192928. lajstromszámú szabadalom • Nagyfeszültségű, nagyáramú, kisinduktivitású gyors kapcsoloelem
7 192Ü28 8 A találmány szerinti kapcsolóelemek általánosan azt a funkciót látják el, hogy egy adott, a földpotenciálhoz képest U feszültségű pontot (a továbbiakban U táppontot) igen rövid idő alatt földpotenciálra kapcsoljanak. A valóságban az U táppont mindig valamilyen tárolóelemen - kapacitásbankon - jelenik meg az ilyen eseteknél. Ebben a bankban tárolt töltést - azaz energiát - kell a kapcsolóelemnek a megadott feltételek mellett átvinnie egy másik elemre (vagy hálózatra), nevezzük ezt .fogyasztónak". Az 1., illetve a 2. ábra a kapcsoló működését csak abból a szempontból írja le, hogy az U táppontot hogyan kapcsoljuk földpotenciálra. A 3. ábra már egy konkrét áramkörben egy adott .fogyasztóra" - egy ún. excimer lézercsőre - vonatkozóan szemlélteti a kapcsolóelem működését. Tekintsük először az 1. illetve a 2. ábrán feltüntetett eseteket, amikor egyszerűen az U táppontot igen rövid idő alatt (és rövid ideig) földpotenciálra kapcsoljuk. Az egyszerűség kedvéért tegyük fel, hogy a T tirátron A anódján a feszültséget U/2 értékre választottuk (általánosan U/n), azaz a T tirátronnak csak fele akkora feszültséget kell biztonságosan (átütés nélkül) elviselnie, mint amekkora a kapcsolni kívánt U táppontnak a feszültsége. A T tirátron A anódjának a feszültségét a Cl, C2 kondenzátorokból és az RI, R2 ellenállásokból álló dinamikus feszültségosztó lánccal állítjuk be. Ebben az esetben ez U/2, így C1=C2 és R1=R2. Az R3 ellenállásnak gyakorlatilag nincsen szerepe ebben az osztóláncban, mivel R3<<R1,R2 választással élünk (pl. tipikus értékek lehetnek: R3=500 Ohm, R1,R2=50 MOhm, azaz lO^es faktorral térnek el egymástól). A feszültségosztó lánc működését a továbbiakban nem részletezzük. Most a T tirátron R rácselektródájára adjunk vezérlőjelet. Ennek hatására a T tirátron vezetővé válik (eddig szakadásként viselkedett). A C2 kondenzátor így kisül a T tirátronon keresztül és a T tirátron A anódja föld potenciálra kerül. Ez azt jelenti, hogy az R3 ellenállás miatt a T tirátron A anódja és az SZ szikrakóz VI elektródája között megjelenik a Cl kondenzátor feszültsége. (Ez könnyen belátható, mivel ha az R3 ellenállás nem lenne ott, akkor az SZ szikraköz VI elektródája is a T tirátron A anódjával egyszerre kerülne földpotenciálra). Az R3 ellenállásra eső feszültség - ha az R3 ellenállást alkalmasan választottuk meg - akkora, hogy az SZ szikraköz E2 és VI elektródái között egy kis szikrakisülést hoz létre. Mivel az E2 elektróda a T tirátron A anódjával van (galvanikusan) összekötve, így az E2 elektróda is földpotenciálra került a T tirátron vezetővé válása után. A már említett E2 és VI elektródák közötti szikrakisülés ionizálja az SZ szikraközben lévő gázt, amely így vezetővé válik, és az E2 és El elektródák között megindul a fő kisülés, hiszen az El elektróda az U táppont feszültségén, mig az E2 elektróda földpotenciálon van ebben a pillanatban. Ezzel elértük célunkat: az U táppont a vezetővé vált T tirátronon és a szintén vezetővé vált SZ szikraközön keresztül főldpotenciálra került. A T tirátron sajátosságaiból adódóan vezetőképessége csak igen rövid ideig marad fenn (néhány nemkívánatos esettől eltekintve, ami gondos tervezéssel elkerülhető), azaz újra szakadásként viselkedik. Ez azt jelenti, hogy a T tirátronnak az A anódja ettől kezdve már nincs földpotenciálon (így vele együtt az E2 elektróda sincs), hanem a feszültsége igen gyorsan emelkedik. Mivel az El és az E2 elektróda közötti feszültség csökken, így az SZ szikraköz ivkisülése is megszűnik, tehát nemvezető állapotba kerül. Ennek ideje igen rövid a kapcsolás szemperit jából érdekes időkhöz képest. A T tirátron lezárásának pillanatától kezdve a T tirátron A anódjának a feszültségét gyakorlatilag ismét a Cl, C2 kondenzátorokból és az RI, R2 ellenállásokból álló osztólánc határozza meg. (Ezért kezd igen gyorsan emelkedni a feszültség a T tirátron A anódján - eredeti egyszerűsítő feltevésünk szerint U/2 értékre fut fel). A fentiekből látható, hogy célunkat elértük. Az U táppontot igen rövid idő alatt és rövid ideig földpotenciálra kapcsoltuk. A kapcsolás időtartamát a T tirátron tulajdonságai szabják meg elsősorban. A 2. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés működése csak az alábbiakban tér el az 1. ábrán szemléltetett megoldás működésétől: A szikraköznek mindkét, El és E2 elektródája mellé helyeztünk egy-egy, VI és V2 elektródát, amit a SZ szikrakóz működését biztonságosabbá, megbízhatóbbá teszi, ill. lehetőséget ad az SZ szikraköz átütési feszültségének növelésére (az El, E2 elektródák távolságának növekedésével). Ezeket a VI, V2 elektródákat teljesen azonos módon vezéreljük mint az 1. ábra esetében. Különbség még az, hogy itt az U/n feszültséget, ami az U táppont feszültségének az n-ed részének felel meg, ahol 0<n<l, más módon állitjuk be a T ti-átron A anódján, de ez a kapcsolási elrendezés működési elvén nem változtat. Nézzük meg most a 3. ábrán szereplő konkrét kapcsolást. Tegyük fel, hogy az U táppont feszültségét egy egyenáramú nagyfeszültségű tápegység biztosítja. Célszerű a kapcsolás működését időben két részre bontani. Legyen az egyik rész kezdete a T tirátron R rácselektródájára adott vezérlöimpulzus időpontja, vége pedig a lézerimpulzus megjelenése. A másik rész az ezen kívül eső idő. Vizsgáljuk először ezt az utóbbit. Ekkor feltehetjük, hogy az időintervallum kezdetekor a C1-C5 kondenzátorokon a feszültség mindenhol nulla, ez az alapállapot. Ebbó: kiindulva az U táppontrói az az R5, R6 ellerudlásokból álló osztólánc segítségével állítjuk be a kívánt feszültséget a T tirátron 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
