Интегральная сборка конденсаторов с малой индуктивностью

Интегральная сборка конденсаторов с малой индуктивностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в целом относится к конденсаторам. В частности, оно относится к интегральной сборке высоковольтных конденсаторов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Конденсаторы используют в схемах устройств с импульсным питанием, например, для работы газоразрядных лазеров, требующих импульсов с повышенным напряжением и током и более высокого быстродействия. Для этих применений для повышения напряжения и разряда с большим током при малой индуктивности обычно выбирают схемы с LC инверсией и переключением конденсаторов, известные специалистам в данной области техники. Краткое описание этих схем приведено здесь, а также поясняется на фигурах 1 и 2 соответственно.

В схеме разряда с LC инверсией (фиг.1) два конденсатора 1, 2 одинаковой емкости заряжаются одновременно. При включении коммутируемого разрядника при разряде одного из конденсаторов, будет возникать колебание напряжение, вызывающее инверсию напряжения. При слабом затухании напряжения в коммутирующем устройстве, например, в искровом разряднике или переключателе 4 с разрядником шины возможно удвоение напряжения на двух конденсаторах, приложенного к лазерному каналу 3, вызывающего в результате электрический пробой газовой среды. Здесь предполагается, что в качестве зарядного элемента 5 используется резистор с достаточно большим сопротивлением или катушка индуктивности с соответствующей индуктивностью.

В цепи переключения конденсаторов (фиг.2) используют два конденсатора с разными емкостями. Накопительный конденсатор 6 большей емкости вначале заряжают до полного напряжения и затем запускают разряд через переключатель 9 с искровым разрядником. Часть накопленных зарядов передается на пиковый конденсатор 7, обычно имеющий в 3-4 раза меньшую емкость, что приводит к почти удвоению напряжения разряда, приложенного к каналу 8 газового лазера. Для работы с низкой индуктивностью цепи пиковый конденсатор меньшей емкости размещают, как можно ближе к каналу разряда, благодаря чему обеспечивается быстрый разряд через этот канал. Как и в случае цепи разряда с LC инверсией, в качестве зарядного элемента 5 также используется либо резистор, либо катушка индуктивности.

Три типа конденсаторов, обычно используемых в схемах устройств, работающих с импульсной мощностью, включают в себя конденсаторы с плоскопараллельными пластинами, фольговые конденсаторы с майларовой (Mylar®) пленкой/бумагой с пропиткой маслом и высоковольтные керамические конденсаторы полусферической/цилиндрической формы.

Конденсаторы с плоскопараллельными пластинами работают в нормальных атмосферных условиях без погружения в масло и используют относительно толстую фольгу Mylar® в качестве изолирующих слоев. Используемые в основном в лазерах, требующих низкого рабочего напряжения в пределах от 10 до 20 кВ и относительно небольших емкостей от 10 до 25 нФ, два конденсатора 15 образованы тремя алюминиевыми пластинами с помещенными между ними несколькими слоями листов Mylar® соответствующей толщины и расположены один над другим (см. фиг.3).

Лазерный канал 14 подключен непосредственно к краям верхней и нижней обкладок 15а и 15с конденсатора, обеспечивая низкую индуктивность цепи, в то время как искровой разрядник 16 подключен к противоположным краям обкладок 15b и 15с. В зависимости от емкости двух конденсаторов и их подключения к лазерному каналу и искровому разряднику возможны две легко реализуемые конфигурации передающей схемы: схема с LC инверсией (обычно известная как схема Блюмлейна) и схема с переключением конденсаторов.

Благодаря малым площадям замкнутых цепей разряда таких конденсаторов с плоскими пластинами обеспечивается относительно низкая индуктивность цепи. Однако главными недостатками являются относительно низкое рабочее напряжение и малая емкость конденсаторов с плоским пластинами. Это ограничивает максимальный ток разряда десятками килоампер при длине канала разряда в лазере 0,5 м, независимо от схемы подключения с LC инверсией или с переключением конденсаторов.

С другой стороны, имеются фольговые конденсаторы с майларовой (Mylar®) пленкой/бумагой с пропиткой маслом, обеспечивающие большой диапазон емкостей от 15 до 200 нФ и номинальное напряжение в пределах от 20 до 100 кВ.

В патенте США №3,711,746, в частности на фиг.2 данного патента, рассмотрены основные способы сворачивания фольги в этих конденсаторах. Два электрода из алюминиевой фольги и два комплекта диэлектрических материалов укладывают поочередно один на другой в последовательности алюминий, диэлектрические материалы, алюминий и диэлектрические материалы. Затем их ровно сворачивают несколько раз для получения прямоугольной или квадратной формы нужного размера, чтобы составить секцию конденсатора. Диэлектрик обычно включает в себя один или два листа пленки Mylar®, проложенной двумя или тремя слоями крафт-бумаги. Пары выводов из алюминиевой фольги вставляют вдоль боковых сторон свернутых конденсаторов для электрического контакта с электродами. Несколько блоков этих секций конденсаторов затем укладывают один на другой и соединяют последовательно соответствующим обжатием соседних выводов сложенных секций для обеспечения работы при повышенном напряжении. Законченный блок затем тщательно прогревают и просушивают в вакууме перед пропиткой касторовым маслом и соответственно помещают в корпус.

Эти конденсаторы различных размеров в соответствии с емкостью и диапазоном напряжения выпускаются серийно. Номинальное значение собственной индуктивности отдельных блоков этих конденсаторов обычно указывается изготовителем в диапазоне от 15 до 25 нГн для блока конденсаторов со свернутой фольгой квадратной формы со стороной примерно 12 см и толщиной примерно 3 см. Вследствие относительно большой собственной индуктивности конденсатора и соответственно большой индуктивности замкнутой цепи разряда такие серийно выпускаемые со свернутой фольгой конденсаторы непригодны для применения в цепях с большими пиковыми токами разряда в схемах с LC инверсией или в качестве пиковых конденсаторов в схемах с переключением конденсаторов. Такие отдельные блоки конденсаторов со свернутой фольгой обычно используют как накопительные конденсаторы в схемах с переключением конденсаторов.

Показанные на фиг.4 высоковольтные керамические конденсаторы полусферической/цилиндрической формы изготавливают различных размеров в диапазоне емкостей от 0,1 до 10 нФ и с номинальным напряжением 15-40 кВ. Блоки с большей емкостью часто используют в качестве накопительных конденсаторов и ряд этих блоков соединяют параллельно. Конденсаторы меньшей емкости используют в качестве пиковых конденсаторов и обычно соединяют в две группы по обеим сторонам разрядных электродов. Примеры высоковольтных керамических конденсаторов полусферической (цилиндрической) формы приведены в патентах США №№4,939.620 и 3,946,290.

В патенте Канады №1,287,890 описана сборка 2-ступенчатой схемы с LC инверсией с использованием зарядки до +V и -V через искровой разрядник, в результате чего получается почти четырехкратное увеличение выходного напряжения относительно входного.

В этих 2-ступенчатых схемах с LC инверсией используют высоковольтные керамические конденсаторы полусферической/цилиндрической формы. При симметричной установке двух групп таких конденсаторов на обеих сторонах электродов возможно удвоение тока, отсюда и название двухсторонняя 2-ступенчатая схема с LC инверсией. При этом вследствие физических размеров керамических конденсаторов получают относительно небольшой ток разряда порядка нескольких десятков килоампер при длине канала разряда 35 см.

В прошлом было сделано много попыток поднять напряжение разряда, а также увеличить ток разряда в различных схемах. Однако при имеющемся в настоящее время выборе конденсаторов и схемных конфигураций конструкции лазеров с поперечным разрядом привели к схемам с относительно высокой индуктивностью и/или относительно низким рабочим напряжением. Эти конструкции способны генерировать пиковые токи только относительно небольшой плотности в пределах от 0,5 до максимум 2-3 килоампер на один сантиметр длины или около того при длительности импульса тока несколько десятков наносекунд.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое изобретение и его описание показывают, как нужно собирать конденсаторы со свернутой фольгой для получения очень низкой собственной индуктивности. Далее показана возможность сборки и объединения нескольких блоков таких конденсаторов для создания различных схем разряда тока с низкой индуктивностью и увеличением напряжения для использования в устройствах с лазерами с поперечным разрядом, а также в других применениях с импульсным питанием.

Таким образом, одной из задач предлагаемого изобретения является создание усовершенствованной интегральной сборки конденсаторов, пригодной, главным образом, но не только, для работы с газоразрядными лазерами.

В одном аспекте изобретение предлагает сборку высоковольтных конденсаторов, содержащую:

первый конденсатор и

второй конденсатор,

каждый конденсатор содержит набор последовательно соединенных конденсаторных ячеек,

каждая конденсаторная ячейка содержит устройство из пары удлиненных фольговых электродов, разделенных диэлектриком и многократно свернутых в практически плоскую свернутую конструкцию, в которой:

соседние ячейки набора, образующего первый конденсатор, соединены последовательно путем соединения их фольговых электродов на одной продольной стороне этих электродов,

соседние ячейки набора, образующего второй конденсатор, соединены последовательно путем соединения обеих продольных сторон их фольговых электродов и

первый и второй конденсаторы включены последовательно и объединены в корпусе.

Такое устройство позволяет подключать сборку конденсаторов в любой схемной конфигурации: с LC инверсией или с переключением конденсаторов.

В одном варианте реализации изобретения фольговые электроды соседних ячеек соединяют однократно на одной или на каждой продольной стороне.

В другом варианте фольговые электроды соседних ячеек соединены по существу посередине их длины. Если фольговый электрод состоит из нечетного числа свернутых секций, то существует секция посередине длины электрода, с которой возможно осуществить необходимое соединение. С другой стороны, в случае четного числа свернутых секций будут существовать две секции посередине длины и необходимое соединение возможно с любой из них. Фразу «по существу посередине их длины» следует понимать с учетом этих возможностей.

В другом варианте реализации изобретения фольговые электроды соседних ячеек соединяют перемычками, соединяющими такие электроды практически по длине одной свернутой секции.

В качестве перемычки возможно использование пластинчатого элемента, загнутого так, что обеспечивается пара выводов для подключения к соответствующим электродам из фольги соседних ячеек. Перемычка позволяет получить очень низкую собственную индуктивность.

В одном варианте реализации изобретения первый и второй конденсаторы соединены между собой с одной указанной продольной стороны, т.е. стороны, на которой соединены последовательно ячейки первого конденсатора. Это обеспечивает эффективный и быстрый токовый разряд.

В другом варианте реализации изобретения каждая свернутая секция электрода из фольги имеет прямоугольную форму.

В еще одном варианте реализации изобретения каждая свернутая секция электрода из фольги имеет квадратную форму.

В одном варианте реализации изобретения каждая пара удлиненных электродов выполнена из фольги шириной 0,1-1 ми длиной в пределах от 1 до 20 м, позволяя получить достаточно большую емкость, а также приемлемую задержку распространения импульса тока разряда. Оптимальное число свернутых секций зависит от требований конкретного применения и определяется такими параметрами, как относительная длина и ширина электрода из фольги и желаемая длина свернутых секций.

В другом варианте реализации изобретения первый и второй конденсаторы и ячейки внутри каждого конденсатора расположены рядом, при этом свернутые секции их фольговых электродов параллельны. Например, возможно размещение первого и второго конденсаторов по вертикали в виде стопки, т.е. один конденсатор лежит наверху другого. Такое размещение упрощает соединение конденсаторов тем же способом, как соединены соседние ячейки в каждом конденсаторе.

В другом варианте реализации изобретения сборка включает в себя наружные электроды, соединенные внутри с первым и вторым конденсаторами и имеющие длину, практически совпадающую с длиной свернутых секций фольговых электродов. Длина наружных электродов по существу соответствует длине подключаемого оборудования, например, каналу разряда в лазере.

В еще одном варианте реализации изобретения наружные электроды включают в себя первую пару наружных электродов, подключенных на той стороне, где соединены последовательно первый и второй конденсаторы, и вторую пару наружных электродов, подключенных только ко второму конденсатору на противоположной продольной стороне. Расстояние по вертикали между электродами одной или обеих пар электродов может быть практически равно высоте подключаемого оборудования, например, канала разряда в лазере.

В другом аспекте изобретение предлагает сборку высоковольтных конденсаторов, содержащую:

первый конденсатор,

второй конденсатор,

третий конденсатор и

четвертый конденсатор,

каждый конденсатор содержит набор последовательно соединенных конденсаторных ячеек,

каждая конденсаторная ячейка, содержит устройство из пары удлиненных фольговых электродов, разделенных диэлектриком и многократно свернутых в практически плоскую свернутую конструкцию, в которой

соседние ячейки наборов, образующих первый и четвертый конденсаторы, соединены последовательно путем соединения с одной продольной стороны их фольговых электродов,

соседние ячейки наборов, образующих второй и третий конденсаторы соединены последовательно путем соединения обеих продольных сторон их фольговых электродов и

первый, второй, третий и четвертый конденсаторы соединены последовательно и объединены в корпусе.

Такое устройство позволяет подключать сборку конденсаторов в 2-ступенчатой схеме с LC инверсией, 2-ступенчатой схеме с переключением конденсаторов, в схеме с двойной LC инверсией или в схеме с двойным переключением конденсаторов в соответствии с порядком последовательного соединения четырех конденсаторов. В случае 2-ступенчатой схемы с LC инверсией или 2-ступенчатой схемы с переключением конденсаторов возможна установка конденсаторов в последовательности: первый, второй, третий и четвертый конденсаторы, в то время как в случае схемы с двойной LC инверсией или схемы с двойным переключением конденсаторов возможна последовательность: второй, первый, четвертый и третий конденсаторы.

В одном варианте реализации изобретения фольговые электроды соседних ячеек соединены однократно на одной или на каждой продольной стороне фольговых электродов.

В другом варианте реализации изобретения фольговые электроды соседних ячеек соединены по существу посередине их длины. Если фольговый электрод состоит из нечетного числа свернутых секций, то существует секция посередине длины электрода, с которой возможно осуществить необходимое соединение. С другой стороны, в случае четного числа свернутых секций будут существовать две секции посередине длины и необходимое соединение возможно с любой из них. Фразу «по существу посередине их длины» следует понимать с учетом этих возможностей.

В другом варианте реализации изобретения фольговые электроды соседних ячеек соединяют перемычками, соединяющими каждый фольговый электрод практически по длине одной свернутой секции.

В качестве перемычки возможно использование пластинчатого элемента, загнутого так, чтобы обеспечить пару выводов для подключения к соответствующим электродам из фольги соседних ячеек. Перемычка позволяет получить очень низкую собственную индуктивность.

В одном варианте реализации изобретения первый, второй, третий и четвертый конденсаторы соединены между собой по одной указанной продольной стороне, т.е. по стороне, на которой ячейки первого и четвертого конденсаторов соединены последовательно. Это обеспечивает эффективный и быстрый токовый разряд.

В другом варианте изобретения каждая свернутая секция электрода из фольги имеет прямоугольную форму.

В еще одном варианте реализации изобретения каждая свернутая секция электрода из фольги имеет квадратную форму.

В одном варианте реализации изобретения каждая пара удлиненных электродов выполнена из фольги шириной 0,1-1 м, а длина фольги находится в пределах от 1 до 20 м, позволяя получить достаточно большую емкость, а также приемлемую задержку распространения импульса тока разряда. Оптимальное число свернутых секций зависит от требований конкретного применения и определяется такими параметрами, как относительная длина и ширина электрода из фольги и желаемая длина свернутых секций.

В другом варианте реализации изобретения первый, второй, третий и четвертый конденсаторы и ячейки каждого конденсатора расположены рядом, при этом свернутые секции фольговых электродов параллельны. Например, возможно размещение первого, второго, третьего и четвертого конденсаторов по вертикали в виде стопки, т.е. первый конденсатор лежит наверху второго, второй - наверху третьего и третий - наверху четвертого. Такое размещение упрощает соединение конденсаторов тем же способом, как соединены соседние ячейки в каждом конденсаторе.

В другом варианте реализации изобретения сборка содержит наружные электроды, подсоединенные внутри к первому, второму, третьему и четвертому конденсаторам.

В еще одном варианте реализации схемы с двойной LC инверсией или с двойным переключением конденсаторов на одной стороне сборки, где все конденсаторы соединены последовательно, наружные электроды содержат первый наружный электрод, подключенный ко второму конденсатору, второй наружный электрод, подключенный к первому и четвертому конденсаторам, и третий наружный электрод, подключенный к третьему конденсатору.

На другой стороне сборки наружные электроды содержат еще один первый наружный электрод, подключенный ко второму конденсатору, еще один второй наружный электрод, подключенный ко второму и третьему конденсаторам и еще один третий электрод, подключенный к третьему конденсатору.

Возможна установка трех наружных электродов на соответствующей стороне сборки. Расстояние по вертикали между наружными электродами может быть практически равно высоте подключаемого оборудования, например, канала разряда в лазере.

В еще одном варианте реализации 2-ступенчатой схемы с LC инверсией или с переключением конденсаторов на одной стороне сборки, где все конденсаторы соединены последовательно, наружные электроды содержат первую пару наружных электродов, подключенных к первому и четвертому конденсаторам.

На другой стороне сборки наружные электроды содержат вторую пару наружных электродов, подключенных ко второму и третьему конденсаторам.

Возможна установка каждой пары наружных электродов на соответствующей стороне сборки. Расстояние по вертикали между электродами одной или обеих пар электродов может быть практически равно высоте подключаемого оборудования, например, канала разряда в лазере.

В вариантах реализации предлагаемого изобретения предложена высоковольтная сборка соединенных новым способом конденсаторов, содержащая два или четыре конденсатора со свернутой фольгой с низкой индуктивностью внутренней цепи. Это достигается рядом приемов, включая:

размещением одной на другой ячеек свернутых в плоскую конструкцию удлиненных фольговых электродов, разделенных изоляционными пленками для образования блока конденсатора, который затем укладывают в стопку для получения сборки из двух или четырех конденсаторов, обеспечение каждой ячейки всего двумя специальными контактными площадками, используемыми в качестве места соединения со следующей соседней ячейкой или с наружным соединительным электродом,

соединение перемычками соседних ячеек определенных блоков конденсаторов сборки из двух или четырех конденсаторов с одной или с обеих продольных сторон, в качестве перемычек используют пластинчатые перемычки, частично изолированные и вставленные в выбранные контактные площадки ячеек,

соединение аналогичным образом блоков конденсаторов в последовательную цепь с использованием таких же изолированных перемычек на определенных продольных сторонах для обеспечения быстрого токового разряда или переключения,

формирование четырех или шести выводов из сборки конденсаторов к наружным соединительным электродам,

сгибание выводов таким образом, чтобы обеспечить минимально возможную индуктивность.

Это устройство позволяет далее подключать сборку через наружные электроды к устройствам переключения и устройствам разряда. При использовании двух конденсаторов для увеличения напряжения и тока в разрядном устройстве реализуют схему с LC инверсией или с переключением конденсаторов. При использовании четырех конденсаторов применяют 2-ступенчатую схему с LC инверсией или с переключением конденсаторов для еще большего увеличения напряжения и тока в разрядном устройстве. Аналогично при соответствующем соединении сборка с четырьмя конденсаторами позволяет также реализовать схемы с двойной LC инверсией или с двойным переключением конденсаторов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Эти и другие особенности, а также преимущества предлагаемого изобретения станут понятны из следующего подробного описания и рассмотрения связанных с ним чертежей, иллюстрирующих, но не ограничивающих возможности изобретения.

На фиг 1 показана стандартная схема цепи разряда с LC инверсией.

На фиг 2 показана стандартная схема цепи с переключением конденсаторов.

На фиг.3 приведено схематическое изображение стандартных конденсаторов с плоскопараллельными пластинами, иллюстрирующее обычный способ подключения лазерного канала непосредственно к кромкам двух обкладок конденсатора.

На фиг.4 показано схематическое изображение высоковольтного керамического конденсатора цилиндрической формы.

На фиг.5 приведено схематическое изображение частично свернутой ячейки конденсатора, содержащей сборку электродов и диэлектрика в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фигурах 6, 7 и 8 схематически показана установка перемычек, соединяющих фольговые электроды соседних ячеек в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фиг.9 представлен поперечный разрез сборки конденсаторов в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения, на котором дополнительно показаны наружные электроды и устройства, подключенные к сборке конденсаторов.

На фиг.10 показана схема, полезная для понимания составляющих собственной индуктивности конденсатора со свернутыми из фольги электродами.

На фиг.11 приведена схема цепи разряда с LC инверсией в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фиг.12 приведена схема переключения конденсаторов в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фиг.13 схематически показана пара конденсаторов с использованием двух блоков из сборки конденсаторов.

На фиг.14 схематически показана сборка из четырех конденсаторов в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фиг 15 приведена упрощенная схема цепи разряда с двойной LC инверсией при использовании четырех конденсаторов из сборки конденсаторов.

На фиг 16 приведена упрощенная схема цепи с двойным переключением конденсаторов с использованием четырех конденсаторов из сборки конденсаторов.

На фиг.17 схематически показана сборка из четырех конденсаторов в соответствии с вариантом реализации предлагаемого изобретения.

На фиг.18 приведена упрощенная схема цепи разряда с 2-ступенчатой LC инверсией при использовании четырех конденсаторов.

На фиг.19 приведена упрощенная схема с 2-ступенчатой цепью переключения конденсаторов с использованием четырех конденсаторов.

На фигурах 20-22 показаны варианты реализации 4-электродной сборки конденсаторов и в частности детали соединения выводов с наружными электродами и

на фигурах 23-25 показаны варианты реализации 6-электродной сборки конденсаторов и в частности детали соединения выводов с наружными электродами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В основном предлагаемое изобретение направлено на создание интегральной сборки высоковольтных конденсаторов, позволяющей получить очень низкую собственную индуктивность и обеспечивающей увеличение тока и/или напряжения. Основной блок сборки высоковольтных конденсаторов в соответствии с одним вариантом реализации предлагаемого изобретения состоит из первого конденсатора 11 и второго конденсатора 12, соединенных последовательно, как показано на фиг.9.

Каждый конденсатор, содержит набор последовательно соединенных конденсаторных ячеек 40, Каждая конденсаторная ячейка 40 содержит устройство из пары удлиненных фольговых электродов, разделенных диэлектриком. В предпочтительном варианте реализации предлагаемого изобретения, как показано на фиг.5, в качестве фольговых электродов используют алюминиевую фольгу 10. Обычно толщина алюминиевой фольги составляет от 5 до 12 мкм. Слои диэлектрика, разделяющие фольговые электроды, содержат абсорбирующий материал, например пропитанные маслом листы крафт-бумаги и водонепроницаемый пластик, например полиэтилентерефталат (обычно известный под названием майлар Mylar®). В качестве промежуточных слоев диэлектрика предпочтительно использовать композитные структуры, включающие в себя чередующиеся слои из двухслойных листов 20 из Mylar®, проложенных тремя слоями 30 из листов крафт-бумаги. Обычно толщина каждого листа Mylar® составляет 12 мкм, а толщина листа крафт-бумаги - 8,3 мкм. Вместо Mylar® и бумаги в качестве диэлектрических слоев возможно также использование полипропиленовых (РР) пленок с затемненными поверхностями или других пленочных диэлектриков.

Далее перед пропиткой касторовым маслом или другими подходящими изоляционным маслом или жидкостью конденсаторы подвергают сушке с нагреванием и затем герметизируют. Желательно герметизировать сборку в прочном корпусе, например, из полиуретана.

В стандартных конденсаторах со свернутой фольгой довольно часто используют более одной пары боковых выводов электродов. Это сделано для уменьшения времени прохождения электромагнитных волн, идущих от одного конца алюминиевой фольги на вход или выход конденсатора на выводах электродов. При установке n пар выводов электродов вдоль боковых сторон свернутой секции конденсатора ток, текущий по конденсатору, делится на 2n частей. Таким образом, длина пути тока в продольном направлении к сгибу фольги уменьшается в 2n раз.

Однако установка большого числа наборов выводов также существенно влияет на полную индуктивность конденсатора. Когда возможен расчет схемы протекания зарядов, поступающих на конденсатор и выходящих с конденсатора, и, следовательно, возможно получение действительного магнитного потока самоиндукции и соответственно собственной индуктивности, это может быть достаточно для оценки собственной индуктивности, используя следующие процедуры.

Собственную индуктивность можно примерно разделить на две составляющие, одна обусловлена перемещением зарядов в направлении к сгибу фольги или в противоположном направлении, а другая связана с зарядами, входящими или выходящими из конденсатора вдоль выводов 13 фольги, вставленных с боковой стороны, как показано на фиг.10 для случая одной пары выводов.

Вообще говоря, при перемещении зарядов по направлению к сгибу фольги или в противоположном направлении, как показывает составляющая А на фиг.10, все части фольги обкладок конденсатора, за исключением двух самых дальних внутренних и двух крайних внешних, из-за складывания фольги в конденсаторе несут два слоя зарядов: один на передней поверхности и другой на задней. Кроме того, каждая пара вставленных выводов формирует два пути тока. Таким образом, в ячейке конденсатора с n парами вставленных выводов электродов имеется 2*(2n) путей тока, причем длина каждого пути, уменьшается в 2n раз. Поэтому по сравнению со случаем конденсатора с несвернутой фольгой равной длины и тем же током, текущим прямо от одного конца электрода к другому, полная индуктивность снижается в 2*(2n) раз. Таким образом, эта составляющая индуктивности определяется выражением

L 1 = 1 8 n 2 μ 0 l d w ,

где l и w - соответственно длина и ширина фольги электрода, а d - толщина диэлектрика. Для конденсатора примерно квадратной формы с 7 свертываниями и с 7 ячейками, уложенными одна на другую и соединенными последовательно, и толщине диэлектрика 2т получается низкая индуктивность 42 нГн.

С другой стороны, применение таких выводов электрода, вставленных с боковой стороны, создает значительный источник введенной индуктивности вследствие перемещения зарядов на входе и выходе из конденсатора примерно перпендикулярно направлению сворачивания фольги в конденсаторе, как показывает составляющая В на фиг.10.

В случае одной пары выводов, вставленных с боковой стороны, предполагается, что их индуктивность формируется током, протекающим по фольге одной пары выходных электродов и

L 1 = μ 0 w d l f ,

где l_f - длина каждой свертки частей фольги. При сравнимых величинах w и l_f также получается относительно низкая индуктивность. Для конденсатора примерно квадратной формы с 7 свертываниями и с 7 ячейками, уложенными одна на другую и соединенными последовательно, и толщине диэлектрика 2т получается низкая индуктивность 44 нГн.

С другой стороны, для секции конденсатора с более чем одной парой выводов с боковой стороны возникает необходимость размещения выводов противоположной полярности на противоположных сторонах намотки. Это достигается расположением в шахматном порядке двух выводов противоположной полярности на двух следующих один за другим сгибах в секции конденсатора. Эти выводы противоположной полярности будут затем размещены с двух сторон от центра свернутой секции конденсатора и в результате образуется контур тока с большой площадью поперечного сечения, вносящий значительный вклад в индуктивность блока конденсаторов.

Легко показать, что соответствующая индуктивность определяется приближенно по формуле:

L 3 = μ w l f t 2 ,

где t - полная конечная толщина свернутых частей фольги в наборе для конденсатора.

Индуктивность пропорциональна половине толщины набора конденсатора. Для серийно выпускаемых конденсаторов квадратной формы со стороной 5" (12,7 см) и толщиной от 3 до 4 см расчетный диапазон индуктивности составляет 15-25 нГн, что соответствует диапазону значений, приводимых изготовителями конденсаторов.

Как было указано ранее, предлагаемое изобретение предлагает интегральную сборку высоковольтных конденсаторов, позволяющую получить очень низкую собственную индуктивность и обеспечивающую многократное увеличение тока и напряжения. В случае первого конденсатора соседние ячейки набора соединены последовательно путем соединения их фольговых электродов на одной продольной стороне этих электродов. Возможны соединения только на одной продольной стороне фольговых электродов или по выбору на обеих продольных сторонах. Однако последний вариант не дает дополнительных преимуществ в отношении технических характеристик. Такие опции используются с соответствующими необходимыми изменениями в других описанных здесь вариантах реализации изобретения. Во втором конденсаторе соседние ячейки набора включены последовательно путем соединения их фольговых электродов на обеих продольных сторонах электродов.

На фигурах 6, 7 и 8 схематично показано на одном примере соединение фольговых электродов соседних ячеек с помощью перемычек на одной или на каждой продольной стороне фольговых электродов. Перемычка (которую можно рассматривать как эквивалент используемой пары выводов на боковой стороне) соединяет фольговые электроды соседних ячеек по существу посередине их длины. Практически перемычки соединяют каждый фольговый электрод по длине одной свернутой секции. Как показано на фиг.6, в качестве перемычки предпочтительно использование пластинчатого элемента 18, загнутого для выбора пары выводов для подключения к соответствующим фольговым электродам соседних ячеек. В качестве пластинчатого элемента 18 возможен соединитель из металлической фольги. В отличие от вставки соединителя из металлической фольги внешнее защитное устройство 19, также загнутое для выбора пары выводов, действует как изолятор. Изолятор значительно увеличивает выдерживаемое конденсатором напряжение, но практически не увеличивает его индуктивность.

Предпочтительная длина сборки из алюминиевой фольги и диэлектрика Mylar®/бумага для каждой ячейки конденсатора находится в диапазоне 1-20 м, при этом обеспечиваются низкая индуктивность и приемлемая временная задержка распространения импульса тока разряда.

В зависимости от ширины и длины свернутых частей, каждая свернутая секция электрода из фольги (т.е. ячейка конденсатора) имеет обычно прямоугольную или квадратную форму. Первый и второй конденсаторы 11, 12, состоящие из набора свернутых конденсаторных ячеек, соединены последовательно. Первый и второй конденсаторы 11, 12 размещены рядом друг с другом, при этом свернутые секции их фольговых электродов параллельны. В предпочтительном варианте реализации изобретения первый и второй конденсаторы 11, 12 установлены вертикально, один на другом. Такое размещение упрощает соединение конденсаторов тем же способом, как соединены соседние ячейки в каждом конденсаторе.

На фиг.9 показан поперечный разрез исполнения сборки конденсаторов в соответствии с вариантом реализации предполагаемого изобретения. Сборка конденсаторов герметично заключена в корпусе 70 и выводы предназначены для внешних электрических соединений со сборкой через корпус. Желательно соединить первый и второй конденсаторы перемычкой 13b на указанной одной продольной стороне. Перемычка 13b может быть установлена на одной продольной стороне или на обеих продольных сторонах конденсатора. Однако последний вариант не дает дополнительных преимуществ в отношении технических характеристик. Такие опции используются с соответствующими необходимыми изменениями в других описанных здесь вариантах реализации изобретения.

В случае варианта реализации изобретения, показанного на фиг.9, перемычка 13b соединяет первый и второй конденсаторы 11, 12 только на левой продольной стороне. Эти конденсаторы желательно заключить в прочном корпусе 70. Выводы, предназначенные для соединения с элементами внешних цепей, подключают к электродам клемм 17, соединенным с наружными пластинчатыми электродами с уплотнительными кольцами на внутренней стороне корпуса 70.

В этом частном варианте реализации изобретения лазерный канал 60 и управляемый переключатель 50 являются компонентами внешней схемы, подключенными к сборке конденсаторов. В случае использования управляемого переключателя предпочтителен управляемый разрядник с шинами, обладающий низкой собственной индуктивностью, и инду