本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器。

背景技術(shù)：

氫閘流管是一種脈沖功率放電器件，主要由陽極、柵極、陰極、儲氫器和陶瓷外殼五部分組成，它把高壓電容器等存儲的能量在脈沖期瞬間轉(zhuǎn)換形成強(qiáng)功率脈沖輸出，它具有工作電壓高、脈沖電流大、脈沖調(diào)制線路簡單、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于科研、軍事、醫(yī)療領(lǐng)域及民用高科技產(chǎn)品。氫閘流管的導(dǎo)通多采用高幅值、陡前沿、低抖動的脈沖進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通，因此脈沖觸發(fā)器的脈沖的幅值、上升時間、抖動直接影響到了氫閘流管的導(dǎo)通時間的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)有的大部分氫閘流管脈沖觸發(fā)器的觸發(fā)高壓脈沖由隔離變壓器直接輸出，未進(jìn)行良好的阻抗匹配，耦合效率低，帶負(fù)載的能力小，特別是在多組電容器串聯(lián)氫閘流管時序放電的情況下，抗干擾能力弱；輸出脈沖上升沿較緩，幅值不穩(wěn)定，抖動較大；燈絲加熱電路不合理，不能隔離數(shù)十kv的高壓脈沖。隨著脈沖功率的進(jìn)一步發(fā)展，小型化、模塊化、低抖動的納秒脈沖觸發(fā)器是脈沖功率發(fā)展的必然趨勢。

pfn網(wǎng)絡(luò)在高壓納秒脈沖源中應(yīng)用廣泛，主要用于脈沖功率的產(chǎn)生。pfn網(wǎng)絡(luò)主要由電容器、電感、高壓開關(guān)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，在匹配負(fù)載上可以得到納秒的快速上升時間，輸出脈沖寬度由級電容、級電感和級數(shù)確定，可調(diào)節(jié)自由的空間大，工作穩(wěn)定可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計了一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)脈沖輸出電壓穩(wěn)定可靠，燈絲電流靈活可調(diào)。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器，包括充電電源、脈沖形成回路、pfn網(wǎng)絡(luò)、燈絲加熱電路。

所述的充電電源給脈沖形成回路中的儲能電容c2提供能量，該充電電源包括第一調(diào)壓變壓器t1、差模扼流圈l1、整流二極管d1、限流電阻r1；所述的第一調(diào)壓變壓器t1副邊一極、igbtq1發(fā)射極和儲能電容c2一極共同接地；所述的儲能電容c2為電解電容器,450v/220uf；所述的差模扼流圈l1400mh,100w。

所述脈沖形成回路，升壓隔離變壓器t2原邊繞組、儲能電容c2、igbtq1以及快恢復(fù)電阻r2組成rlc網(wǎng)絡(luò)，在升壓隔離變壓器t2副邊繞組產(chǎn)生高壓脈沖；所述的升壓隔離變壓器t2采用高壓點(diǎn)火線圈，230v/26kv；所述快恢復(fù)電阻r2在充電過程中與限流電阻r1一起作為充電電阻，在脈沖形成過程中，快恢復(fù)電阻r2、升壓隔離變壓器t2原邊繞組、儲能電容c2以及二極管d2組成回路，使得升壓隔離變壓器t2反向振蕩電流快速變?yōu)榱恪?/p>

所述的pfn網(wǎng)絡(luò)，級電容充電至u，然后通過自擊穿球間隙開關(guān)s1對氫閘流管柵極r5放電，若負(fù)載匹配則負(fù)載脈沖幅值為u/2，輸出脈沖脈寬tp由級電容c、級電感l(wèi)以及級數(shù)m綜合確定pfn網(wǎng)絡(luò)特征阻抗由公式確定，各級采用的電容為陶瓷電容，陶瓷電容的容值為470pf，各級電感由高壓硅膠線繞制在絕緣管上制成，電感為1.175uh；所述的pfn網(wǎng)絡(luò)中，第一隔直電容c3、第二隔直電容c4均為2.5nf，40kvdc，柵極限流電阻r4為25ω，40w，第二隔直電容c4串聯(lián)在自擊穿球間隙開關(guān)s1的一端，第一隔直電容c3與柵極限流電阻r4串聯(lián)后連接到pfn網(wǎng)絡(luò)輸出口的另一端。

所述的燈絲加熱電路，包括保險絲f1、第二調(diào)壓變壓器t4、工頻高壓隔離變壓器t3、共模扼流圈t5以及燈絲r6組成。所述的工頻高壓隔離變壓器t3，繞制在鐵芯上，原邊繞組為漆包線，副邊繞組為高壓硅膠線；所述的共模扼流圈t5，400uh,采用鐵氧體磁心，雙線并繞，繞制的線為高壓硅膠線。

所述igbt控制脈沖形成回路的通斷，igbt集電極和發(fā)射極兩端并聯(lián)吸收電容c1和無感電阻r3，作為igbt關(guān)斷瞬間的緩沖電路。

所述igbt柵極的觸發(fā)，采用光觸發(fā)模式，采集卡的5v電觸發(fā)信號經(jīng)過電光模塊后通過光纖進(jìn)行傳輸，在觸發(fā)器處通過光電轉(zhuǎn)換后驅(qū)動igbt驅(qū)動電路，進(jìn)而驅(qū)動igbtq1。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

(1)本發(fā)明的脈沖觸發(fā)器中的儲能電容充電電壓低，很好解決了普通脈沖觸發(fā)器隔離變壓器原邊需要高壓的問題，使得該脈沖觸發(fā)器很容易緊湊化、小型化。

(2)本發(fā)明的脈沖形成回路采用快速的igbt作為開啟以及關(guān)斷的開關(guān)，輸出脈沖抖動小，幅值穩(wěn)定，同時需要的igbt耐壓值低，成本低。

(3)本發(fā)明的脈沖觸發(fā)器的輸出脈沖經(jīng)過pfn網(wǎng)絡(luò)，可以方便的調(diào)節(jié)級電容、級電感以及級數(shù)，進(jìn)而方便的改變輸出脈沖的上升時間和脈寬。

(4)本發(fā)明的脈沖觸發(fā)器集成了氫閘流管燈絲加熱電路，該電路電流可精細(xì)地調(diào)節(jié)，同時隔離數(shù)十kv的高壓。

(5)本發(fā)明的脈沖觸發(fā)器為懸浮輸出，可以滿足需要正負(fù)脈沖的不同場合。

(6)本發(fā)明的脈沖觸發(fā)器，通過改變充電電源電壓，可以方便地改變輸出脈沖幅值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器的回路示意圖。

圖2是本發(fā)明的一個脈沖波形圖。

圖中：t1為第一調(diào)壓變壓器；l1為差模扼流圈；d1為整流二極管；r1為限流電阻；r2為快恢復(fù)電阻；q1為igbt；c1為吸收電容；r3為無感電阻；d2為二極管；c2為儲能電容；t2為升壓隔離變壓器；c5、c6……cn-1、cn級電容；l5、l6……ln-1級電感；s1為自擊穿球間隙開關(guān)；c3為第一隔直電容；c4為第二隔直電容；r4為柵極限流電阻；r5為柵極；f1為保險絲；t4為第二調(diào)壓變壓器；t3為工頻高壓隔離變壓器；t5為共模扼流圈；r6為燈絲。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和較佳的實(shí)施例，對本技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1-2所示，一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器，該系統(tǒng)包括充電電源、脈沖形成回路、pfn網(wǎng)絡(luò)、燈絲加熱電路。

所述的充電電源給脈沖形成回路中的儲能電容c2提供能量，該充電電源包括第一調(diào)壓變壓器t1、差模扼流圈l1、整流二極管d1、限流電阻r1；所述的第一調(diào)壓變壓器t1副邊一極、igbtq1發(fā)射極和儲能電容c2一極共同接地；所述的儲能電容c2為電解電容器，450v/220uf；所述的差模扼流圈l1400mh,100w。

所述脈沖形成回路，升壓隔離變壓器t2原邊繞組、儲能電容c2、igbtq1以及快恢復(fù)電阻r2組成rlc網(wǎng)絡(luò)，在升壓隔離變壓器t2副邊繞組產(chǎn)生高壓脈沖；所述的升壓隔離變壓器t2采用高壓點(diǎn)火線圈，230v/26kv；所述快恢復(fù)電阻r2在充電過程中與限流電阻r1一起作為充電電阻，在脈沖形成過程中，快恢復(fù)電阻r2、升壓隔離變壓器t2原邊繞組、儲能電容c2以及二極管d2組成回路，使得升壓隔離變壓器t2反向振蕩電流快速變?yōu)榱恪?/p>

所述的pfn網(wǎng)絡(luò)，級電容充電至u，然后通過自擊穿球間隙開關(guān)s1對氫閘流管柵極r5放電，若負(fù)載匹配則負(fù)載脈沖幅值為u/2，輸出脈沖脈寬tp由級電容c、級電感l(wèi)以及級數(shù)m綜合確定pfn網(wǎng)絡(luò)特征阻抗由公式確定，各級采用的電容為陶瓷電容，陶瓷電容的容值為470pf，各級電感由高壓硅膠線繞制在絕緣管上制成，電感為1.175uh；所述的pfn網(wǎng)絡(luò)中，第一隔直電容c3、第二隔直電容c4分別為2.5nf，40kvdc，r4為柵極限流電阻25ω，40w。

所述的燈絲加熱電路，包括保險絲f1、第二調(diào)壓變壓器t4、工頻高壓隔離變壓器t3、共模扼流圈t5以及燈絲r6組成。所述的工頻高壓隔離變壓器t3，繞制在鐵芯上，原邊繞組為漆包線，副邊繞組為高壓硅膠線；所述的共模扼流圈t5，400uh,采用鐵氧體磁心，雙線并繞，繞制的線為高壓硅膠線。

所述igbtq1的控制脈沖形成回路的通斷，igbtq1集電極和發(fā)射極兩端并聯(lián)吸收電容c1和無感電阻r3，作為igbt關(guān)斷瞬間的緩沖電路。

所述igbtq1柵極的觸發(fā)，采用光觸發(fā)模式，采集卡的5v電觸發(fā)信號經(jīng)過電光模塊后通過光纖進(jìn)行傳輸，在觸發(fā)器處通過光電轉(zhuǎn)換后驅(qū)動igbtq1驅(qū)動電路，進(jìn)而驅(qū)動igbtq1。

在一個實(shí)施例當(dāng)中，所述的一種應(yīng)用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發(fā)器具體技術(shù)指標(biāo)如下：

a.觸發(fā)脈沖：

(1)觸發(fā)脈沖電壓：-3kv到-10kv；

(2)觸發(fā)脈沖電流：<200a；

(3)脈沖上升時間：～30ns；

(4)jitter抖動：<5ns；

b.燈絲：

(1)電壓：ac0-8v；

(2)燈絲電流max：2.5a；

上述參照實(shí)施例對該可伸縮磁探針進(jìn)行詳細(xì)的描述，是說明性的而不是限定性的，因此在不脫離本發(fā)明總體構(gòu)思下的變化和修改，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。