전자 제품에서 서지는 매우 중요한 요소이며 모든 회로 설계자에게 악몽입니다. 이러한 서지는 일반적으로 짧은 시간 동안 존재하는 몇 kV의 고전압 으로 정의 될 수있는 임펄스라고합니다. 임펄스 전압의 특성은 High 또는 Low 하강 시간에 이어 매우 높은 전압 상승 시간으로 확인할 수 있습니다. 번개는 임펄스 전압을 유발하는 자연적인 원인의 예입니다. 이 임펄스 전압은 전기 장비를 심각하게 손상시킬 수 있으므로 임펄스 전압에 대해 작동하도록 장치를 테스트하는 것이 중요합니다. 여기에서 제어 된 테스트 설정에서 고전압 또는 전류 서지를 생성하는 임펄스 전압 발생기를 사용합니다. 이 기사에서 우리는임펄스 전압 발생기의 작동 및 적용. 자, 시작합시다.
앞서 말했듯이 임펄스 발생기는 매우 높은 전압 또는 매우 높은 전류로 이러한 단기 서지를 생성합니다. 따라서 임펄스 발생기에는 임펄스 전압 발생기 와 임펄스 전류 발생기의 두 가지 유형이 있습니다. 그러나이 기사에서는 임펄스 전압 발생기에 대해 설명합니다.
임펄스 전압 파형
임펄스 전압을 더 잘 이해하기 위해 임펄스 전압 파형을 살펴 보겠습니다. 아래 이미지에는 고전압 임펄스 파형의 단일 피크가 표시됩니다.
보시다시피 파동은 2 uS 내에서 최대 100 % 피크에 도달하고 있습니다. 이것은 매우 빠르지 만 고전압은 거의 40uS의 스팬으로 강도를 잃고 있습니다. 따라서 펄스는 매우 짧거나 빠른 상승 시간을 갖는 반면 매우 느리거나 긴 하강 시간을 갖 습니다. 펄스의 지속 시간은 세 번째 타임 스탬프 ts3과 ts0의 차이로 정의되는 웨이브 테일 이라고합니다.
단일 단계 임펄스 발생기
임펄스 발생기 의 작동 을 이해하기 위해 아래에 표시된 단일 단계 임펄스 발생기의 회로도를 살펴 보겠습니다.
위의 회로는 두 개의 커패시터와 두 개의 저항으로 구성됩니다. 스파크 갭 (G)은 전기 스파크가 발생하는 두 전극 사이의 전기적으로 절연 된 갭입니다. 고전압 전원도 위의 이미지에 나와 있습니다. 상관 임펄스 발생기 회로는 부하에 의해 적절한 전압 레벨로 충전 된 후 배출되는 적어도 하나 개의 큰 용량을 필요로한다. 위의 회로에서 CS는 충전 커패시터 입니다. 이것은 일반적으로 2kV 정격 이상의 고전압 커패시터입니다 (원하는 출력 전압에 따라 다름). 커패시터 CB는 충전 커패시터를 방전시키는 부하 커패시턴스 입니다. 저항과 RD 및 RE는 파형을 제어합니다.
위의 이미지를주의 깊게 관찰하면 G 또는 스파크 갭에 전기적 연결이 없음을 알 수 있습니다. 그렇다면 부하 커패시턴스는 어떻게 고전압을 얻습니까? 여기에 트릭이 있고 이것에 의해 위의 회로가 임펄스 생성기 역할을합니다. 커패시터의 충전 전압이 스파크 갭을 통과하기에 충분할 때까지 커패시터가 충전됩니다. 스파크 갭과 고전압을 가로 질러 생성 된 전기 임펄스가 스파크 갭의 왼쪽 전극 단자에서 오른쪽 전극 단자로 전달되어 연결된 회로가됩니다.
회로의 응답 시간은 두 전극 사이의 거리를 변경하거나 커패시터가 완전히 충전 된 전압을 변경하여 제어 할 수 있습니다. 출력 임펄스 전압 계산 와 출력 전압 파형을 계산함으로써 행해질 수있다
V (t) = (E - α t - E - β t)
어디, α = 1 / R d C b β = 1 / R e C z
단단 임펄스 발생기의 단점
단일 단계 임펄스 발생기 회로의 주요 단점은 물리적 크기 입니다. 고전압 정격에 따라 부품의 크기가 커집니다. 또한 높은 임펄스 전압 생성 에는 높은 DC 전압이 필요합니다. 따라서 1 단 임펄스 전압 발생기 회로의 경우 큰 DC 전원을 사용하더라도 최적의 효율을 얻기가 매우 어렵습니다.
갭 연결에 사용되는 구도 크기가 매우 높아야했습니다. 임펄스 전압 생성에 의해 방전되는 코로나는 억제 및 변형이 매우 어렵습니다. 전극 수명은 짧아지고 몇 번의 반복 후에 교체해야합니다.
마르크스 생성기
Erwin Otto Marx 는 1924 년에 다단계 임펄스 생성기 회로를 제공 했습니다.이 회로는 특히 저전압 전원에서 높은 임펄스 전압을 생성하는 데 사용됩니다. 다중 임펄스 발생기 또는 일반적으로 Marx 회로 라고하는 회로 는 아래 이미지에서 볼 수 있습니다.
위의 회로는 충전 저항 R1 ~ R8에 의해 병렬 충전 상태에서 고전압 소스에 의해 충전되는 4 개의 커패시터 (커패시터 n 개가있을 수 있음)를 사용합니다.
방전 상태에서 충전 상태 동안 개방 회로였던 스파크 갭은 스위치 역할을하며 커패시터 뱅크를 통해 직렬 경로를 연결 하고 부하 전체에 매우 높은 임펄스 전압 을 생성합니다. 방전 상태는 위 이미지에서 자주색 선으로 표시됩니다. 첫 번째 커패시터의 전압은 스파크 갭을 없애고 Marx 생성기 회로를 활성화 할 수있을만큼 충분히 초과되어야 합니다.
이것이 발생하면 첫 번째 스파크 갭이 두 개의 커패시터 (C1 및 C2)를 연결합니다. 따라서 첫 번째 커패시터의 전압은 C1과 C2의 두 전압만큼 두 배가됩니다. 그 후, 세 번째 스파크 갭을 가로 지르는 전압이 충분히 높고 스택에 세 번째 커패시터 C3 전압을 추가하기 시작하고 이것이 마지막 커패시터까지 진행되기 때문에 세 번째 스파크 갭이 자동으로 중단됩니다. 마지막으로, 마지막 스파크 갭에 도달하면 전압은 스파크 플러그 사이에 더 큰 갭이있는 부하 전체의 마지막 스파크 갭을 끊을만큼 충분히 커집니다.
최종 갭에 걸친 최종 출력 전압은 nVC (여기서 n은 커패시터 수이고 VC는 커패시터 충전 전압)이지만 이상적인 회로에서는 사실입니다. 실제 시나리오에서 Marx Impulse 생성기 회로 의 출력 전압은 실제 원하는 값보다 훨씬 낮습니다.
그러나이 마지막 스파크 지점은 더 큰 간격을 가져야합니다. 이것이 없으면 커패시터가 완전히 충전 된 상태가되지 않기 때문입니다. 때때로 분비물은 의도적으로 이루어집니다. Marx 발생기에서 커패시터 뱅크를 방전하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
Marx Generator의 커패시터 방전 기술:
추가 트리거 전극 펄싱: 추가 트리거 전극을 펄싱하는 것은 완전히 충전 된 상태 또는 특별한 경우에 의도적으로 맑스 발생기를 트리거하는 효과적인 방법입니다. 추가 트리거 전극을 Trigatron이라고합니다. 다양한 사양으로 사용 가능한 다양한 모양과 크기의 Trigatron이 있습니다.
갭의 공기 이온화: 이온화 된 공기는 스파크 갭을 전도하는 데 유익한 효과적인 경로입니다. 이온화는 펄스 레이저를 사용하여 수행됩니다.
갭 내부의 공기압 감소: 스파크 갭이 챔버 내부에 설계되어 있으면 공기압의 감소도 효과적입니다.
마르크스 생성기의 단점
긴 충전 시간: 마르크스 발생기는 저항을 사용하여 커패시터를 충전합니다. 따라서 충전 시간이 길어집니다. 전원 공급 장치에 더 가까운 커패시터는 다른 커패시터보다 빠르게 충전됩니다. 이는 커패시터와 전원 공급 장치 간의 저항 증가로 인해 거리가 증가했기 때문입니다. 이것은 마르크스 생성기의 주요 단점입니다.
효율성 손실: 앞에서 설명한 것과 같은 이유로 전류가 저항을 통해 흐르기 때문에 Marx 생성기 회로의 효율성이 낮습니다.
스파크 갭의 짧은 수명: 스파크 갭을 통한 반복적 인 방전 사이클은 때때로 교체해야하는 스파크 갭 전극의 수명을 단축시킵니다.
충전 및 방전주기의 반복 시간: 높은 충전 시간으로 인해 임펄스 발생기의 반복 시간이 매우 느립니다. 이것은 맑스 생성기 회로의 또 다른 주요 단점입니다.
임펄스 발생기 회로 적용
임펄스 발생기 회로의 주요 응용 분야는 고전압 장치 를 테스트하는 것 입니다. 피뢰기, 퓨즈, TVS 다이오드, 다양한 유형의 서지 보호기 등은 임펄스 전압 발생기를 사용하여 테스트됩니다. 테스트 분야뿐만 아니라 임펄스 발생기 회로는 레이저, 핵융합 및 플라즈마 장치 산업뿐만 아니라 핵 물리학 실험 에도 사용되는 필수 기기입니다.
Marx 생성기는 전력선 장비 및 항공 산업에서 번개 효과 의 시뮬레이션 목적으로 사용됩니다. X-Ray 및 Z 머신에서도 사용됩니다. 전자 장치의 절연 테스트 와 같은 다른 용도 도 임펄스 발생기 회로를 사용하여 테스트합니다.