Signal produit par un générateur d'impulsions inductif : Haute tension, nanosecondes, haute énergie
Un générateur d'impulsions inductif (souvent appelé générateur Marx, réseau formateur d'impulsions, ou driver bobine d'allumage dans divers contextes) produit une impulsion unipolaire ou bipolaire de haute tension, courte durée caractérisée par un front montant rapide, une tension de crête élevée, et une puissance instantanée significative.
La physique : Retour de kick inductif (V = L · di/dt)
- Stockage énergie : Le courant monte dans une inductance (bobine), stockant énergie dans son champ magnétique :
E = ½ L I². - Interruption rapide : Un interrupteur (MOSFET, IGBT, thyratron, gap à étincelle, rupteur mécanique) s'ouvre abruptement (nanosecondes à microsecondes).
- Effondrement flux : Le champ magnétique s'effondre, induisant une tension aux bornes de l'inductance :
V = –L (di/dt). - di/dt est énorme (courant passe de Ampères à zéro en ns/µs) → V est énorme (kV à MV).
Caractéristiques clés du signal
| Paramètre | Plage typique | Notes |
|---|---|---|
| Tension de crête | 100V – 1MV+ | Bobines allumage : 20–40kV. Générateurs Marx : 100kV–2MV. Simulateurs NEMP : >1MV. |
| Largeur impulsion (FWHM) | 1 ns – 100 µs | Allumage étincelle : 50–200 ns. Modulateurs radar : 0,1–10 µs. NEMP : < 1 ns front, 100s ns largeur. |
| Temps de montée (10–90%) | 0,5 ns – 1 µs | Limité par vitesse interrupteur, capacités parasites, inductances. |
| Taux répétition | Coup unique – 100 kHz+ | Allumage : 50–600 Hz (RPM moteur). Radar : 100–10k Hz. Lasers : 1–100 Hz. |
| Polarité | Unipolaire (généralement +) ou Bipolaire | Dépend topologie circuit (flyback, forward, Marx). |
| Énergie par impulsion | µJ – kJ | Étincelle : ~50–100 mJ. Pompe laser : 1–10 J. NEMP : kJ. |
| Impédance source | Élevée (kΩ–MΩ) | Limité en courant par énergie stockée. Pas source tension raide. |
Topologies courantes
- Flyback / Bobine allumage : CC basse tension → Primaire → Rupteur/MOSFET s'ouvre → Secondaire (100:1) → 20–40kV étincelle. Simple, ubiquitaire.
- Générateur Marx : N condensateurs chargés en parallèle, déchargés en série via gaps à étincelle. Multiplication tension multi-étages. Haute tension, énergie modérée.
- Réseau formateur d'impulsions (PFN) + Thyratron/IGBT : Réseau LC forme impulsion (carrée, gaussienne). Radar, cellules Pockels, pompage laser.
- Additif inductif / Driver transformateur linéaire (LTD) : Multiples noyaux en série/parallèle. Courant élevé (kA–MA), front rapide. Z-pinch, radiographie.
- Pulseur état solide (MOSFET/IGBT/SiC/GaN) : Commutation directe. Front nanoseconde, largeur programmable, haut taux répétition. LiDAR, réflectométrie domaine temporel, plasma.
Applications
- Allumage : Moteurs essence (bougie), turbines gaz, torches flare.
- Médical : Défibrillateur (exponentielle tronquée biphasique, 200–360J), Électroporation, Ablation par champ pulsé.
- Radar / Lidar : Génération impulsion RF haute puissance (modulateur magnetron/klystron), Pulsation diode laser/VCSEL (impulsions ns).
- Recherche : Simulation NEMP, Physique plasma, Z-pinch, Physique choc, Test claquage diélectrique.
- Industriel : Commande injecteur piézo, Traitement corona, Génération ozone, Érosion par étincelle (EDM).
Mesure nécessite équipement spécialisé
- Sonde haute tension : Diviseur 1000:1 ou 10000:1 (résistif + compensation capacitive). Bande passante > freq impulsion.
- Voir courant : Bobine Rogowski (rapide, non-invasif) ou Transformateur de courant (TC).
- Oscilloscope : ≥ 1 GHz BP, ≥ 5 GS/s pour impulsions ns. Entrée 50Ω.
- Sécurité : Distance, blindage, mise à terre. Ces impulsions sautent les gaps, se couplent capacitivement, détruisent les scopes.
Résumé
Un générateur d'impulsions inductif convertit l'énergie magnétique stockée lentement en une impulsion électrique rapide à haute tension. Le signal est défini par sa tension de crête, temps de montée, largeur d'impulsion, et énergie — adaptés par topologie (flyback, Marx, PFN, état solide) à l'application, de l'étincelle tondeuse au simulateur NEMP multi-mégavolts.