本發(fā)明涉及脈沖電源，特別是一種基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源，用于給普克爾盒提供脈沖電源，該電源采用全固態(tài)開關，該開關具有響應快、阻抗低、全控等優(yōu)點。
技術背景
美國國家點火實驗室(nationalignitionfacility，簡稱為nif)研制的等離子體普克爾盒脈沖電源裝置已在開發(fā)使用，固態(tài)開關尤其是mosfet和igbt，可以提高了功率容量和上升下降時間，從而取代真空管。該電路的拓撲提供了許多特性來使固態(tài)脈沖發(fā)生器更好的滿足先進的照相功能(advancedradiographiccapabilities，簡稱為arc)的需求以此替代晶閘管，新的脈沖發(fā)生器可以生成具有微小下降的平頂脈沖以及連續(xù)可變的頻率。固態(tài)開關mosfet相比于氫匝管等傳統電源，具有響應快、阻抗低、可任意受控觸發(fā)和任意受控關斷的優(yōu)勢。
技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源，該電源的初級電壓較低，次級電壓高，外部通過光纖觸發(fā)，儲能元件的能量基本保持不變，便于安裝和維修。
本發(fā)明的技術解決方案如下：
一種基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源，其特點在于由一個充電單元和n個相同的模塊組成，所述的第i個模塊由電壓檢測板、光電轉換單元、固態(tài)開關驅動單元、開關單元、儲能單元、續(xù)流單元和一個變壓器組成，所述的電壓檢測板的高壓端、儲能單元的輸入端與所述的開關單元的高壓端和所述的充電單元的高壓端口相連形成節(jié)點，所述的儲能單元的輸出端接所述的變壓器的一個初級端和續(xù)流單元的一端，所述的開關單元的驅動端接所述的固態(tài)開關驅動單元的輸出端，所述的固態(tài)開關驅動單元的輸入端接所述的光電轉換單元的輸出端，所述的電壓檢測板、光電轉換單元和固態(tài)開關驅動單元的高端接所述的充電單元的中壓端口，所述的充電單元、電壓檢測板、光電轉換單元、固態(tài)開關驅動單元、開關單元、續(xù)流單元(i-5)、儲能單元和變壓器初級的另一端共地線，其中i＝1、2、…、n，所述的n個變壓器是堆疊的1:1變壓器，每個變壓器初級是分別激勵的，n個變壓器的次級串聯后接負載。
所述的電壓檢測板有過壓指示燈和欠壓指示燈。
所述的光電轉換單元集成在一個小pcb板上，所述的固態(tài)開關驅動單元包含24個獨立的小pcb板，固態(tài)開關單元包含有48個并聯的固態(tài)開關元件，每兩個固態(tài)開關元件對應所述的固態(tài)開關驅動單元中的一塊小pcb板，所述的儲能單元包含24個并聯的儲能元件，每個儲能元件對應所述的固態(tài)開關驅動單元的兩個固態(tài)開關元件的放電，所述的續(xù)流單元包含20個并聯的續(xù)流元件，所述的固態(tài)開關單元、儲能單元和續(xù)流單元集成在一塊大的pcb載體板上，所述的光電轉換單元的小pcb板、固態(tài)開關驅動單元的小pcb板直接焊接在所述的大的pcb載體板上。
所述的變壓器的原邊的漏感要足夠小，線路板的寄生電容也要足夠小，變壓器副邊到普克爾盒之間的同軸傳輸線和bnc連接端子的特性阻抗為50歐姆。
變壓器的初級繞組采用銅加工組件，次級繞組是一根貫穿n個變壓器的空心銅柱，電路板采用直接插入變壓器的初級繞組上的方法。
本發(fā)明的技術效果：
本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源具有生成微小下降的平頂脈沖的能力，多次觸發(fā)模式的能力，連續(xù)可變的脈沖頻率，可變的脈沖寬度，以及快速的上升和下降時間，初級電壓較低，次級電壓高；外部通過光纖觸發(fā)；儲能元件的能量基本保持不變；便于安裝和維修；
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源原理圖。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源原理圖，由圖可見，本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源，由一個充電單元和n個相同的模塊組成，本實施例n為27,所述的第i個模塊由電壓檢測板、光電轉換單元i-1(包含一塊獨立的pcb板)、固態(tài)開關驅動單元i-2(包含24個獨立的pcb板)、開關單元i-3(包含48個并聯的開關元件)、儲能單元i-4(包含24個并聯的儲能元件)、續(xù)流單元i-5(包含20個并聯的續(xù)流元件)和一個變壓器i組成，所述的儲能單元i-4的輸入端與所述的開關單元i-3的高壓端、所述的電壓檢測板的高壓端和充電單元的高壓端口相連，所述的儲能單元i-4的輸出端接所述的變壓器i的一個初級端和續(xù)流單元i-5的一端形成節(jié)點，所述的開關單元i-3的驅動端接所述的固態(tài)開關驅動單元i-2的輸出端，所述的固態(tài)開關驅動單元i-2的輸入端接所述的光電轉換單元i-1的輸出端，所述的電壓檢測板、光電轉換單元i-1和固態(tài)開關驅動單元i-2的高端接所述的充電單元的中壓端口，所述的電壓檢測板、充電單元、光電轉換單元i-1、固態(tài)開關驅動單元i-2、開關單元i-3、續(xù)流單元i-5和變壓器i初級的另一端共地線，其中i＝1、2、…、n，所述的n個變壓器是堆疊的1:1變壓器，每個變壓器初級是分別激勵的，n個變壓器的次級串聯后接負載。
下面是一個實施例并以第i模塊說明如下：
所述的光電轉換單元i-1單獨設計在一塊pcb板上，所述的固態(tài)開關驅動單元i-2包含24個獨立的pcb板，固態(tài)開關單元i-3，包含有48個并聯的固態(tài)開關元件，每兩個固態(tài)開關元件對應所述的固態(tài)開關驅動單元i-2中的一塊pcb板，儲能單元i-4包含24個儲能元件，每個儲能元件針對兩個固態(tài)開關元件的放電，續(xù)流單元i-5包含20個并聯的續(xù)流元件，所述的固態(tài)開關單元i-3、儲能單元i-4和續(xù)流單元i-5在一塊大的pcb載體板上，然后將所述的光電轉換單元i-1、固態(tài)開關驅動單元i-2直接焊接在這塊大的pcb載體板上，所述的電壓檢測板也直接焊接在大的pcb載體板上，當電壓過高或不足時，相對應的指示燈會亮，方便維修。
本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源工作時會先通過前端的充電單元給儲能單元i-4一起充電儲能，當按下觸發(fā)按鍵之后，經過光電轉換單元i-1將各路光信號轉換成電信號，再經過固態(tài)開關驅動單元i-2來控制固態(tài)開關單元i-3(固態(tài)開關)的開通，從而使儲能單元i-4的能量通過固態(tài)開關單元i-3的固態(tài)開關和變壓器i傳遞至負載端，使負載端輸出高壓、窄脈沖，所述的固態(tài)開關單元i-3關斷后，變壓器i副邊的能量可通過變壓器i傳遞到變壓器原邊再被續(xù)流單元i-5吸收掉。
因為本發(fā)明基于固態(tài)開關的普克爾盒納秒脈沖電源是納秒級脈沖電源，為獲得更快的上升沿和下降沿，故電路的寄生參數對輸出波形的影響非常大，設計時變壓器原邊的漏感要足夠小，線路板的寄生電容也要足夠小，變壓器副邊到普克爾盒之間的同軸傳輸線和bnc連接端子要求特性阻抗為50歐姆。
實驗表明，本發(fā)明是一個高電壓、大電流、全固態(tài)的脈沖調制器。全固態(tài)開關以響應快、阻抗低、全控等優(yōu)點而取代晶閘管作為開關器件。本發(fā)明具有生成微小下降的平頂脈沖的能力，多次觸發(fā)模式的能力，連續(xù)可變的脈沖頻率，可變的脈沖寬度，以及快速的上升和下降時間，初級電壓較低，次級電壓高，具有快速安裝和快速現場維修的優(yōu)勢。