Как устроена SOS-техника?

Схемная идеология нашего подхода представлена на рис. 4. Тиристорное зарядное устройство ТЗУ осуществляет дозированный отбор энергии из питающей сети. Из ТЗУ энергия поступает в магнитный компрессор МК при напряжении 1 - 2 кВ за время 10 - 100 мкс. МК осуществляет сжатие энергии во времени до величины порядка 300 - 600 нс и повышает напряжение до сотен кВ. SOS выступает как оконечный усилитель мощности, переводя энергию в диапазон времени 10 - 100 нс, повышая при этом напряжение в 2 - 3 раза.

Рис. 4

Введение в схему звена магнитной компрессии энергии продиктовано необходимостью согласования параметров импульса с выхода ТЗУ с параметрами импульса накачки прерывателя тока. Для получения на выходе устройства в целом наносекундных импульсов с амплитудой около 1 МВ магнитный компрессор должен формировать импульсы длительностью в несколько сотен нс и с напряжением в сотни кВ. Таким образом, при входном импульсе амплитудой 1 - 2 кВ длительностью 10 - 100 мкс МК должен обеспечить сжатие энергии во времени примерно в 100 раз и повышение напряжения в 100 - 400 раз.

Рис. 5

На рис. 5 приведена схема магнитного компрессора, в котором реализуется сжатие энергии во времени с одновременным повышением выходного напряжения [15]. По мере сжатия энергии в компрессоре происходит повышение напряжения в каждой ячейке в 2 раза. Выходное напряжение МК без учета активных потерь энергии в 2n раз выше входного, где n - число конденсаторных ячеек. Кроме этого предложенный МК не требует дополнительных цепей для перемагничивания сердечников магнитных ключей, поскольку в схеме этот процесс происходит автоматически из-за разного направления протекания зарядного и разрядного токов по каждому ключу (зарядные токи на рисунке показаны пунктирными стрелками, разрядные - сплошными). Еще одна отличительная особенность схемы состоит в том, что в каждой конденсаторной ячейке происходит двойное сжатие энергии за счет перезаряда нижних конденсаторов. Поэтому двух конденсаторных ячеек уже достаточно для сжатия энергии во времени на 2 порядка.

Рис. 6

Другой важный вопрос, возникающий при передаче энергии от МК к полупроводниковому прерывателю, заключается в схемной реализации двухконтурной накачки прерывателя в режиме усиления обратного тока. Схема согласования приведена на рис. 6 [3]. Между выходом магнитного компрессора и прерывателем вводятся конденсатор обратной накачки С_Н и магнитный ключ обратной накачки MS^- (либо импульсный трансформатор). После насыщения ключа прямой накачки MS⁺, который является выходным коммутатором магнитного компрессора, энергия из последней ячейки компрессора переводится в конденсатор С_Н. При этом ток I⁺ заряда конденсатора С_Н одновременно является током прямой накачки прерывателя тока SOS (см. рис. 7).

Рис. 7

Нарастающим напряжением на С_Н перемагничивается ключ MS^-. После его включения в прерыватель вводится обратный ток I^-, превышающий I⁺ в несколько раз, и энергия из С_Н переводится в индуктивность контура обратной накачки (индуктивность обмотки насыщенного ключа MS^- или добавочная индуктивность). После обрыва тока прерывателем энергия передается в нагрузку в виде короткого наносекундного импульса.