Brevet FR2752344A1 — publié le 19980213

CIRCUIT DE GENERATION D'IMPUlSIONS DE COURANT A HAUTE TENSION DELIVRE DANS UN CIRCUIT DE CHARGE ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne un circuit de génération d'impulsions de courant à haute tension délivré dans un circuit de charge et, plus particulièrement, dans un circuit de charge capacitive. Elle concerne également le procédé de mise en fonctionnement de ce circuit. L'invention trouve des applications dans les techniques de transfert répété d'impulsions qui peuvent être à plusieurs kilovolts et de durées différentes et qui se succèdent à intervalles variables et, éventuellement, très brefs. Etat de la technique Dans le domaine du transfert répété d'impulsions, les impulsions sont généralement produites par un générateur de courant qui est raccordé au circuit de dissipation, ou circuit de charge, par l'intermédiaire d'un interrupteur fermé ou ouvert à volonté. Cet interrupteur peut etre un transistor. Plusieurs interrupteurs disposés en série peuvent remplacer l'interrupteur unique, si la tension aux bornes du circuit de dissipation l'exige. Un condensateur est ajouté pour stocker l'énergie nécessaire : il est branché entre le circuit de dissipation et le générateur de tension. Ce condensateur se charge quand l'interrupteur est ouvert et se décharge, dans le circuit de dissipation, quand l'interrupteur se ferme. On observe alors une montée en tension suffisamment rapide dans le circuit de dissipation, mais seulement si l'impulsion précédente a cessé depuis quelques temps. Or, il est souvent nécessaire d'obtenir des impulsions convenables, c'est-à-dire avec des temps de montée et de descente très brefs, immédiatement après la fin d'une impulsion précédente. Exposé de l'invention L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de la technique décrite précédemment. A cette fin, elle propose un circuit de génération d'impulsions comportant deux circuits d'alimentation haute tension, délivrant chacun un courant dans un même circuit de charge à deux instants différents. Ce circuit permet de générer des impulsions à fronts de montée et de descente carrés et dont la durée est contrôlable. Plus précisément, l'invention concerne un circuit de génération d'impulsions de courant à haute tension comportant un premier circuit d'alimentation délivrant un premier courant dans un circuit de charge et comprenant un premier condensateur, un premier interrupteur connecté sur une borne du premier condensateur et un premier générateur de tension connecté également sur cette borne du premier condensateur. Ce circuit de génération d'impulsions se caractérise par le fait qu'il comporte un second circuit d'alimentation délivrant un second courant dans le circuit de charge et comportant un second condensateur, un second interrupteur connecté sur une borne du second condensateur et un second générateur de tension connecté également sur cette borne du second condensateur. Selon un mode de réalisation de 1 invention, le circuit de charge comporte deux charges capacitives connectées, respectivement, au premier circuit d'alimentation et au second circuit d'alimentation et formant une cellule de Pockels double. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le circuit de charge comporte une charge capacitive connectée, par une première borne, au premier circuit d'alimentation et, par une seconde borne, au second circuit d'alimentation, de manière à former une cellule de Pockels simple. L'invention concerne également un procédé de mise en fonctionnement de ce circuit de génération d'impulsions de courant à haute tension qui consiste à fermer le second interrupteur après avoir fermé le premier interrupteur, le temps écoulé entre les fermetures du premier et du second interrupteurs étant réglable. Brève description des figures - La figure 1 représente un premier mode de réalisation du circuit de génération d'impulsions de l'invention ; - la figure 2 représente un second mode de réalisation du circuit de génération d'impulsions de l'invention ; - les figures 3A et 3B représentent le circuit de la figure 1 en fonctionnement, c'est-à-dire, respectivement, lorsque le premier interrupteur est fermé et lorsque le second interrupteur est fermé - la figure 4 représente les diagrammes temporels de différentes tensions du circuit de la figure 1 lorsque celui-ci est en fonctionnement. Exposé de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente le circuit de génération d'impulsions selon le premier mode de réalisation de l'invention. Ce circuit comporte un premier circuit d'alimentation haute tension à stockage capacitif, référencé 1, qui délivre un courant 1Von dans le circuit de charge 17. Ce circuit d'alimentation 1 se présente sous la forme d'une dérivation entre les jonctions A et la masse ; cette dérivation comporte, successivement, un premier condensateur 3 et une jonction A' sur laquelle sont connectés, d'une part, un premier générateur de tension 7 et, d'autre part, un premier interrupteur 5. En outre, entre la jonction A' et le premier générateur de tension 7, se trouve une résistance 9 qui assure une limitation du courant du générateur. Le premier interrupteur 5 est actionné à partir d'un circuit de commande 11. C'est ce circuit de commande 11 qui est responsable de l'ouverture et de la fermeture de l'interrupteur 5 et, par conséquent, de l'émission de courant par le circuit d'alimentation 1 vers le circuit de charge 17, comme cela sera expliqué plus en détail ultérieurement. Une seconde dérivation entre la jonction A et la masse comporte une résistance 13 qui assure la décharge des condensateurs du générateur. Le circuit d'alimentation 1 se raccorde donc à la jonction A sur laquelle est également raccordé le circuit de charge 17. Symétriquement par rapport au circuit de charge 17, se trouve un second circuit d'alimentation haute tension à stockage capacitif, référencé 2. Ce second circuit d'alimentation 2 est tout à fait symétrique, dans sa composition, au circuit d'alimentation 1. Il se présente sous la forme d'une dérivation entre la jonction B et la masse ; cette dérivation comporte un second condensateur 4, ainsi qu'une jonction B' sur laquelle sont connectés, d'une part, un second générateur de tension 8 précédé d'une résistance 10 de limitation du courant du générateur et, d'autre part, un second interrupteur 6 commandé par le circuit de commande 12. Symétriquement à la résistance 13 connectée sur la jonction A, une résistance 14 est connectée en dérivation entre la jonction B et la masse. Cette résistance 14 a le même rôle, pour le circuit d'alimentation 2, que la résistance 13 pour le circuit d'alimentation 1. Ainsi, chacun des circuits d'alimentation 1 et 2 est raccordé, symétriquement, sur une branche du circuit de charge 17. Comme on le verra par la suite, le second circuit d'alimentation 2 délivre un courant IvOff dans le circuit de charge 17, un certain temps après que le circuit d'alimentation 1 ait délivré son courant Ivon. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit de charge 17 consiste en une cellule de Pockels double. Cette cellule de Pockels double comporte deux charges capacitives 15 et 16 raccordées l'une et l'autre, en un point C, à la masse. Comme on le comprendra mieux par la suite, ce circuit de génération d'impulsions muni de deux circuits d'alimentation reliés chacun à un même circuit de charge permet de générer des impulsions ayant des temps de montée et de descente très brefs, ce qui se traduit, graphiquement, par des fronts montant et descendant carrés. En outre, un tel circuit permet de régler la largeur des impulsions produites, en modifiant l'intervalle de temps entre la commutation de l'interrupteur 5 et celle de l'interrupteur 6. Sur la figure 2, on a représenté le circuit de génération d'impulsions conforme à un second mode de réalisation de l'invention. Tout comme le mode de réalisation de la figure 1, ce circuit comporte un premier et un second circuits d'alimentation 1 et 2 identiques à ceux décrits précédemment. Ils ne seront donc pas décrits à nouveau. Ces deux circuits d'alimentation 1 et 2 sont raccordés tous deux à un circuit de charge 19 qui consiste en une cellule de Pockels simple. Celle-ci comporte une seule charge capacitive 18. Ce circuit de la figure 2 fonctionne de façon similaire à celui de la figure 1. Seuls les temps de montée et de descente des impulsions sont un peu moins rapides que pour un circuit muni d'une cellule de Pockels double, mais ils restent tout de même suffisamment rapides pour que l'on obtienne des impulsions carrées. Sur les figures 3A et 3B, on a représenté le circuit de la figure 1 en cours de fonctionnement. Plus précisément, la figure 3A montre l'état du circuit lorsque l'interrupteur 5 est fermé, mais que l'interrupteur 6 est ouvert. On précise, avant tout, qu'à l'état initial le condensateur 3 est chargé, puisque le générateur de tension 7 l'a rechargé à travers les éléments résistifs 9 et 13, lorsque l'interrupteur 5 était ouvert (c'est-à-dire lorsque le circuit est à l'état initial, montré sur la figure 1). Ensuite, à l'instant désiré, une impulsion de commande Von est produite par le circuit de commande 11 pour causer la fermeture de l'interrupteur 5, ce qui permet de libérer l'énergie stockée dans le condensateur 3 sur la jonction A. Il apparaît alors, pendant un temps très bref, une tension W à la jonction A. Ainsi, lorsque l'interrupteur 5 est commuté, le circuit de génération d'impulsions fonctionne comme montré sur la figure 3A. Un courant 1Von circule dans la boucle 21, dans le sens indiqué par des flèches, sur la figure 3A. Pendant ce temps, le second générateur de tension 8 produit une tension permettant de recharger le second condensateur 4 à travers les éléments résistifs 10 et 14. Après un certain temps, décalé par rapport à l'instant où l'impulsion Von a été commandée, une impulsion de commande Voz, est émise par le circuit de commande 12, de façon à commuter l'interrupteur 6 en position fermée, ce qui permet de libérer l'énergie stockée dans le condensateur 4 sur la jonction B. Il apparaît alors, pendant un temps très bref, une tension V3 sur la jonction B. Lorsque l'interrupteur 6 est fermé, le circuit de génération d'impulsions fonctionne comme montré sur la figure 38. Un courant IvOff circule dans la boucle 20, dans le sens indiqué par les flèches, sur la figure 3B. La figure 4 représente le diagramme temporel des tensions du circuit de génération d'impulsions des figures 1, 3A et 3B. Plus précisément, la voie A de la figure 4 montre l'impulsion Von émise par le circuit de commande 11 pour fermer temporairement l'interrupteur 5. Comme le montre cette voie A, l'interrupteur se ferme à l'instant tl et s'ouvre à l'instant t3. Durant l'intervalle de temps t3 - tl, le courant IVon stocké dans le condensateur 3 est libéré vers la cellule de Pockels 17. Cette tension V,,, comme les tensions Var, VA et Va, est de l'ordre de 20 Volts. La voie B montre l'impulsion Voff émise au temps t2, par le circuit de commande 12 pour fermer temporairement l'interrupteur 6. A l'instant t3, l'interrupteur 6 s'ouvre. Ainsi, durant l'intervalle t3 - t2, le courant IVofr- stocké dans le condensateur 4 est libéré vers la cellule de Pockels 17. La voie C de la figure 4 montre la tension VA mesurée à la jonction A à partir de l'instant tl. Cette tension VA est négative. Elle apparaît très rapidement à l'instant tl et, par conséquent, présente un front descendant carré, tandis que le front montant, à partir de l'instant t3, est beaucoup plus lent. La voie D de la figure 4 montre la tension V8 mesurée à la jonction B à partir de l'instant t2. Cette tension V8 est négative et apparaît très rapidement à l'instant t2. Elle présente donc un front descendant carré, tandis que le front montant, à partir de l'instant t3, est beaucoup plus lent. Sur la voie E de la figure 4, on a représenté l'impulsion VA - V8 obtenue à partir des tensions VA et V8. Comme on le voit sur cette figure, l'impulsion VA - V8 a un front montant carré et un ront descendant carré, ce qui signifie qu'elle a un temps de montée et un temps de descente très brefs. En outre, l'intervalle de temps tl - t2 peut être modifié suivant les besoins, en décalant l'instant t2 par rapport à tl, c'est-à-dire en décalant, dans le temps, l'instant où le circuit de commande 12 émet l'impulsion destinée à commuter l'interrupteur G. Ce circuit permet donc de délivrer, rapidement, des tensions de valeurs élevées et cela, pour un coût relativement peu élevé, puisque ce circuit est constitué de deux circuits générateurs identiques. REVENDICATIONS 1. Circuit de génération d'impulsions de courant à haute tension comportant un premier circuit d'alimentation (1) délivrant un premier courant (ion) dans un circuit de charge (17 ou 19) et comprenant un premier condensateur (3), un premier interrupteur (5) connecté par une jonction A' au premier condensateur et un premier générateur de tension (7) connecté également par cette jonction A' au premier condensateur, caractérisé en ce qu'il comporte un second circuit d'alimentation (2) délivrant un second courant (Ivoff) dans le circuit de charge et comportant un second condensateur (4), un second interrupteur (6) connecté par une jonction B' au second condensateur et un second générateur de tension (8) connecté également par cette jonction B' au second condensateur. 2. Circuit de génération d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de charge (17) comporte deux charges capacitives (15 et 16) connectées, respectivement, au premier circuit d'alimentation et au second circuit d'alimentation et formant une cellule de Pockels double. 3. Circuit de génération d'impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de charge (19) comporte une charge capacitive (18) connectée, par une jonction A, au premier circuit d'alimentation (1) et, par une jonction B, au second circuit d'alimentation (2), de manière à former une cellule de Pockels simple. 4. Procédé de génération d'impulsions de courant à haute tension mis en oeuvre dans un circuit de génération d'impulsions conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à fermer le second interrupteur (6) après avoir fermé le premier interrupteur (5), le temps (t2 - tl) écoulé entre les fermetures du premier et du second interrupteurs étant réglable.