펄스 형성망

Pulse-forming network
Nd의 펄스 형성 네트워크:YAG 레이저 거리 측정기
고에너지 핵융합 전력 실험용 펄스 전력을 생산하는 미국 공군 연구소의 시바 스타 장치.6개의 레이디얼 암 각각은 중심에 에너지 펄스를 전달하는 펄스 형성 라인이며, 그 캐패시터는 총 10MJ의 에너지를 저장하고 120kV 및 600만암페어의 마이크로초 펄스를 생성할 수 있다.

펄스 형성 네트워크(PFN)는 전기 에너지를 비교적 장기간에 걸쳐 축적한 후 다양한 펄스 전력 애플리케이션에 대해 비교적 짧은 지속시간의 비교적 사각 펄스 형태로 축적된 에너지를 방출하는 전기 회로입니다.PFN에서는 콘덴서, 인덕터, 전송로 등의 에너지 축적 부품을 고압전원에 의해 충전한 후 스파크갭 또는 수소티라트론 등의 고압스위치를 통해 부하로 급속방전한다.반복 속도는 단일 펄스에서 초당 약 10까지입니다4.PFN은 레이더 세트의 클라이스트론 또는 마그네트론 튜브 발진기, 펄스 레이저, 입자 가속기, 플래시 튜브 및 고전압 유틸리티 테스트 장치 등의 전력 장치에 단시간의 균일한 전기 펄스를 생성하기 위해 사용됩니다.

많은 고에너지 연구 장비는 열 방산을 억제하기 위해 펄스 모드로 작동하며, 고에너지 물리학은 종종 단시간에 발생하기 때문에 고에너지 연구에 대규모 PFN이 널리 사용된다.이들은 번개와 유사한 테라와트 범위의 피크 전력으로 최대 10-10V의67 전압과 최대6 10암페어의 전류를 가진 나노초 길이의 펄스를 생성하는 데 사용되어 왔다.

실행

PFN은 일련의 고전압 에너지 저장 캐패시터와 인덕터로 구성됩니다.이들 컴포넌트는 전송로의 길이와 동일하게 동작하는 "경사망"으로 상호 접속됩니다.이 때문에, PFN은 「인공 또는 합성 전송선」이라고 불리는 경우가 있습니다.전기 에너지는 처음에 고전압 DC 전원 공급기에 의해 PFN의 충전된 캐패시터 내에 저장됩니다.PFN이 방전되면 캐패시터가 순차적으로 방전되어 거의 직사각형 모양의 펄스를 생성합니다.펄스는 전송 라인을 통해 부하로 전달됩니다.에너지가 PFN으로 반사되지 않도록 PFN을 부하와 일치시켜야 합니다.

전송 회선 PFN

단순 충전 전송선 펄스 발생기

펄스 형성 [1][2]네트워크로서 전송로의 길이를 이용할 수 있다.이로 인해 케이블 길이가 길어야 하는 불편함에 따라 상당히 평평한 펄스가 발생할 수 있습니다.

간이전송로펄스발생장치(애니메이션, 오른쪽)에서는 한쪽 끝은 스위치를 통해 정합부하R에L, 다른 한쪽 끝은 저항R을S 통해 직류전압원V에 접속되어 있으며, 이는 [1]선로의 특성임피던스Z에0 비해 크다.전원 장치가 연결되면 R을 통해S 회선의 캐패시턴스를 천천히 충전합니다.스위치가 닫히면 부하에 V/2와 동일한 전압이 인가되고, 라인에 저장된 전하가 V0/2Z의 전류로 부하를 통해 방전되기 시작하고, 전압 스텝이 라인을 따라 [2]소스를 향해 이동합니다.회선의 소스 엔드는 R이S [1]높기 때문에 거의 개방 회로이기 때문에 스텝은 변환되지 않고 회선을 따라 부하를 향해 역행합니다.그 결과 전압 펄스가 2D/c와 동일한 지속 시간으로 부하에 인가됩니다. 여기서 D는 라인의 길이이고 c는 라인 [1]내 펄스의 전파 속도입니다.일반적인 전송로의 전파 속도는 광속의 50% 이내입니다.예를 들어, 대부분의 동축 케이블 타입에서 전파 속도는 약 2/3 광속, 즉 20cm/ns입니다.

고출력 PFN은 일반적으로 오일 또는 탈이온수로 채워진 파이프로 구성된 전문 전송로를 유전체로 사용하여 고출력 [2]방산을 처리합니다.

단순한 PFN 펄스 발생기의 결점 때문에 송전선는 부하 저항 RL에 반사를 막기 위해 일치시켜야 하기 때문에 전압 펄스의 부하와 지원은 전압이 라인에 저장된 동등하는 부하 저항, 열의 특성 임피던스 사이에, 나뉘어 진다는 단지 1/2전원 공급 대는o이타주[1][2]

블루믈레인 전송선로

Blumlein 제너레이터는 충전 전압 V와 동일한 펄스를 생성할 수 있다는 장점이 있습니다.

위의 문제를 회피하고 전원 전압 V와 동일한 출력 펄스를 생성하는 전송선 회로는 1937년 영국의 엔지니어 앨런 블루머인에[3] 의해 발명되어 오늘날 [1]PFN에서 널리 사용되고 있습니다.Blumlein 제너레이터(애니메이션 오른쪽)에서는 부하가 동일한 길이의 2개의 전송 라인 사이에 직렬로 연결되어 있으며, 이들 전송 라인은 한쪽 끝에 있는 DC 전원 공급기에 의해 충전됩니다([1]오른쪽 라인은 부하 임피던스를 통해 충전됩니다).펄스를 트리거하기 위해 스위치는 전원장치 끝의 회선을 단락시켜 부전압 스텝이 부하 쪽으로 이동하도록 합니다.라인의 특성 임피던스0 Z는 부하 임피던스L R의 절반과 같기 때문에 전압 스텝은 반감속 및 [1]반감속되며, 결과적으로 부하로부터 멀리 전파되어 부하 전체에 걸쳐 V/2 -(-V/2)=V의 전압 강하가 발생합니다.전압 스텝이 끝에서 반사되어 펄스가 종료됩니다.다른 충전 라인 제너레이터와 마찬가지로 펄스 지속 시간은 2D/c입니다.여기서 D는 개별 전송 [1]라인의 길이입니다.Blumlein 지오메트리의 두 번째 장점은 스위칭 디바이스가 일반적인 충전 라인과 같이 전송 라인의 고전압 측에 위치하는 것이 아니라 접지할 수 있다는 것입니다.이는 트리거 전자 장치를 복잡하게 합니다.

PFN 사용방법

명령에 따라 고전압 스위치는 PFN에 저장된 에너지를 부하로 전송합니다.스위치가 「발화」(폐쇄)하면, PFN내의 캐패시터와 인덕터의 네트워크는, 단시간과 고출력의 대략적인 사각 출력 펄스를 생성한다.이 고출력 펄스는 부하에 대한 짧은 고출력 소스가 됩니다.

경우에 따라 PFN과 부하 사이에 특별히 설계된 펄스 변압기가 연결됩니다.이 기술은 PFN과 부하 간의 임피던스 일치를 개선하여 전력 전송 효율을 향상시킵니다.펄스 변압기는 일반적으로 클라이스트론이나 마그네트론 등의 고임피던스 디바이스를 PFN에서 구동할 때 필요합니다.PFN은 비교적 긴 시간에 충전된 후 매우 짧은 시간에 방전되기 때문에 출력 펄스의 피크 전력은 메가와트 또는 테라와트일 수 있습니다.

고전압 소스, PFN, HV 스위치 및 펄스 변압기(필요한 경우)의 조합을 "전원 변조기" 또는 "펄서"라고 부르기도 합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d e f g h i Haddad, A.; D. F. Warne (2004). Advances in High Voltage Engineering. IET. pp. 600–603. ISBN 0852961588.
  2. ^ a b c d Mesyats, Gennady A. (2005). Pulsed Power. Springer. pp. 13–14, 125. ISBN 0306486547.
  3. ^ 영국특허 589127, 전기충격을 발생시키기 위한 장치의 개량점, Alan Dower Blumlein은 1941년 10월 10일 출원하여 1947년 6월 12일에 부여되었다.

외부 링크

  • 에릭 하이네, '컨버전'네덜란드 암스테르담, NIKHEF 전자 부서
  • Riepe, Kenneth B. "고전압 마이크로초 펄스 형성 네트워크"Scientific Instruments 리뷰 제48권(8) 페이지 1028–1030.1977년 8월 (개요)
  • Glasoe, G. Norris, Lebacqz, Jean V., "펄스 발생기", McGraw-Hill, MIT 방사선 실험실 시리즈, 제5권, 1948.