben zu haben, derart, daß das Hochspan
nungserhöhungsverhältnis erhalten werden kann.
Das vorgenannte Ausführungsbeispiel wirkt wie folgt:
Der erste Kondensator C0 wird durch die Gleichstrom-Lei
stungs-Quelle DC bei Hochspannung geladen. Dann schaltet der
Halbleiterschalter SW den Strom AN, um den Primärstrom I0
aus dem Kondensator C0 in Richtung auf die Primärwicklung
des spannungserhöhenden Transformators T über die erste sät
tigbare Drossel SI1 und den Halbleiterschalter SW zu lie
fern.
Gemäß dem Stromfluß von I0 transformiert der spannungs
erhöhende Transformator T die Spannung, die entsprechend dem
Windungsverhältnis erhöht wird, z. B. 1 : 6, in Richtung auf
die Sekundärwicklung desselben. Die sättigbare Drossel SI1
wirkt als eine magnetische Hilfe des Halbleiterschalters SW,
um den Schaltverlust des Schalters SW zu verringern. So kann
der Schalter SW bei einer Stromspitze verwendet werden, die
höher ist als jene, die ohne die magnetische Hilfe
ausgeführt wird.
Der Strom I1 fließt bei dem Sekundärbereich des spannungser
höhenden Transformators T aus der Sekundärwicklung desselben
in Richtung auf die erste Wicklung des sättigbaren Transfor
mators ST1. Gemäß dem Stromfluß von I1 wird der sättigbare
Transformator ST1 in dem Nicht-Sättigungsbereich betrieben.
Die Spannung, die dem Windungsverhältnis der Wicklung, die
die Spannung erhöht hat, entsprechend erhöht wurde, wird an
der Sekundärwicklung des sättigbaren Transformators ST1
erhalten. Der Kondensator C1 wird durch den Strom I2 in dem
Nicht-Sättigungsbereich geladen. Während des Ladens wird die
sättigbare Drossel SI2 in der Richtung des Stroms I2 magneti
siert, welcher ohne weiteres fließfähig ist. Der sättigbare
Transformator ST1 ist so entworfen, daß der Kern desselben
gesättigt ist, wenn der Fluß des Stroms I2 beendet wird. So
wird, wenn der Fluß des Stroms I2 beendet wird, der sät
tigbare Transformator ST1 in dem Sättigungsbereich betrie
ben. Dann sind der Primärbereich und der Sekundärbereich des
Transformators ST1 unverbunden. Die elektrische Ladung, die
auf den Kondensator C1 geladen wird, wird durch den sättig
baren Transformator ST1 gesättigt, daher fließt umgekehrter
Strom I2′, dann überträgt sich die elektrische Ladung zum
Kondensator CP. So erreicht die Spannung an der Entladungs
röhre DT das Niveau der Erzeugung. Der sättigbare Transforma
tor ST1 wirkt nicht als der Transformator, sondern als das
magnetische Schaltmittel, d. h. die sättigbare Drossel, um
Strom I2′ von komprimiertem Puls aus dem Kondensator C1 in
Richtung auf die Sekundärwicklung des Transformators ST1 zu
liefern. Der Kurzschlußstrom wird an die Entladungsröhre DT
durch diesen Strom 121 geliefert, d. h. der kurze Puls, der
hohe Spannung und einen großen Betrag von Strom hat, wird an
die Röhre DT geliefert.
Gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bilden der span
nungserhöhende Transformator T und der sättigbare Transfor
mator ST1 eine Kaskadenverbindung. So arbeitet der spannungs
erhöhende Transformator T ausschließlich als eine spannungs
erhöhende Vorrichtung, um das Spannungserhöhungsverhältnis
zu erhöhen, daher kann die gewünschte erhöhte Spannung erhal
ten werden. Der sättigbare Transformator ST1 erniedrigt das
Spannungserhöhungsverhältnis und die Windungszahl der Sekun
därwicklung desselben, um die Induktivität nach der Sätti
gung zu verringern. Daher arbeitet der sättigbare Transforma
tor ST1 ausschließlich als ein Pulskompressor, um das
Kompressionsverhältnis der Pulslänge zu erhöhen.
Daher kann der Halbleiterschalter SW bei der niedrigeren
Spannung betrieben werden. Darüber hinaus kann Hochspannung
und pulskomprimierter Strom des belasteten Bereiches zur
Verfügung gestellt werden.
Nun bezugnehmend auf Fig. 2, die ein zweites Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht der
gleiche Buchstabe die gleiche Komponente wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel. Eine Vielzahl von Halbleiterschaltern
SW ist parallel geschaltet, worin jeder Schaltkreis jeweils
einen Kondensator C0 und eine sättigbare Drossel SI0 über
einen Pulstransformator PT mit einem Windungsverhältnis von
E1/2:E2/2 hat. Der Schalter kann durch den GTO ersetzt wer
den. Die Kondensatoren C0 werden aufgeladen und die Puls
transformatoren PT erhöhen die Pulsspannung der Kondensato
ren C0. Die Sekundärbereiche der Pulstransformatoren sind in
Reihe geschaltet. Ein sättigbarer Transformator ST, welcher
die Spannung, die aus der Reihenschaltung erhalten wird,
erhöht und komprimiert, ist mit dem Schaltkreis stromabwärts
der Pulstransformatoren PT verbunden. Ein zweiter Konden
sator C1 ist mit dem Schaltkreis stromabwärts des sättig
baren Transformators ST verbunden, um die Spannung zu laden,
die bei dem Sekundärbereich des Transformators ST erzeugt
wird.
Falls betrieben, übertragen die Schalter elektrische Ladung,
die an den ersten Kondensatoren C0 geladen ist, an den zwei
ten Kondensator C1, um den Hochspannungspuls an den belaste
ten Bereich zu liefern, der mit dem Sekundärbereich des
sättigbaren Transformators ST verbunden ist. Der sättigbare
Transformator ST ist so entworfen, daß der Kern desselben
gesättigt werden kann, wenn die Ladung des zweiten
Kondensators C1 beendet ist.
Im allgemeinen ist die Erzeugung von Überschußspannung und
-strom durch die Zeitsteuerungsstörung der parallel geschal
teten Halbleiterschalter verursacht. Gemäß dem zweiten Aus
führungsbeispiel können derartige Probleme durch die Anord
nung jeweiliger Pulstransformatoren gegen den entsprechenden
Halbleiterschalter vermieden werden. Überdies kann, weil der
Schaltkreis in Reihe bei dem Sekundärbereich des sättigbaren
Transformators ST geschaltet ist, ein Puls mit Hochspannung
und einem großen Betrag von Strom aus dem Schaltkreis er
zeugt werden.
Nun bezugnehmend auf Fig. 3, die ein drittes Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht der
gleiche Buchstabe die gleiche Komponente wie im ersten Aus
führungsbeispiel. Eine Vielzahl von Halbleiterschaltern SW
sind parallel über den jeweiligen sättigbaren Transformator
ST mit einem Windungsverhältnis von E1/2:E2/2 geschaltet.
Jeder Schaltkreis schließt einen ersten Kondensator C0 und
eine sättigbare Drossel SI0 ein. Der Schalter SW kann durch
einen GTO, d. h. einen Abschalt-Thyristor, ersetzt werden.
Die Kondensatoren C0 werden geladen und die sättigbaren
Transformatoren ST erhöhen oder komprimieren die Puls
spannung der Kondensatoren C0. Die Sekundärbereiche der
sättigbaren Transformatoren ST sind in Reihe geschaltet. Ein
zweiter Kondensator C1 ist mit dem Schaltkreis stromabwärts
der sättigbaren Transformatoren ST verbunden, um Spannung,
die bei dem Sekundärbereich des Transformators ST erzeugt
wird, zu laden.
Wenn betrieben, übertragen die Schalter elektrische Ladung,
die auf die ersten Kondensatoren C0 geladen ist, an den
zweiten Kondensator C1, um den Hochspannungspuls an den bela
steten Bereich zu liefern, die mit dem Sekundärbereich des
sättigbaren Transformators ST verbunden ist. Die sättigbaren
Transformatoren ST sind so entworfen, daß die Kerne dersel
ben gesättigt werden können, wenn die Ladung des zweiten
Kondensators C1 beendet ist.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel können Probleme, die
durch die Schalterzeitsteuerungsstörung verursacht werden,
durch die Lokalisierung des jeweiligen sättigbaren Transfor
mators gegen den entsprechenden Halbleiterschalter vermieden
werden. Überdies kann, weil der Schaltkreis in Reihe bei dem
zweiten Bereich des sättigbaren Transformators ST geschaltet
ist, der Puls mit Hochspannung und dem großen Betrag von
Strom aus dem Schaltkreis erzeugt werden.
Nun bezugnehmend auf Fig. 4, die ein viertes Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung zeigt, veranschaulicht der
gleiche Buchstabe die gleiche Komponente wie das erste
Ausführungsbeispiel. Eine Vielzahl von Halbleiterschaltern
SW ist parallel über einen jeweiligen Pulstransformator PT
mit einem Windungsverhältnis von E1/2:E2/2 geschaltet. Jeder
Schaltkreis umfaßt einen ersten Kondensator C0 und eine sät
tigbare Drossel SI0. Der Schalter SW kann durch einen GTO
ersetzt werden. Die Kondensatoren C0 werden geladen und die
Pulstransformatoren ST erhöhen die Pulsspannung der Kondensa
toren C0. Die Sekundärbereiche der Pulstransformatoren PT
sind in Reihe geschaltet. Ein sättigbarer Transformator ST,
welcher die Spannung, die aus der Reihenschaltung erhalten
wird, erhöht oder komprimiert, ist mit dem Schaltkreis strom
abwärts der Pulstransformatoren PT verbunden. Ein zweiter
Kondensator C1 ist parallel mit dem Schaltkreis stromabwärts
des sättigbaren Transformators ST geschaltet,um die
Spannung, die an der Sekundärbereich des Transformators
ST erzeugt wird, zu laden.
Wenn betrieben, übertragen die Schalter elektrische Ladung,
die auf die ersten Kondensatoren C0 geladen wird, an den
zweiten Kondensator C1, um den Hochspannungspuls an den
belasteten Bereich zu liefern, die mit dem Sekundärbereich
des sättigbaren Transformators ST verbunden ist. Der
sättigbare Transformator ST ist so entworfen, daß der Kern
desselben gesättigt werden kann, wenn die Ladung des zweiten
Kondensators C1 abgeschlossen ist.
Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel können Probleme, die
durch die Schalterzeitsteuerungsstörung verursacht werden,
durch die Anordnung des jeweiligen Pulstransformators gegen
den entsprechenden Halbleiterschalter vermieden werden. Über
dies kann, weil der Schaltkreis bei dem Sekundärbereich des
sättigbaren Transformators ST in Reihe geschaltet ist, der
Puls mit Hochspannung und großem Betrag von Strom aus dem
Schaltkreis erzeugt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Pulsspannung, die
durch den Halbleiterschalter SW und den ersten Kondensator
C0 erzeugt wird, durch die Anordnung des spannungserhöhenden
Transformators T oder des Pulstransformators PT oder des sät
tigbaren Transformators ST erhöht werden. Die erhöhte Span
nung wird durch den sättigbaren Transformator ST mit einer
kleineren Windungszahl der Sekundärwicklung komprimiert, um
den kurzen Puls zu erhalten. Daher kann die Steuerspannung
des primären Stufenschalters um die erhöhte Spannung des
Transformators erniedrigt werden. Dann kann die Spannungs
last auf dem Halbleiterschalter auch verringert werden.
Daher können die Verbindungsschritte der Halbleiterschalter
vorrichtungen minimiert werden. So können der Schalterschalt
kreis und der benachbarte Schaltkreis desselben vereinfacht
und minimiert werden.
Zusätzlich wird die Pulsspannung, die durch den Transforma
tor erhöht wird, durch den sättigbaren Transformator kompri
miert. Daher kann das Spannungserhöhungsverhältnis des sät
tigbaren Transformators und die Windungszahl der Sekundär
wicklung minimiert werden. So kann das Kernvolumen des sät
tigbaren Transformators reduziert werden, um die Minimierung
des sättigbaren Transformators zu erlauben.
Während die vorliegende Erfindung im Ausdruck der bevorzug
ten Ausführung offenbart worden ist, um das bessere Verständ
nis der Erfindung zu vereinfachen, sollte es eingeschätzt
werden, daß die Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt
werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen.
Daher sollte die Erfindung verstanden werden, alle möglichen
Ausführungsbeispiele und Modifikationen der gezeigten
Ausführungsbeispiele zu beinhalten, welche ausgeführt werden
können, ohne von dem Prinzip der Erfindungen wie in den
beigefügten Ansprüchen ausgeführt, abzuweichen.
Claims (10)
1. Pulsgenerator, der umfaßt:
ein Schaltmittel, um die Versorgung eines ersten Stroms durch einen Schaltkreis zu schalten,
einen ersten Kondensator, der seriell mit dem Schaltmit tel verbunden ist und primär durch den ersten Strom gela den wird,
ein spannungserhöhendes Mittel mit einer Primärwicklung, die seriell mit dem ersten Kondensator verbunden ist, und einer Sekundärwicklung, um den Spannungsausgang durch den ersten Strom zu erhalten,
ein magnetisches Schaltmittel von schaltbarem Stromfluß mit einer Primärwicklung, die seriell mit der Sekundär wicklung des spannungserhöhenden Mittels verbunden ist, und einer Sekundärwicklung,
einen zweiten Kondensator, der mit der Sekundärwicklung des magnetischen Schaltmittels verbunden ist und durch den Ausgang daraus geladen wird, und
ein Entlademittel, das mit dem zweiten Kondensator verbunden ist, um die Pulsentladung zu erzeugen, wenn die geladene Spannung des zweiten Kondensators daran angelegt wird, indem das magnetische Schaltmittel geschaltet wird.
ein Schaltmittel, um die Versorgung eines ersten Stroms durch einen Schaltkreis zu schalten,
einen ersten Kondensator, der seriell mit dem Schaltmit tel verbunden ist und primär durch den ersten Strom gela den wird,
ein spannungserhöhendes Mittel mit einer Primärwicklung, die seriell mit dem ersten Kondensator verbunden ist, und einer Sekundärwicklung, um den Spannungsausgang durch den ersten Strom zu erhalten,
ein magnetisches Schaltmittel von schaltbarem Stromfluß mit einer Primärwicklung, die seriell mit der Sekundär wicklung des spannungserhöhenden Mittels verbunden ist, und einer Sekundärwicklung,
einen zweiten Kondensator, der mit der Sekundärwicklung des magnetischen Schaltmittels verbunden ist und durch den Ausgang daraus geladen wird, und
ein Entlademittel, das mit dem zweiten Kondensator verbunden ist, um die Pulsentladung zu erzeugen, wenn die geladene Spannung des zweiten Kondensators daran angelegt wird, indem das magnetische Schaltmittel geschaltet wird.
2. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin das Schaltmittel
aus einer Reihenschaltung einer Vielzahl von Halblei
terschalter gebildet ist.
3. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin das Schaltmittel
aus einer Parallelschaltung einer Vielzahl von Halb
leiterschaltern gebildet ist.
4. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin die Primär- und
Sekundärwicklungen des spannungserhöhenden Mittels in
dem Windungsverhältnis gewickelt sind, so daß das
Hochspannungserhöhungsverhältnis erhältlich ist.
5. Pulsgenerator nach Anspruch 2, worin das spannungs
erhöhende Mittel ein spannungserhöhender Transformator
ist.
6. Pulsgenerator nach Anspruch 3, worin das spannungs
erhöhende Mittel eine Vielzahl von jeder Verbindung der
Halbleiterschalter entsprechenden Pulstransformatoren
einschließt.
7. Pulsgenerator nach Anspruch 3, worin das spannungs
erhöhende Mittel eine Vielzahl von jeder Schaltung der
Halbleiterschalter entsprechenden sättigbaren Transforma
toren einschließt.
8. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin das magnetische
Schaltmittel ein sättigbarer Transformator ist.
9. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin das magnetische
Schaltmittel weiter einen Kern umfaßt, welcher sättigbar
ist, wenn der zweite Kondensator vollständig geladen
ist.
10. Pulsgenerator nach Anspruch 1, worin die Windungszahl
der Sekundärwicklung des magnetischen Schaltmittels
verringert ist, um das Spannungserhöhungsverhältnis da
bei zu verringern.
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