RU2101799C1

RU2101799C1 - Gear feeding pulse high-voltage device

Info

Publication number: RU2101799C1
Application number: RU96121127A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Бочков; И.Н. Гнедин
Original assignee: Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-01-10

Abstract

FIELD: electrical engineering, electronics. SUBSTANCE: in gear feeding pulse high-voltage device, for instance, gaseous-discharge one, high-voltage and auxiliary electrodes are supplied from one or several secondary windings of transformer loaded to adjacent electrodes of device placed coaxially. Anode circuit of device is used as primary winding of transformer. Other salient feature of gear consists in insertion of integrating network into supply circuit of adjacent electrodes. Another distinguishing feature of gear is addition of rectifier into power supply circuit of adjacent electrodes. Still another peculiarity of gear lies in usage of parasitic capacitance of gear and circuit of integrating network of power supply of electrodes, for example, anode and auxiliary electrode adjacent to it as capacitance. EFFECT: enhanced functional characteristics of gear. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электронной технике, более конкретно к устройствам питания импульсных высоковольтных приборов с накаливаемыми или холодными катодами, в том числе газоразрядных. The invention relates to electronic equipment, and more particularly to power devices for pulsed high-voltage devices with incandescent or cold cathodes, including gas-discharge ones.

Известно устройство питания импульсного высоковольтного газоразрядного прибора [1] содержащее потенциальный делитель, подключенный между катодом и анодом газоразрядного прибора и состоящий из резисторов, конденсаторов и нескольких разрядников, связывающих градиентные сетки прибора с делителем и шунтированных высокоомными резисторами. Потенциальный делитель обеспечивает равномерное распределение потенциалов на градиентных сетках, а разрядники способствуют повышению скорости выравнивания напряжения и ускорению деионизации высоковольтных промежутков при работе в режимах с отрицательным напряжением на аноде. A device for supplying a pulsed high-voltage gas-discharge device [1] is known, which contains a potential divider connected between the cathode and anode of the gas-discharge device and consisting of resistors, capacitors, and several arresters connecting the gradient mesh of the device to the divider and shunted by high-resistance resistors. The potential divider provides an even distribution of potentials on the gradient meshes, and the arresters help to increase the rate of voltage equalization and accelerate the deionization of high-voltage gaps when operating in modes with negative voltage at the anode.

Недостатком данного устройства является потребление значительной мощности, чрезмерная сложность и стоимость схемы, состоящей из большого числа высоковольтных резисторов, конденсаторов, диодов и недолговечных элементов - искровых разрядников, обычно выдерживающих не более 10⁶ срабатываний. Кроме того, устройство обеспечивает ускорение деионизации высоковольтных промежутков только при наличие отрицательной полярности напряжения анода.The disadvantage of this device is the consumption of significant power, the excessive complexity and cost of the circuit, consisting of a large number of high-voltage resistors, capacitors, diodes and short-lived elements - spark arresters, usually withstanding no more than 10 ⁶ operations. In addition, the device provides acceleration of deionization of high-voltage gaps only in the presence of a negative polarity of the voltage of the anode.

Известно также устройство питания многосеточного тиратрона [2] имеющего хотя бы одну пару сеток, находящихся под разными потенциалами. Напряжение питания на такую пару сеток подают таким образом, чтобы ближайший к аноду электрод этой или каждой пары сеток являлся отрицательным по отношению к ближайшему к катоду электроду. Напряжение на пару сеток подается с конденсатора, который заряжается от анодного источника с делителя, состоящего либо из высоковольтных конденсаторов, либо с обычного делителя напряжения, устанавливающего напряжение пары сеток. Данное устройство несколько проще первого, однако использование высоковольтных конденсаторов с рабочим напряжением до значения анодного напряжения тиратрона сильно увеличивает его габариты, а энергия, запасенная в этих конденсаторах, выделяясь в послеразрядный период в тиратронах, нагружает тиратрон ненужной мощностью. Так, при емкости этих конденсаторов 20 пФ и анодном напряжении 100 кВ в тиратроне на рабочей частоте 1 кГц дополнительно выделяется мощность
CU²f/2 20•10^-12•10¹⁰•10³/2 - 100 Вт.A power device for a multigrid thyratron [2] having at least one pair of grids under different potentials is also known. The supply voltage to such a pair of grids is supplied in such a way that the electrode of this or each pair of grids closest to the anode is negative with respect to the electrode closest to the cathode. The voltage for a pair of grids is supplied from a capacitor, which is charged from the anode source from a divider consisting of either high-voltage capacitors, or from a conventional voltage divider that sets the voltage of a pair of grids. This device is somewhat simpler than the first, however, the use of high-voltage capacitors with an operating voltage up to the thyratron anode voltage greatly increases its dimensions, and the energy stored in these capacitors, released in the post-discharge period in thyratrons, loads the thyratron with unnecessary power. So, with a capacitance of these capacitors of 20 pF and an anode voltage of 100 kV in a thyratron at an operating frequency of 1 kHz, power is additionally allocated
CU ² f / 2 20 • 10 ^-12 • 10 ¹⁰ • 10 ^3/2 - 100 W.

Наиболее близким устройством является устройство питания импульсного высоковольтного тиратрона, взятое в качестве прототипа изобретения, содержащее схемы питания высоковольтных и вспомогательных электродов с помешаю делителя напряжения, составленного из цепочек резисторов и конденсаторов [3] В данном случае высоковольтными электродами являются анод и катод прибора, а вспомогательными градиентные электроды, делящие разрядный объем тиратрона на ряд промежутков, в число которых могут входить как короткие (КП), выполняющие основную функцию деления полного напряжения прибора, так и промежутки с пространством дрейфа (ППД), Назначение ППД обеспечение сочетания размеров коротких промежутков, обычно составляющих 2 4 мм, с размерами секций изоляторов (секций оболочки приборов), которые должны обеспечивать злектропрочность каждой секции при работе ее снаружи прибора в воздушной среде или среде жидкого диэлектрика. Электропрочность наружной изоляции существенно ниже, чем злектропрочность газа, заполняющего КП, и поэтому размеры этих секций намного больше, чем размеры КП. ППД таким образом компенсирует разницу между размерами секций изоляторов и размерами КП, обеспечивая возможность реализации данной конструкции прибора. The closest device is a pulsed high-voltage thyratron power device, taken as a prototype of the invention, containing power circuits for high-voltage and auxiliary electrodes with a voltage divider made up of chains of resistors and capacitors [3] In this case, the high-voltage electrodes are the anode and cathode of the device, and auxiliary gradient electrodes dividing the discharge volume of the thyratron into a number of gaps, which may include short (KP), performing the main function the division of the total voltage of the device, as well as the gaps with the drift space (PDP), The purpose of the PDP is to provide a combination of the sizes of short gaps, usually 2-4 mm, with the dimensions of the sections of insulators (sections of the shell of the devices), which should ensure the electrical strength of each section when working outside instrument in air or liquid dielectric. The electrical strength of the outer insulation is significantly lower than the electrical strength of the gas filling the gearbox, and therefore the dimensions of these sections are much larger than the dimensions of the gearbox. PDP thus compensates for the difference between the dimensions of the insulator sections and the dimensions of the gearbox, making it possible to implement this design of the device.

Известный способ питания электродов в многосекционных приборах является по существу способом пассивного деления напряжения между секциями с помощью высоковольтного резистивного делителя напряжения или делителя, имеющего резистивно-емкостные элементы, распределяющие анодное напряжение прибора равномерно по высоковольтным секциям. The known method for supplying electrodes in multi-section devices is essentially a method for passively dividing voltage between sections using a high-voltage resistive voltage divider or a divider having resistive-capacitive elements distributing the anode voltage of the device evenly across the high-voltage sections.

Пассивный способ применен и для борьбы с эрозией приемной поверхности анода. Особенно сильно это явление влияет на срок службы приборов, работающих в режимах с коммутацией коротких длительностей тока с крутизной переднего фронта свыше 10¹⁰ А/с. При этом энергия бомбардирующих анод электронов во время развития разряда, т.е. на фронте импульса может достигать значений в десятки кэВ, что при токах, обычных для режимов эксимерных лазеров порядка нескольких тысяч или десятков тысяч ампер, вызывает локальный нагрев, испарение материала анода, вплоть до прожигания сквозного отверстия в нем, приводящего к потере герметичности и выходу прибора из строя. До настоящего времени с этим явлением в большинстве конструкций тиратронов боролись посредством применения вкладышей из тугоплавких материалов, помещаемых на аноде в месте падения электронного пучка, что обеспечивает в течение до 10⁸ импульсов защиту анода от прожига при токах в импульсе до 10 кА. В то же время сильный нагрев анодной поверхности в месте бомбардировки отрицательно влияет на многие характеристики прибора, так как повышает газоотделение в рабочий объем, а наличие разогретого до температуры плавления вольфрама или молибдена пятна, являющегося эффективным эмиттером, увеличивает время восстановления электрической прочности, т.е. снижает частотные свойства прибора. При токах же больших 10 кА и анодных напряжениях свыше 25 кВ использование тугоплавких материалов не обеспечивает защиты анода даже на срок до 10⁷ импульсов.The passive method is also used to combat erosion of the receiving surface of the anode. This phenomenon especially affects the service life of devices operating in switching modes with short current durations with a steep edge of more than 10 ¹⁰ A / s. In this case, the energy of the electron bombarding the anode during the development of the discharge, i.e. at the pulse front, it can reach values of tens of keV, which at currents typical of excimer laser regimes of the order of several thousand or tens of thousands of amperes causes local heating, evaporation of the anode material, up to burning a through hole in it, leading to loss of tightness and exit of the device out of service. Until now, this phenomenon has been fought in most thyratron designs by using inserts of refractory materials placed on the anode at the site of electron beam incidence, which provides protection of the anode against burning during up to 10 ⁸ pulses at pulse currents of up to 10 kA. At the same time, strong heating of the anode surface at the site of the bombardment negatively affects many characteristics of the device, since it increases gas separation into the working volume, and the presence of a spot heated to the melting point of tungsten or molybdenum, which is an effective emitter, increases the recovery time of electric strength, i.e. . reduces the frequency properties of the device. At currents greater than 10 kA and anode voltages above 25 kV, the use of refractory materials does not protect the anode even for up to 10 ⁷ pulses.

К недостаткам известного устройства питания относятся:
напряжение питания высоковольтных электродов вследствие того, что делитель подключается параллельно прибору, сразу же после его срабатывания становится довольно малой величины (±100 В, т.е. между секциями прибора с четырьмя высоковольтными промежутками не более 0 25 В) и нарастает синхронно с ростом анодного напряжения. В то же время для обеспечения быстрой деионизации в послеразрядный период, особенно деионизации пространства дрейфа, т.е. быстрому восстановлению его первоначальной электрической прочности, что необходимо для повышения рабочих частот, требуется приложение между секциями достаточно большого (200 300)В "рассасывающего" напряжения сразу же после прохождения импульса тока или еще во время спада импульса тока;
наличие громоздкого делителя напряжения, потребляющего сотни ватт мощности (токи в делителе 1 30 мА при напряжениях от 30 до 250 кВ);
невозможность динамичного регулирования уровня напряжения на электродах в процессе импульсной работы приборов, как для эффективного ускорения деионизации и, что также весьма важно, для подавления процессов эрозии анода, резко снижающей долговечность. Эти процессы особенно интенсивны в приборах, работающих в режимах с наносекундной и субмикросекундной длительностью импульсов тока.The disadvantages of the known power device include:
the supply voltage of the high-voltage electrodes, due to the fact that the divider is connected in parallel with the device, immediately after its operation becomes quite small (± 100 V, i.e. between the sections of the device with four high-voltage gaps of no more than 0 25 V) and increases simultaneously with the growth of the anode voltage. At the same time, to ensure fast deionization in the post-discharge period, especially deionization of the drift space, i.e. the quick restoration of its initial electric strength, which is necessary to increase the operating frequencies, requires the application between the sections of a sufficiently large (200 300) V “absorbable” voltage immediately after the passage of the current pulse or even during the decay of the current pulse;
the presence of a bulky voltage divider, consuming hundreds of watts of power (currents in the divider 1 30 mA at voltages from 30 to 250 kV);
the impossibility of dynamically adjusting the voltage level at the electrodes during the pulse operation of devices, both for efficiently accelerating deionization and, which is also very important, for suppressing anode erosion processes, which sharply reduces durability. These processes are especially intense in devices operating in modes with nanosecond and submicrosecond current pulse durations.

Задачей изобретения является создание устройства, динамично регулирующего уровень питающих напряжений на электродах высоковольтного импульсного прибора для обеспечения повышения рабочих частот коммутируемого прибором тока, увеличения долговечности прибора, а также уменьшение потребления энергии питания электродной системы прибора. The objective of the invention is to provide a device that dynamically controls the level of supply voltage on the electrodes of a high-voltage pulse device to provide increased operating frequencies of the current switched by the device, to increase the durability of the device, as well as to reduce the energy consumption of the power supply of the electrode system of the device.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве питания импульсного высоковольтного прибора, например газоразрядного, питание высоковольтных и вспомогательных электродов осуществляется от коаксиально относительно прибора расположенных одной или нескольких вторичных обмоток трансформатора, нагруженных на пары смежных электродов прибора, при этом первичной обмоткой трансформатора служит анодная цепь прибора. The technical result is achieved by the fact that in the known power device of a pulsed high-voltage device, for example a gas-discharge device, the high-voltage and auxiliary electrodes are supplied coaxially with respect to the device located one or more secondary windings of the transformer loaded on pairs of adjacent electrodes of the device, while the anode circuit serves as the primary winding of the transformer device.

Другим отличием является то, что в схемы питания смежных электродов включена интегрирующая цепочка. Another difference is that an integrating circuit is included in the power circuits of adjacent electrodes.

Следующим отличием является то, что в схемы питания смежных электродов включен выпрямитель. The next difference is that a rectifier is included in the power circuits of adjacent electrodes.

Еще одним отличием является использование в качестве емкости интегрирующей цепочки схемы питания электродов, например анода и смежного с ним вспомогательного электрода, паразитной емкости прибора и схемы. Another difference is the use as the capacity of the integrating chain of the power supply circuit of the electrodes, for example, the anode and adjacent auxiliary electrode, the parasitic capacitance of the device and circuit.

При проведении анализа уровня техники не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, а сравнение предлагаемого решения с наиболее близким по совокупности признаков аналогом позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству. When conducting the analysis of the prior art, no analogues were found that are characterized by characteristics identical to all the essential features of the claimed invention, and a comparison of the proposed solution with the closest in terms of the totality of features analogue revealed a combination of essential distinguishing features set forth in the claims. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "novelty" under applicable law.

Анализ источников информации показал, что заявляемое изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как не выявлены технические решения, в которых отличительные признаки заявляемого изобретения обеспечивали бы достижение того же технического результата. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень". An analysis of the sources of information showed that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art for a specialist, since technical solutions have not been identified in which the distinguishing features of the claimed invention would achieve the same technical result. Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step".

На Фиг. 1 показана конструкция секционированного коммутатора и принципиальная электрическая схема устройства питания его высоковольтных электродов; на фиг. 2 другой вариант предлагаемого устройства. In FIG. 1 shows the design of a partitioned switch and a circuit diagram of a power device for its high voltage electrodes; in FIG. 2 is another variant of the proposed device.

Устройство питания импульсного высоковольтного прибора 1 содержит схемы питания: высоковольтных (анод 2 и катод 3) от источника анодного напряжения U_а и вспомогательных (4, 5, 6, 7, 8) электродов от коаксиально расположенной вторичной обмотки 9 из изолированного медного провода, намотанного на ферритовый сердечник 10, которая надевается на корпус прибора 1 вблизи от выводов электродов, в данном случае электродов ППД 5 и 6. На каркасе обмотки 9 смонтирована схема выпрямителя D с интегрирующей цепочкой, состоящей из конденсатора C и резистора R. Вывод устройства питания отрицательной полярности подключается к ближайшему к аноду 2 электроду ППД 5, а положительной полярности к смежному с ним ближайшему к катоду 3 электроду ППД 6. Электроды 2, 4 и 5, а также 6, 7 и 8 образуют между собой короткие межэлектродные промежутки, а 5 и 6 промежутки с пространством дрейфа 11. Устройство может также включать (Фиг. 2) вспомогательный электрод 12 с выводом 13, на котором размещены вторичные обмотки Т 1 и Т 2 трансформатора. Вторичная обмотка Т 3 трансформатора расположена аналогично фиг. 1, 14 электронный пучок, 15 диод, 16 изолятор, отделяющий анод 2 от вспомогательного электрода 12.The power supply device of a pulsed high-voltage device 1 contains power circuits: high-voltage (anode 2 and cathode 3) from an anode voltage source U _a and auxiliary (4, 5, 6, 7, 8) electrodes from a coaxially located secondary winding 9 from an insulated copper wire wound on a ferrite core 10, which is put on the housing of the device 1 near the terminals of the electrodes, in this case, the PPD electrodes 5 and 6. A rectifier D circuit with an integrating circuit consisting of a capacitor C and a resistor R is mounted on the winding frame 9. the power supply device of negative polarity is connected to the PPD 5 electrode closest to the anode 2, and the PPD 6 electrode adjacent to it closest to the cathode 3 6. The electrodes 2, 4 and 5, as well as 6, 7 and 8 form short inter-electrode gaps, and 5 and 6 are gaps with the drift space 11. The device may also include (Fig. 2) an auxiliary electrode 12 with terminal 13, on which the secondary windings T 1 and T 2 of the transformer are placed. The secondary winding T 3 of the transformer is located similarly to FIG. 1, 14 electron beam, 15 diode, 16 insulator separating the anode 2 from the auxiliary electrode 12.

Устройство работает следующим образом. В статическом состоянии потенциалы катода 3 и соединенного с ним через резистор R_g электрода 8 одинаковы. На высоковольтные электроды анод 2 и катод 3 подается напряжение питания U_а. При этом за счет токов утечки и межэлектродных емкостей в статическом состоянии устанавливается равномерное распределение потенциалов между электродами коротких промежутков. Потенциалы электродов ППД, соединенных между собой через обмотку 9 и диод D, приблизительно равны. Включение прибора происходит при подаче управляющего импульса напряжения U_tr на электрод 8. При этом в приборе происходит пробой всех межэлектродных промежутков и начинает идти ток на анод 2.The device operates as follows. In the static state, the potentials of the cathode 3 and the electrode 8 connected to it through the resistor R _{g are the} same. The high voltage electrodes anode 2 and cathode 3 are supplied with a supply voltage U _a . In this case, due to leakage currents and interelectrode capacitances in a static state, a uniform distribution of potentials between the short gap electrodes is established. The potentials of the PPD electrodes connected to each other through the winding 9 and the diode D are approximately equal. The device is turned on when a control voltage pulse U _tr is applied to the electrode 8. At the same time, the breakdown of all interelectrode gaps occurs in the device and the current begins to flow to the anode 2.

При прохождении импульса анодного тока на обмотки 9 возникает индуцированное напряжение, которое подается через выпрямитель D, конденсатор C и резистор R на электроды ППД 5 и 6. Это напряжение достигает максимального значения ко времени окончания импульса тока, заряжающего конденсатор C, и остается некоторое время, зависящее от выбора параметров R и C, на электродах ППД. Величина напряжения на ППД в период между импульсами также в зависимости от выбора значений R и C устанавливается на уровне ниже напряжения поддержания горения разряда, с полярностью минус на электроде 5, относительно электрода 6. Все это способствует распаду плазмы в объеме ППД и запиранию ППД в период непосредственно после прохождения импульса тока, т.е. быстрому восстановлению электрической прочности прибора и поддержанию ее в остальное время. With the passage of the anode current pulse to the windings 9, an induced voltage arises, which is supplied through the rectifier D, capacitor C and resistor R to the PPD electrodes 5 and 6. This voltage reaches its maximum value by the time the current pulse charging the capacitor C ends, and it remains for some time, depending on the choice of parameters R and C, on the PPD electrodes. The voltage on the PDP in the period between pulses is also set, depending on the choice of the values of R and C, below the voltage for maintaining the discharge burning, with a polarity minus on the electrode 5, relative to the electrode 6. All this contributes to the decay of the plasma in the volume of the PDP and the blocking of the PDP during the period immediately after the passage of the current pulse, i.e. quick restoration of the electric strength of the device and maintaining it the rest of the time.

Поскольку проблем с электропрочностью импульсных трансформаторов тока не существует, данный способ позволяет обеспечить питание любого количества секций и под любым потенциалом за счет включения к электродам ППД соответствующего количества импульсных трансформаторов тока (например, см. фиг. 2). В отличие от известного данное устройство является "активным" источником, так как напряжение питания электродов зависит от динамики изменения тока,проходящего через прибор, и увеличивается при увеличении амплитуды и крутизны фронта импульса тока. Устройство таким образом автоматически компенсирует изменение плотности заряженных частиц при изменении режимов работы прибора, что способствует сохранению его электрической прочности и частотных свойств. При необходимости может быть применено ограничение напряжения на ППД посредством включения в схему стабилитронов. Since there are no problems with the electric strength of pulsed current transformers, this method allows you to provide power to any number of sections and at any potential by connecting the corresponding number of pulsed current transformers to the PDS electrodes (for example, see Fig. 2). Unlike the known device, this device is an "active" source, since the voltage of the electrodes depends on the dynamics of the current passing through the device and increases with increasing amplitude and steepness of the current pulse front. The device thus automatically compensates for the change in the density of charged particles when changing the operating modes of the device, which helps to maintain its electrical strength and frequency properties. If necessary, voltage limitation on the PDD can be applied by including zener diodes in the circuit.

Заявляемая схема источника питания эффективно работает и в режимах с коммутацией коротких длительностей тока с крутизной переднего фронта свыше 10¹⁰ А/с. За счет применения "активного" источника можно эффективно снизить эрозию поверхности анода, подавая между анодом и вспомогательным, смежным с анодом электродом напряжение с полярностью, тормозящим электронный пучок, бомбардирующий анод.The inventive power supply circuit also works effectively in switching modes with short current durations with a steep edge of more than 10 ¹⁰ A / s. By using an “active” source, erosion of the surface of the anode can be effectively reduced by applying a voltage between the anode and the auxiliary electrode adjacent to the anode with polarity inhibiting the electron beam bombarding the anode.

Вариант такого использования изобретения показан на Фиг. 2. An embodiment of this use of the invention is shown in FIG. 2.

Конструкция прибора и схема питания электродов ППД и высоковольтных электродов 2 и 3 в принципе аналогична схеме, показанной на фиг. 1. С помощью обмотки Т 1 осуществляется питание межэлектродного пространства между анодом 2 и вспомогательным электродом (ВЭ) 12, разделенных изолятором 16, в послеразрядный период, обеспечивающее быструю его деионизацию. Отличие состоит в том, что анод 2 и вспомогательный электрод 12 запитаны также и от еще одного "активного" источника,состоящего из вторичной обмотки трансформатора Т 2 (первичной обмоткой, как и на фиг. 1 служит цепь тока анода). Причем в качестве емкости в данном случае используется паразитная емкость прибора и схемы (на фиг. 2 не показана), что определяет минимальную инерционность срабатывания этого источника питания. Диод 15 служит для того, чтобы емкость C 1 не разряжалась через обмотку Т 2. Обмотки Т 1 и Т 2 расположены на выводе 13 вспомогательного электрода 12. The design of the device and the power supply circuit of the PPD electrodes and high-voltage electrodes 2 and 3 are in principle similar to the circuit shown in FIG. 1. Using a winding T 1, the interelectrode space is supplied between the anode 2 and the auxiliary electrode (SE) 12, separated by an insulator 16, in the post-discharge period, which ensures its fast deionization. The difference is that the anode 2 and the auxiliary electrode 12 are also powered from another "active" source, consisting of the secondary winding of the transformer T 2 (the primary winding, as in Fig. 1, is the anode current circuit). Moreover, in this case, the parasitic capacitance of the device and circuit (not shown in Fig. 2) is used as the capacitance, which determines the minimum inertia of the operation of this power source. The diode 15 serves to ensure that the capacitance C 1 is not discharged through the winding T 2. The windings T 1 and T 2 are located on the terminal 13 of the auxiliary electrode 12.

Устройство работает следующим образом. При включении прибора с катода эмитируется электронный пучок 14. При прохождении импульса тока этого пучка на обмотках Т 1 и Т 2 возникают индуцированные напряжения, которые подаются на анод 2 и вспомогательный электрод (ВЭ) 12 в полярности (минус на ВЭ), тормозящей влетевшие в пространство между ними электроны. Напряжение, снимаемое с Т2, достигает максимального значения на фронте импульса тока за время "тау" порядка единиц наносекунд. Таким образом, при длительности фронта импульса тока до 100 нс, характерной для режимов эксимерных лазеров,между анодом и ВЭ появится напряжение (до нескольких десятков киловольт), достаточное для торможения электронного пучка уже на начальной стадии развития разряда. После окончания импульса тока анода, за счет напряжения, накопленного на C1, в пространстве между анодом 2 и ВЭ 12 происходит интенсивная деионизация, быстро восстанавливающая электропрочность прибора. Обмотка Т3, как и на фиг. 1, совместно с интегрирующей цепочкой C2 R2 и диодным мостом D2 служит для обеспечения деионизации дрейфового пространства ВЭ 5 и 6. The device operates as follows. When the device is turned on, an electron beam is emitted from the cathode 14. When a current pulse of this beam passes through the windings T 1 and T 2, induced voltages arise, which are applied to the anode 2 and the auxiliary electrode (VE) 12 in polarity (minus on the VE), which slows down the space between them is electrons. The voltage removed from T2 reaches its maximum value at the front of the current pulse during the tau time of the order of a few nanoseconds. Thus, when the duration of the current pulse front is up to 100 ns, which is characteristic of excimer laser modes, a voltage (up to several tens of kilovolts) will appear between the anode and the SE, sufficient to slow down the electron beam already at the initial stage of discharge development. After the end of the anode current pulse, due to the voltage accumulated on C1, intense deionization occurs in the space between the anode 2 and the VE 12, which quickly restores the electrical strength of the device. T3 winding, as in FIG. 1, together with the integrating chain C2 R2 and the diode bridge D2, serves to ensure deionization of the drift space of the SE 5 and 6.

Применение схемы питания с активным источником позволяет за счет торможения электронов уменьшить выделяющуюся на аноде мощность, существенно повысить срок службы и повысить частотные свойства прибора. The use of a power supply circuit with an active source makes it possible to reduce the power released at the anode due to electron braking, significantly increase the service life, and increase the frequency properties of the device.

Если мощность выделяется в основном только на переднем фронте или только на спаде импульса тока, возможно достичь желаемого результата за счет простой фазировки напряжения, снимаемого со вторичной обмотки трансформатора, т. е. подавая его таким образом, что во время, соответствующее прохождению фронта (спада) импульса анодного тока в приборе, на анод подается отрицательная полярность напряжения относительно вспомогательного электрода. If the power is allocated mainly only on the leading edge or only on the decay of the current pulse, it is possible to achieve the desired result due to simple phasing of the voltage taken from the secondary winding of the transformer, i.e., applying it in such a way that at a time corresponding to the passage of the front (decay) ) of the anode current pulse in the device, negative polarity of voltage relative to the auxiliary electrode is applied to the anode.

Если же мощность выделяется как на фронте, так и на спаде импульса тока, то необходимо применить схему источника питания смежных анода 2 и вспомогательного электрода (ВЭ) 12 с выпрямителем, с которого напряжение в отрицательной относительно анода полярности подается на ВЭ. If the power is allocated both at the front and at the drop of the current pulse, then it is necessary to apply the power supply circuit of adjacent anode 2 and auxiliary electrode (VE) 12 with a rectifier, from which the voltage in negative relative to the anode polarity is supplied to the VE.

В тиратронах такое включение изолированных друг от друга смежных анода и вспомогательного электрода при подаче на них высоких импульсных напряжений, возникающих на обмотке трансформатора за счет индуктивной связи с током анода, позволяет:
используя более эффективное торможение электронов в течение длительности переднего фронта импульса тока, снизить эрозию поверхности анода;
после прохождения импульса тока анода, за счет оставшегося на емкости C1 напряжения обеспечить быструю деионизацию пространства между анодом и смежным с ним вспомогательным электродом;
за счет ограничения с помощью резистора R1 тока, идущего на поверхность анода 2, по постоянному напряжению имеющего одинаковый потенциал с ВЭ 12, существенно уменьшить эрозию его поверхности, обращенной к КП с более высоким уровнем рабочего напряжения, который весьма чувствителен к изменению своих размеров (т.к. работает на круто спадающей ветви кривой Пашена). Важно также, что в случае работы прибора в колебательном режиме токопрохождения (например, на низкоимпедансную нагрузку, характерную для лазеров, электрофильтров со стриммерной короной и пр.), эрозия уменьшается как в прямых, так и обратных полупериодах тока. Отметим, что во время обратной полуволны тока эрозия обусловлена не электронной бомбардировкой, а совершенно иным физическим процессом возникновением взрывной эмиссии и катодных пятен на поверхности анода. Поэтому использование за счет предлагаемой схемы в качестве токоприемного (в положительном полупериоде) и эмиттирующего (в отрицательном полупериоде) электрода ВЭ 12, разделенного от анода 2 пространством дрейфа и одной из секций 16 изолирующей оболочки, позволяет существенно повысить срок службы прибора.In thyratrons, such an inclusion of adjacent anode and auxiliary electrode isolated from each other when high pulse voltage is applied to them, which occur on the transformer winding due to inductive coupling with the anode current, allows:
using more effective electron braking during the duration of the leading edge of the current pulse, reduce erosion of the anode surface;
after the passage of the anode current pulse, due to the voltage remaining on the capacitance C1, ensure fast deionization of the space between the anode and the auxiliary electrode adjacent to it;
due to the limitation of the current flowing to the surface of the anode 2 with the help of a resistor R1, which has the same potential with a VE 12 at a constant voltage, it is possible to significantly reduce the erosion of its surface facing a gearbox with a higher level of operating voltage, which is very sensitive to a change in its size (t works on a steeply falling branch of the Paschen curve). It is also important that in the case of operation of the device in an oscillatory mode of current passage (for example, at a low impedance load, characteristic of lasers, electrostatic precipitators with a streamer corona, etc.), erosion decreases both in direct and reverse current half-periods. Note that during the reverse half-wave of the current, erosion is caused not by electronic bombardment, but by a completely different physical process, the occurrence of explosive emission and cathode spots on the surface of the anode. Therefore, the use of the proposed circuit as a current-receiving (in the positive half-period) and emitting (in the negative half-period) electrode VE 12, separated from the anode 2 by the drift space and one of the sections 16 of the insulating shell, can significantly increase the life of the device.

Предлагаемое устройство позволяет устранить основные недостатки известного устройства питания электродов тиратронов, так как оно практически не потребляет энергию в период между импульсами анодного тока, а, обеспечивая появление напряжения на электродах прибора, каждый раз при прохождении импульса тока и его наличие непосредственно в течение достаточного времени в послеразрядный период позволяет ускорить деионизацию межэлектродного пространства, что особенно важно для промежутков с большими размерами, таких как ППД (которым является и пространство между анодом и смежным с ним вспомогательным электродом в так называемых полых анодах), существенно повысить значения рабочих частот прибора, а также снизить эрозию токоприемной поверхности анода. The proposed device eliminates the main disadvantages of the known device for supplying thyratron electrodes, since it practically does not consume energy in the period between the pulses of the anode current, and, providing voltage on the electrodes of the device, every time a current pulse passes and its presence is available for a sufficient time in the post-discharge period allows you to accelerate the deionization of the interelectrode space, which is especially important for gaps with large sizes, such as PPD (which is and the space between the anode and the auxiliary electrode adjacent to it in the so-called hollow anodes), significantly increase the values of the operating frequencies of the device, as well as reduce the erosion of the current-receiving surface of the anode.

В некоторых случаях питание электродов ППД с помощью трансформатора тока может сочетаться с известным способом питания, используя резистивно-емкостной делитель. При этом сохраняется эффект, получаемый за счет ускорения деионизации ППД. In some cases, the power supply of the PPD electrodes using a current transformer can be combined with a known power method using a resistive-capacitive divider. At the same time, the effect obtained by accelerating the deionization of the PPD is retained.

Существенный эффект от данного изобретения наблюдается как при питании анодной цепи прибора от источника постоянного напряжения, так и при импульсном питании. A significant effect of this invention is observed both when powering the anode circuit of the device from a constant voltage source, and with pulse power.

Предлагаемое устройство было использовано для питания секционированного тиратрона с холодным катодом,работающим при импульсном напряжении (100 кВ, с длительностью 40 мкс) питания анода и импульсном токе в нагрузке R_а до 10000 А с длительностью 300 нс. Тиратрон имеет четыре коротких и два межэлектродных промежутка с пространством дрейфа, питающийся от трех "активных" источников, как показано на фиг.2. На коротких промежутках напряжение устанавливается (распределяется) автоматически за счет токов утечки (в случае питания прибора от источника постоянного напряжения) или за счет емкостного деления на межэлектродных емкостях (в случае питания от импульсного источника). Параметры вторичных обмоток трансформаторов: Т1 внутренний диаметр 28 мм, Т2 и Т3 внутренний диаметр 85 мм, длина каркаса обмоток 15 мм, количество витков повода МГТФЛ у Т1 и Т3 50 витков, у Т2 100 витков. В схеме использован диоды типа КД-213, конденсаторы C1 и C2 МБМ 2 мкФ, резисторы R1 и R2 МЛТ-2 9,1 кОм. Тиратрон для сравнения испытывался и в схеме с известным способом питания электродов посредством резистивного делителя напряжения из четырех резисторов типа КЭВ-60 по 7 МОм и двух резисторов МЛТ-2 по 470 0м, подключенных от одной точки основного делителя из резисторов КЭВ к электродам ППД. В этом случае мощность, потребляемая делителем напряжения, была около 300 Вт, максимальная рабочая частота, достигнутая прибором, составила 470 Гц, а наработка в данном режиме 1,8•10⁷ импульсов, после чего прибор вышел из строя из-за прожига анода. В схеме питания по предлагаемому способу мощность, потребляемая для питания ППД, составила менее 8 Вт, рабочая частота 800 Гц, а наработка составила в данном режиме 10⁸ импульсов без деградации каких-либо параметров прибора.The proposed device was used to power a sectioned thyratron with a cold cathode operating at a pulsed voltage (100 kV, with a duration of 40 μs) of the anode power and a pulsed current at a load of R _a up to 10,000 A with a duration of 300 ns. The thyratron has four short and two interelectrode gaps with a drift space, powered by three "active" sources, as shown in Fig.2. At short intervals, the voltage is set (distributed) automatically due to leakage currents (in the case of power supply of the device from a constant voltage source) or due to capacitive division on interelectrode capacitances (in the case of power supply from a pulsed source). Parameters of the secondary windings of transformers: T1 inner diameter 28 mm, T2 and T3 inner diameter 85 mm, length of the winding frame 15 mm, the number of turns of the MGTFL drive for T1 and T3 50 turns, for T2 100 turns. The circuit used diodes of the type KD-213, capacitors C1 and C2 MBM 2 μF, resistors R1 and R2 MLT-2 9.1 kOhm. For comparison, the thyratron was also tested in a circuit with a known method of supplying electrodes by means of a resistive voltage divider of four KEV-60 resistors of 7 MΩ each and two MLT-2 resistors of 470 0 m each, connected from one point of the main divider of KEV resistors to PPD electrodes. In this case, the power consumed by the voltage divider was about 300 W, the maximum operating frequency reached by the device was 470 Hz, and the operating time in this mode was 1.8 • 10 ⁷ pulses, after which the device failed due to burning of the anode. In the power circuit according to the proposed method, the power consumed to power the PDP was less than 8 W, the operating frequency was 800 Hz, and the operating time in this mode was 10 ⁸ pulses without degradation of any parameters of the device.

Таким образом, предлагаемое устройство питания электродов секционированного газоразрядного прибора позволяет получить существенные преимущества перед известным способом -уменьшить потребляемую мощность, снизить эрозию анода и повысить частотные параметры прибора, что весьма важно для различных областей применения. Thus, the proposed device for supplying the electrodes of a sectioned gas-discharge device allows one to obtain significant advantages over the known method — to reduce power consumption, reduce anode erosion and increase the frequency parameters of the device, which is very important for various applications.

Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует требованию "промышленная применимость". Therefore, the present invention meets the requirement of "industrial applicability".

Claims

1. A power device for a pulsed high-voltage device, for example, a gas-discharge device, containing power circuits for high-voltage and auxiliary electrodes, characterized in that one or more secondary windings of the transformer loaded on pairs of its adjacent electrodes are located coaxially to the device, while the anode circuit of the device serves as a turn of the primary winding of the transformer.

2. The device according to claim 1, characterized in that an integrating circuit is included in the power supply circuit of the electrodes.

3. The device according to claim 1, characterized in that a rectifier is included in the power supply circuit of the electrodes.

4. The device according to claim 2, characterized in that the parasitic capacitance of the device and circuit is used as the capacity of the integrating circuit of the electrode supply circuit, for example, the anode and the auxiliary electrode adjacent to it.