ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ НАПРЯЖЕНИЯ
VOLTAGE PULSE GENERATOR

Изобретение относится к импульсной высоковольтной технике и может быть использовано в источниках питания различных электрофизических устройств.
Известны генераторы импульсов высокого напряжения, собранные по схеме Аркадьева-Маркса, которые содержат несколько каскадов с накопительными конденсаторами, зарядными резисторами и разрядниками в каждом каскаде (авт. св. №156616, кл. H03K 3/53, 1963 г, патент РФ №2317637, кл. H03K 3/53, 2008 г.).
Недостатками указанных генераторов является большое время заряда накопительных конденсаторов, а также большие потери мощности на активном сопротивлении зарядных резисторов.
Известен также генератор импульсов напряжения (патент РФ №2091980, кл. H03K 3/00, 1997 г.), в котором зарядные резисторы заменены зарядными индуктивностями. В такой схеме уменьшаются потери мощности во время зарядки накопительных конденсаторов. Однако время зарядки накопительных конденсаторов остается достаточно большим, так как процесс зарядки осуществляется последовательно.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является генератор импульсов высокого напряжения (авт. св. №731530, кл. H02M 7/26, H03K 3/53, 1980 г.), который собран но схеме Аркадьева-Маркса. Он содержит накопительные конденсаторы, разрядники, нагрузку, две зарядные ветви, одна из которых выполнена в виде цепочки из последовательно соединенных диодов, и источника питающего напряжения. Генератор работает следующим образом. От источника зарядного напряжения отрицательной полярности (для направления включения диодов) происходит заряд конденсаторов. При этом полярность напряжения на конденсаторах такова, что при включении разрядников диоды запираются обратным напряжением и последовательно соединенные конденсаторы заряжаются на нагрузку, формируя на ней импульс высокого напряжения.
Недостатком данного генератора является большое время заряда накопительных конденсаторов, так как они заряжаются последовательно друг за другом, и большие потери мощности на активном сопротивлении одной ветви зарядных резисторов.
Технической задачей данного изобретения является уменьшение потерь мощности в зарядной цепи, уменьшение времени заряда за счет того, что процесс зарядки осуществляется параллельно, и получение удвоенного напряжения на накопительных конденсаторах.
Указанный технический результат достигается тем, что, как и прототип, который также собран по схеме Аркадьева-Маркса, генератор импульсов напряжения содержит накопительные конденсаторы, разрядники, две зарядные ветви, одна из которых выполнена в виде цепочки из последовательно соединенных диодов и источника питающего напряжения.
Новым в заявляемом генераторе является то, что генератор дополнительно снабжен зарядной индуктивностью. Вторая зарядная цепь выполнена аналогичной первой, в виде цепочки из последовательно соединенных диодов, при этом зарядная индуктивность включена между одним из полюсов источника питающего напряжения и анодом последнего диода из второй ветви.
На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого генератора.
Генератор содержит несколько каскадов 1…n. Каждый из каскадов содержит накопительные конденсаторы 2, разрядники 3 и 4, зарядные диоды 5 и 6, а также общую для всех каскадов зарядную индуктивность 7.
Генератор импульсных напряжений работает следующим образом.
вх
Накопительные конденсаторы 2 заряжают через зарядную индуктивность 7, зарядные диоды 5 и 6 - от источника питающего напряжения U. Так как во время заряда все диоды 5 и 6 открыты, то накопительные конденсаторы соединены параллельно, и процесс заряда конденсаторов происходит одновременно. Время заряда конденсаторов определяется по формуле
t=π√LCn,
где L - зарядная индуктивность 7;
C - Емкость зарядных конденсаторов 2;
n - количество каскадов 1;
π - 3,14.
вx
гип
н
Такая схема позволяет зарядить накопительные конденсаторы за минимальное время с минимальными потерями мощности. При условии, что активное сопротивление цепи заряда близко к нулю, процесс заряда имеет резонансный характер, и накопительные конденсаторы 2 заряжаются до двойного напряжения питания, что не достигнуто ни в одной из известных схем Аркадьева-Маркса. После заряда накопительных конденсаторов 2 зарядные диоды 5 и 6 запираются и удерживают напряжение на накопительных конденсаторах на уровне 2U. После пробоя управляемого разрядника 3 с помощью генератора поджигающих импульсов U срабатывают остальные разрядники 4, накопительные конденсаторы оказываются соединенными последовательно и на выходе схемы на нагрузку R. мы имеем напряжение
вых
вx
U=2Un.
н
При этом, зарядные диоды 5 и 6 остаются закрытыми, не оказывая влияния на выходное напряжение. После разряда накопительных конденсаторов на нагрузку R, диоды 5 и 6 открываются и переодически процесс полностью повторяется.