A high frequency and energy density pulse transformer is a critical component of a high voltage power supply in a traveling wave tube (TWT) amplifier system. In this paper, processes of design, manufacturing, and test of the transformer are discussed. Primary voltage of the transformer is 240 V. The transformer secondary have two outputs which are 4100 V (Helix) and 2050 V (Collector). Total output power is 860 W. Normal operating frequency of the transformer is 10 kHz. In high energy density pulse transformers, temperature rise is a main problem during its operation. From our study, it was found that resonant current due to leakage inductance and stray capacitance was the main cause of temperature rise. This happens because of the inherently high turn-ratio in high voltage transformers. Solutions to reduce stray components are presented.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.5
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pp.939-944
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2010
A high voltage air-cored helical strip/wire type pulse transformer has been fabricated for charging of a high voltage pulse forming line. As a primary coil, copper strip of 25mm width was wound helically around a MC nylon cylinder. For a secondary coil, copper enameled wire of 1mm diameter was wound around conical cylinder in order to provide insulation between two windings. The coupling coefficient of 0.53 was obtained when two coils were combined coaxially in the insulation oil filled chamber. Voltage gain and energy transfer efficiency were investigated by varying the parameters of primary and secondary circuit. Test results shows that the voltage gain increases up to 17 with increasing the primary capacitance up to 200nF. And highest energy transfer efficiency of 44% was obtained when the dual resonant operation condition was nearly satisfied. The pulse transformer developed in this study can be used for charging the middle conductor of a Blumlein pulse forming line.
Kim, Young-Jin;Kang, Ho-jae;Jeong, Young-Kyung;Youn, Dong-Gi;Park, Yong Bae
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.29
no.6
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pp.415-423
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2018
We herein investigate the E1 pulse for evaluating the conducted performance of transmission lines connected to the electromagnetic pulse protection facilities against a conducted high-altitude electromagnetic pulse threat exposed to an external electromagnetic environment. The existing E1 pulse generator uses the Marx generator high-voltage step-up method; however, in this research, we used the Tesla transformer method to easily change the broadband output voltage(30 to 350 kV). We also analyzed the controller, power supply, high-voltage booster, and pulse-shaping device. The E1 pulse performance using the Tesla transformer was predicted through simulations and validated by measurements.
An L-band linear accelerator system for e-beam sterilization is under design for bio-technology application. The klystron-modulator system as RF microwave source has an important role as major components to offer the system reliability for long time steady state operation. A PFN line type pulse generator with a peak power of 71.5-MW, $7{\mu}s$, 285 pps is required to drive a high-power klystron. The high power pulse transformer has a function of transferring pulse energy from a pulsed power source to a high power load. The pulse transformer producing a pulse with a peak voltage of 275 kV is required to produce 30-MW peak and 60 kW average RF output power at the frequency of 1.3-GHz. We have designed the high power pulse transformer with 1:13 step-up ratio. The peak and average power capability is 71.5-MW (275 kV, 260 A at load side with $7{\mu}s$ pulse width) and 130 kW, respectively. In this paper, we present a system overview and initial design results of the high power pulse transformer.
An L-band Linear Accelerator System for E-beam sterilization is under construction for bio-technology application. The klystron-modulator system as an RF microwave source has an important role as major components to offer the system reliability for long time steady-state operations. A PFN line type pulse generator with a peak power of 71.5-MW, $7\;{\mu}s$, 285 pps is required to drive a high-power klystron. The high power pulse transformer has a function of transferring pulse energy from a pulsed power source to a high power load. The pulse transformer producing a pulse with a peak voltage of 275 kV is required to produce 30-MW peak and 60 kW average RF output power at the frequency of 1.3-GHz. We have designed the high power pulse transformer with 1:13 step-up ratio. The peak and average power capability is 71.5-MW (275 kV, 260 A at load side with $7\;{\mu}s$ pulse width) and 130 kW, respectively. In this paper, we present measurements and its analysis on the design parameters, and an initial test result as well as a design concept on the high-power pulse transformer.
Harmonic elimination method of using coupling transformer in twelve pulse inverter is presented for high power application. This method is using coupling transformer and PWM(pulse width modulation) switching and voltage source inverter. The object of proposed harmonic elimination method is obtained inverter output of low THD(Total Harmonic Distortion). The simulation results confirm the proposed harmonic elimination method.
This paper presents the new design method for the gate driver circuit of the floating MOSFET by using the pulse transformer. Each parameters of the proposed circuit are delivered by the numerical calculation method. By considering inner characteristics of MOSFET, the gate driver makes to increase the efficiency of the power conversion and decrease operating heat. Computer simulations and to experimental results for a Buck Converter are presented in order to validate the proposed method.
This study investigates the influences of different core parameters on the dynamic performances, such as rise time and overshoot, in pulse transformers for the triggering circuit of SCRs. First, a simplified transformer equivalent circuit, which emerges from a standard transformer equivalent circuit, is developed to analyze the step response. Second, the relations between the dynamic performances and the parasitic parameters are calculated by the simplified equivalent circuit. Third, the variations of rise time and overshoot, which are vital to the stability of triggering SCRs, with different core parameters, such as mechanic dimensions and topologies, are comprehensively investigated by analyzing the parasitic parameters. Finally, prototype transformers are fabricated to experimentally validate the analysis. The presented method can practically instruct the design of a pulse transformer for triggering SCRs.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.9
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pp.541-545
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2000
We propose a pulsed $CO_2$laser below 30W by the AC(60Hz) switching control of leakage transformer primary which has some advantages of cost and size compared to a typical pulsed power supply. Pulse repetition rate is adjusted from 5 Hz to 60 to Hz control laser output. In this laser a low voltage open loop control for high voltage pulse discharge circuit is employed to aviod the Hv sampling or switching and high voltage leakage transformer is used to convert low voltage pulse rectified from AC to high voltage one. A ZCS(Zero Crossing Switch) circuit and a PIC(programble one-chip microprocessor are used to control gate signal of SCR precisely. The pulse repetition rate is limited by 60Hz due to the frequency of AC line and a high leadkage inductance. The maximum laser output was about 23 W at pulse repetition rate of 60Hz total gas mixture of $CO_2$ : $N_2$ : He=1: 9: 15 and total pressure of 18 Torr
Ryoo, Hong-Je;Kim, Jong-Soo;Rim, Geun-Hie;Goussev, G.I.;Sytykh, D.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.88-99
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2007
In this paper, a novel new pulse power generator based on IGBT stacks is proposed for pulse power application. Because it can generate up to 60kV pulse output voltage without any step- up transformer or pulse forming network, it has advantages of fast rising time, easiness of pulse width variation and rectangular pulse shape. Proposed scheme consists of series connected 9 power stages to generate maximum 60kV output pulse and one series resonant power inverter to charge DC capacitor voltage. Each power stages are configured as 8 series connected power cells and each power cell generates up to 850VDC pulse. Finally pulse output voltage is applied using total 72 series connected IGBTs. To reduce component for gate power supply, a simple and robust gate drive circuit is proposed. For gating signal synchronization, full bridge invertor and pulse transformer generates on-off signals of IGBT gating with gate power simultaneously and it has very good characteristics of short circuit protection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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