專利名稱：一種產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于高電壓電工電器技術(shù)和脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置。
背景技術(shù)：
脈沖電壓的前沿時間是指電脈沖的電壓從零上升到峰值所需的時間。在科學(xué)實驗和特殊工業(yè)生產(chǎn)中，快前沿的高電壓脈沖有著非常重要的應(yīng)用。如在脈沖大電流氣體開關(guān)領(lǐng)域中，常采用快前沿的高壓電脈沖作為兩電極開關(guān)導(dǎo)通的觸發(fā)信號；在高壓測量領(lǐng)域，快前沿的高壓方波用來檢測沖擊電壓分壓器的方波響應(yīng)；在超寬帶源中，快脈沖的前沿時間決定了透射譜的高頻成分。 目前，常用于產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置有充電電纜型、多級充電電容器型、脈沖變壓器型。充電電纜型高壓納秒脈沖裝置在產(chǎn)生百千伏級高壓納秒脈沖時，裝置中高壓輸出端的絕緣難以處理，由此常用于產(chǎn)生幾千伏至幾十千伏的高壓脈沖。多級充電電容器型高壓納秒脈沖裝置可以通過調(diào)節(jié)電容器的級數(shù)及單級充電電壓，以調(diào)節(jié)輸出脈沖高壓的幅值，但由于裝置中使用了較多的電容器及開關(guān)間隙，結(jié)構(gòu)及同步都較為復(fù)雜。脈沖變壓器型高壓納秒脈沖裝置常用于產(chǎn)生較高的脈沖電壓輸出，但在傳統(tǒng)此類裝置中，對脈沖變壓器輸出脈沖高壓的脈寬、功率有較高的要求，從而造成整個裝置體積較大、重量較重。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種利用脈沖變壓器和固體開關(guān)元件產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置，旨在解決現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸出的高壓納秒脈沖不穩(wěn)定的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置，包括供電電源、隔離變壓器、充電單元、固體開關(guān)元件、光電轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)單元、脈沖變壓器、原方電容器、副方電容器和陡化間隙開關(guān)，供電電源通過隔離變壓器與充電單元相連，用于對原方電容器進行充電，光電轉(zhuǎn)換器用于從外界接收光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，觸發(fā)單元與光電轉(zhuǎn)換器相連，用于根據(jù)電信號產(chǎn)生電觸發(fā)信號，以控制固體開關(guān)元件的導(dǎo)通，固體開關(guān)兀件與充電單兀和原方電容器相連，脈沖變壓器的輸入端與原方電容器相連，輸出端與副方電容器相連，用于提升電壓，陡化間隙開關(guān)與脈沖變壓器和副方電容器相連，用于將脈沖變壓器提升后的電壓進行陡化處理，以獲得納秒脈沖高壓。供電電源為高壓直流電源，固體開關(guān)元件為脈沖晶閘管或絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)續(xù)流二極管組成，脈沖變壓器為磁芯式脈沖變壓器或空芯式脈沖變壓器。原方電容器和副方電容器的電容量滿足以下條件CX >> n2Cy，其中Cx為原方電容器的電容量，Cy為副方電容器的電容量，n為脈沖變壓器的匝數(shù)比，且n > I。通過本實用新型所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下的有益效果(I)本實用新型利用陡化間隙開關(guān)對脈沖變壓器產(chǎn)生的脈沖高壓進行陡化，得到納秒脈沖高壓，該使用中只對脈沖變壓器副方電容器上得到的脈沖高壓幅值有要求，對脈寬、功率沒有很高的要求。由于沒有功率的限制，且利用脈沖變壓器諧振充電原理，與一般大功率脈沖變壓器相比，該裝置中使用的脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更加小巧、造價更加低廉，具有工程應(yīng)用價值；(2)脈沖變壓器與陡化間隙開關(guān)配合使用，通過調(diào)節(jié)陡化間隙開關(guān)內(nèi)主電極的間隙距離及所充氣體氣壓大小，可以調(diào)節(jié)陡化后輸出脈沖電壓的幅值及前沿時間，使其滿足需要。相較于利用磁開關(guān)對脈沖前沿時間進行壓縮或通過優(yōu)化回路雜散參數(shù)減小脈沖前沿時間等方法，本實用新型采取的脈沖陡化方法操作方便且可以減小裝置的復(fù)雜程度。

圖I是本實用新型產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置的示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。如圖I所示，本發(fā)明產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置包括供電電源I、隔離變壓器2、充電單兀3、固體開關(guān)兀件4、光電轉(zhuǎn)換器5、觸發(fā)單兀6、脈沖變壓器7、原方電容器C1、副方電容器(2和陡化間隙開關(guān)8。供電電源I通過隔離變壓器2與充電單元3相連，用于對連接在脈沖變壓器7原方繞組的原方電容器C1進行充電。在本實施方式中，供電電源I為高壓直流電源，原方電容器C1為高壓金屬化膜電容器。光電轉(zhuǎn)換器5用于從外界接收光信號①，并將光信號①轉(zhuǎn)換為電信號。觸發(fā)單兀6與光電轉(zhuǎn)換器5相連,用于根據(jù)電信號產(chǎn)生電觸發(fā)信號，以控制固體開關(guān)元件4的導(dǎo)通。固體開關(guān)兀件4與充電單兀3和原方電容器C1相連。在本實施方式中，固體開關(guān)元件4為脈沖晶閘管或絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)續(xù)流二極管組成。脈沖變壓器7的輸入端與原方電容器C1相連，輸出端與脈沖變壓器7副方繞組的副方電容器C2相連，用于提升電壓。在本實施方式中，脈沖變壓器7為磁芯式脈沖變壓器或空芯式脈沖變壓器，副方電容器C2為高壓陶瓷電容器。陡化間隙開關(guān)8與脈沖變壓器7和副方電容器C2相連，用于將脈沖變壓器7提升后的電壓進行陡化處理，以獲得納秒脈沖高壓②。本實用新型的工作原理如下供電電源I經(jīng)過隔離變壓器2、充電單元3對原方電容器C1進行充電，隔離變壓器2的作用是將該高壓納秒脈沖產(chǎn)生裝置與供電電源I隔離，防止納秒高壓產(chǎn)生時造成供電電源I所在系統(tǒng)中地電位抬升從而損壞供電電源I。固體開關(guān)元件4中續(xù)流二極管避免了功率半導(dǎo)體器件承受反向電壓，從而起到保護作用。固體開關(guān)元件4的導(dǎo)通控制模塊由光電轉(zhuǎn)換器5與觸發(fā)單元6組成，使用時光電轉(zhuǎn)換器5接收外界提供的光信號①，將之轉(zhuǎn)換為電信號控制觸發(fā)單元6產(chǎn)生固體開關(guān)元件4導(dǎo)通所需的觸發(fā)信號。該控制方法簡單且安全可靠。原方電容器C1充電完成后，控制固體開關(guān)元件4導(dǎo)通，原方電容器C1瞬時放電，脈沖變壓器7原副方繞組產(chǎn)生磁耦合，副方電容器C2上得到脈沖高壓。本實施方式中，原方電容器C1、副方電容器C2的電容量選擇要滿足以下條件Cx>>n2Cy，其中Cx為原方電容器C1的電容量、Cy為副方電容器C2的電容量、n為脈沖變壓器的匝數(shù)比(n > I)。按此方法設(shè)計本專利提及的裝置參數(shù)，可以滿足脈沖變壓器諧振充電的條件，理想狀態(tài)下副方電容器C2上得到的高壓脈沖幅值可從IiU1增加達到211 ，其中U1為原方電容器C1上的充電電壓。即使脈沖變壓器存在漏感，副方高壓脈沖幅值也要明顯大于IiUlt5由此，利用本專利提出的諧振充電參數(shù)條件，可以使得匝數(shù)比較小的脈沖變壓器實現(xiàn)大于原設(shè)計匝數(shù)比的副方輸出電壓，從而在所需高壓脈沖幅值一定時，顯著減小脈沖變壓器裝置的匝數(shù)比、體積、重量及復(fù)雜程度，使裝置更加緊湊且降低成本。副方電容器C2上得到的脈沖高壓經(jīng)過陡化間隙開關(guān)8做陡化處理，即可得到高壓 納秒脈沖②。通過調(diào)節(jié)陡化間隙開關(guān)8內(nèi)主電極的間隙距離和所充氣體氣壓大小，可以調(diào)節(jié)陡化間隙開關(guān)8的自擊穿電壓和電壓降落時間，由此調(diào)節(jié)輸出納秒脈沖高壓②的幅值及前沿時間。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置，包括供電電源、隔離變壓器、充電單元、固體開關(guān)元件、光電轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)單元、脈沖變壓器、原方電容器、副方電容器和陸化間隙開關(guān)，其特征在于， 所述供電電源通過所述隔離變壓器與所述充電單元相連，用于對所述原方電容器進行充電； 所述光電轉(zhuǎn)換器用于從外界接收光信號，并將所述光信號轉(zhuǎn)換為電信號； 所述觸發(fā)單元與所述光電轉(zhuǎn)換器相連，用于根據(jù)所述電信號產(chǎn)生電觸發(fā)信號，以控制所述固體開關(guān)元件的導(dǎo)通； 所述固體開關(guān)元件與所述充電單元和所述原方電容器相連； 所述脈沖變壓器的輸入端與所述原方電容器相連，輸出端與所述副方電容器相連，用于提升電壓； 所述陡化間隙開關(guān)與所述脈沖變壓器和所述副方電容器相連，用于將所述脈沖變壓器提升后的電壓進行陡化處理，以獲得納秒脈沖高壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于， 所述供電電源為高壓直流電源； 所述固體開關(guān)元件為脈沖晶閘管或絕緣柵雙極型晶體管并聯(lián)續(xù)流二極管組成； 所述脈沖變壓器為磁芯式脈沖變壓器或空芯式脈沖變壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述原方電容器和所述副方電容器的電容量滿足以下條件CK n2Cy ,其中Cx為所述原方電容器的電容量，Cy為所述副方電容器的電容量，n為所述脈沖變壓器的匝數(shù)比，且n> I。
專利摘要本實用新型公開了一種產(chǎn)生高壓納秒脈沖的裝置，包括供電電源、隔離變壓器、充電單元、固體開關(guān)元件、光電轉(zhuǎn)換器、觸發(fā)單元、脈沖變壓器、原方電容器、副方電容器和陡化間隙開關(guān)，供電電源通過隔離變壓器與充電單元相連，用于對原方電容器進行充電，光電轉(zhuǎn)換器用于從外界接收光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，觸發(fā)單元與光電轉(zhuǎn)換器相連，用于根據(jù)電信號產(chǎn)生電觸發(fā)信號，以控制固體開關(guān)元件的導(dǎo)通，固體開關(guān)元件與充電單元和原方電容器相連，脈沖變壓器的輸入端與原方電容器相連，輸出端與副方電容器相連，用于提升電壓，陡化間隙開關(guān)用于對提升后的電壓進行陡化處理。本實用新型的裝置結(jié)構(gòu)簡單，輸出的高壓納秒脈沖穩(wěn)定。
文檔編號H02M9/00GK202565195SQ201220159378
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者李黎, 林福昌, 馮希波, 劉毅, 鮑超斌, 周正陽 申請人:華中科技大學(xué)