專利名稱：一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈沖功率電子領(lǐng)域，具體地說涉及一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互 補式脈沖形成網(wǎng)絡及方法。
背景技術(shù)：
脈沖形成網(wǎng)絡(PFN)是產(chǎn)生高壓脈沖的關(guān)鍵部分。它是采用集中參數(shù)的電 感、電容來代替真實的傳輸線，在線型調(diào)制器中借助它放電時的暫態(tài)特性來形 成矩形脈沖。PFN的形式有多種，但工程上大多采用等電容，電感為互感式或 去耦式兩類結(jié)構(gòu)。
互感式PFN等效電路，如圖3所示，電感采用均勻螺旋管繞制，調(diào)節(jié)脈沖 波形主要靠調(diào)整螺旋管線圈的匝數(shù)，由于螺旋管結(jié)構(gòu)使每段電感L之間是互耦 的，尤其是相鄰電感之間耦合系數(shù)很大(耦合度高)，因此每調(diào)節(jié)一段電感L時， 相鄰段的電感量變化很大，改變量不易控制，這就很難通過每段的電感調(diào)節(jié)來 模擬理想的傳輸線，從而很難得到高質(zhì)量的脈沖波形，這種形式的PFN在脈沖 波形質(zhì)量要求不是很高的場合可以應用，能滿足一般工程應用需求。
目前，脈沖功率領(lǐng)域朝著功率更大、脈沖波形質(zhì)量要求更高的方向發(fā)展。 這些新的趨勢都對PFN設(shè)計提出了更高的要求。脈沖波形質(zhì)量越高，就要求集 中參數(shù)的電容C、電感L越逼近真實傳輸線，也就需要盡可能增加PFN的節(jié)數(shù)。 但節(jié)數(shù)越多，每節(jié)電容C、電感L數(shù)值就越小，電路分布參數(shù)對脈沖波形的影 響就越發(fā)明顯。因而，在實際應用中過多地增加節(jié)數(shù)，對提高脈沖波形質(zhì)量已 無多大意義。脈沖功率的提高也引發(fā)類似問題功率越高，電感參數(shù)越小，器 件引線處的寄生電感成為不可忽視的部分。
為適應當今市場發(fā)展和產(chǎn)品性能提高的需要，研究先進的PFN技術(shù)，從控數(shù)的對波形的影響，提高脈沖波形的質(zhì)量，是現(xiàn)
有技術(shù)需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，為了克服現(xiàn)有技術(shù)向高功率、高脈沖波形 質(zhì)量方向發(fā)展的難點，提供一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡及方 法，以達到易調(diào)節(jié)電感量實現(xiàn)PFN與負載的阻抗匹配，同時能減小分布參數(shù)的 影響，得到高質(zhì)量的脈沖波形，滿足脈沖功率行業(yè)發(fā)展的需求。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式 脈沖形成網(wǎng)絡，包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡，其特征在于互補式脈沖形成網(wǎng)絡 中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡，去耦式脈沖形成網(wǎng)絡輸入端、輸出端與互感式脈 沖形成網(wǎng)絡輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補式脈沖形成網(wǎng)絡。將互感式脈 沖形成網(wǎng)絡與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡并聯(lián)使用，用去耦式PFN來補償互感式PFN， 組成互補式脈沖形成網(wǎng)絡。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的互感式脈沖形成網(wǎng)絡 與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡設(shè)為相同節(jié)數(shù)，電感、電容參數(shù)相同。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的去耦式脈沖形成網(wǎng) 絡，包括與互感式脈沖形成網(wǎng)絡節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器串接組成，可調(diào)電感器 的串接點通過電容器C與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡輸出端相連接。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的可調(diào)電感器包括線 圈、用于線圈繞制的筒形骨架、筒形體、固定座、絕緣手柄組成，筒形骨架上 設(shè)有用于固定線圈位置的等傾角槽口，線圈沿軸線方向卡裝在傾角槽口內(nèi)，筒 形骨架的長度方向等角度設(shè)有用于散熱長條孔，所述的筒形骨架內(nèi)設(shè)有可在筒 形骨架內(nèi)軸線方向上移動的筒狀體，筒狀體的一端設(shè)有固定座，絕緣手柄穿過
5筒形骨架的一端面與固定座相連接。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的筒形骨架的一端設(shè) 有固定筒形體的旋緊螺釘。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的筒狀體采用金屬材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的筒狀體采用導磁材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，所述的筒形骨架采用聚四 氟乙烯材料。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡的方法，包括下例步驟，首 先由互感式脈沖形成網(wǎng)絡產(chǎn)生一個質(zhì)量一般的脈沖波形，然后通過調(diào)節(jié)去耦式
脈沖形成網(wǎng)絡中可調(diào)電感器的參數(shù)去補償波形；通過去耦式脈沖形成網(wǎng)絡的電 感絕緣手柄，通過示波器觀測高壓脈沖波形，將產(chǎn)生的每個周期的高壓脈沖波 形，按時間軸向方向大致分成與電感個數(shù)相等的幾段，觀察分析哪段的波形質(zhì) 量，例如上升沿、下降沿、平頂度的波形，具有針對性地調(diào)整相應段電感的電 感量，結(jié)合示波器顯示的波形，能直觀地看到電感量的調(diào)節(jié)對波形的改善效果， 利用去耦式脈沖形成網(wǎng)絡的電感可粗調(diào)、細調(diào)相結(jié)合的特點，能方便、快速地 找到最佳狀態(tài)，使兩個脈沖形成網(wǎng)絡合成一個高質(zhì)量的脈沖波形。
一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，由于采用上述的互補式脈 沖形成網(wǎng)絡及調(diào)試方法，通過控制PFN節(jié)數(shù)，提高每組PFN的阻抗以減小分布 參數(shù)的影響，精確調(diào)節(jié)可調(diào)電感器的電感量，調(diào)節(jié)起來具有更高的精確性和易 操縱性，還可采用絕緣的方式實現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)電感量。該互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 可以方便達到高的脈沖波形質(zhì)量要求，克服線型調(diào)制器在高功率、高質(zhì)量要求下難以實現(xiàn)的困難。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明；
圖1為本發(fā)明一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡電路結(jié)構(gòu)示意
圖2為圖1所示的可調(diào)電感器結(jié)構(gòu)示意圖3為圖1所示的互感式脈沖形成網(wǎng)絡電路結(jié)構(gòu)示意在圖1、圖2中，1、線圈；2、筒形骨架；3、筒形體；4、固定座；5、絕 緣手柄；6、旋緊螺釘；7、散熱長條孔；8、傾角槽口； 9、可調(diào)電感器；10、 互感式脈沖形成網(wǎng)絡；11、去耦式脈沖形成網(wǎng)絡。
具體實施例方式
如圖1所示， 一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，包括互感式脈 沖形成網(wǎng)絡IO，互補式脈沖形成網(wǎng)絡中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡ll，去耦式脈 沖形成網(wǎng)絡11輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡10輸入端、輸出端并聯(lián) 組成所述的互補式脈沖形成網(wǎng)絡?；ジ惺矫}沖形成網(wǎng)絡IO與去耦式脈沖形成網(wǎng) 絡ll設(shè)為相同節(jié)數(shù)，電感L、電容C參數(shù)相同。所述的去耦式脈沖形成網(wǎng)絡11， 包括與互感式脈沖形成網(wǎng)絡10節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器9串接組成，可調(diào)電感器 9的串接點通過電容器C與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡11輸出端相連接。
參見圖2，所述的可調(diào)電感器9包括線圈1、用于線圈繞制的筒形骨架2、 筒形體3、固定座4、絕緣手柄5組成，筒形骨架2上設(shè)有用于固定線圈1的位 置的等傾角槽口 8,線圈1沿軸線方向卡裝在傾角槽口 8內(nèi)，筒形骨架2的長度 方向等角度設(shè)有用于散熱長條孔7，所述的筒形骨架2內(nèi)設(shè)有可在筒形骨架2內(nèi) 軸線方向上移動的筒狀體3,筒狀體3的一端設(shè)有固定座4，絕緣手柄5穿過筒形骨架2的一端面與固定座4相連接。
線圈1沿軸線方向均勻繞制在骨架2上，骨架2上等傾角開槽8用于固定 線圈1的位置。筒形骨架2的長度方向等角度銑長條孔7，便于散熱。筒狀體3 裝于筒形骨架2內(nèi)部，其尺寸略小于筒形骨架2的內(nèi)徑，能在筒形骨架2的軸 線方向上移動。固定座4用于筒狀體3和絕緣手柄5的連接。絕緣手柄5的長 度由帶電工作時電壓的高低決定，以保證人體安全。通過絕緣手柄5可使筒狀 體3、固定座4一起沿筒形骨架2軸線方向移動，移動量的大小決定了電感器電 感量改變的多少。
筒形骨架2可采用聚四氟乙烯材料，電感線圈1可用紫銅管，筒狀體3采 用金屬材料，可用鋁管，絕緣手柄5亦可用聚四氟乙烯材料。筒狀體3的可伸 縮范圍決定了電感量的可調(diào)節(jié)范圍，筒狀體3伸入線圈1內(nèi)部越多，被屏蔽的 線圈亟數(shù)越多，實際得到的電感量越小。設(shè)計時可根據(jù)需要設(shè)定線圈1的最大 電感量，再選定筒狀體3的伸縮范圍，以限定電感量的調(diào)節(jié)范圍。該電感裝配 時宜水平放置，易于絕緣手柄5的水平調(diào)節(jié)，及電感量的固定。
筒形骨架2的一端設(shè)有固定筒形體3的旋緊螺釘6。旋緊螺釘6用于電感量 粗調(diào)或細調(diào)的控制，以及最后固定筒狀體3的位置。當旋緊螺釘6旋置較松時 方便電感量的大范圍調(diào)整(粗調(diào))，旋置稍緊時可實現(xiàn)電感量的精確調(diào)整(細調(diào))。 電感量調(diào)節(jié)合適后，進一步旋緊螺釘6以固定筒狀體3的位置，固定電感量。
筒狀體3采用導磁材料，其它結(jié)構(gòu)與實施方式一中的相應部分基本相同。 但導磁材料(如磁通塊)改變了電感量的調(diào)節(jié)原理，筒狀體3伸入線圈內(nèi)部越 多，實際得到電感量越大。
將互感式脈沖形成網(wǎng)絡10與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡11并聯(lián)使用，用去耦式 PFN來補償互感式PFN，組成互補式脈沖形成網(wǎng)絡，其工作原理是首先由互感式脈沖形成網(wǎng)絡IO產(chǎn)生一個質(zhì)量一般的脈沖波形，然后通過調(diào)節(jié)去耦式脈沖形成網(wǎng)絡ll中可調(diào)電感器9的電感參數(shù)去補償波形，兩個脈沖形成網(wǎng)絡波形就合成一個質(zhì)量很高的脈沖波形，這樣就避免了互感式PFN調(diào)節(jié)精度不高的缺點。在實際電路中，集中參數(shù)的電容和電感會帶來分布電容和分布電感，其中分布電容的影響可以通過懸浮電容外殼來避免，但電容和電感的引線所產(chǎn)生的分布電感是無法克服的，而采用并聯(lián)形式的脈沖形成網(wǎng)絡后，阻抗提高一倍，電感會增大，分布電感對脈沖波形的影響就降低了，再加上電感是可調(diào)的，這樣引線電感可以納入集中參數(shù)內(nèi)來考慮。
工程應用中，為了達到高的脈沖波形質(zhì)量要求，通常需要用到幾十節(jié)的脈沖形成網(wǎng)絡來逼近真實的傳輸線，每節(jié)電感L、電容C參數(shù)很小，當其小到與其在電路中所帶來的分布電容和分布電感量級接近時，分布參數(shù)會極大地影響PFN集中參數(shù)，甚至會與集中參數(shù)形成諧振回路，雜波疊加在脈沖波形之上，使得實際需要的脈沖波形無法達到高的指標要求。 一味地增加PFN節(jié)數(shù)對提高脈沖波形指標已無實際意義。在這種情況下，采用本發(fā)明的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，通過控制PFN節(jié)數(shù)，提高每組PFN的阻抗以減小分布參數(shù)的影響，精確調(diào)節(jié)電感量，可以方便達到高的脈沖波形質(zhì)量要求
本發(fā)明的互補式PFN實施方式， 一般可將互感式PFN與去耦式PFN設(shè)計成同樣級數(shù)，電感L、電容C參數(shù)一致，兩組PFN體積、重量相當，便于布局和安裝。不同之處僅在于電感的設(shè)計和制造工藝?；ジ惺絇FN電感一般是將線圈繞制在一根長的螺旋管狀骨架上，中間適當位置設(shè)置抽頭將電感量分成了近似相等的幾節(jié)，調(diào)節(jié)電感量時是通過調(diào)節(jié)每節(jié)電感線圈的匝數(shù)。去耦式電感可以靈活設(shè)計， 一般可采用獨立管狀結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)起來具有更高的精確性和易操縱性，還可采用絕緣的方式實現(xiàn)帶電調(diào)節(jié)電感量。下面介紹一種典型的高功率、高質(zhì)量脈沖波形調(diào)制器的PFN設(shè)計方式，本
發(fā)明不限于該設(shè)計。
若已知負載阻抗為4Q， PFN工作電壓45kV，脈沖寬度(50%)要求7pS，頂部波動要求《0.05%。設(shè)計采用互補式PFN，互感式與去耦式兩組并聯(lián)，每組PFN等效阻抗pl-p2-8Q。設(shè)計每組PFN總電容量0.44nF，總電感量28piH。若取10級則每級電容量0.04(iF，每節(jié)電感量2.8mH。
按此要求設(shè)計出的電容器實際尺寸為205mmxl55mmx410mm，引出端絕緣子高215mm，易于生產(chǎn)和產(chǎn)品安裝。與高壓電容相比，PFN電感的制造難度較低，兩種PFN電感采用不同工藝互感式PFN的電感采用一根長的環(huán)氧筒形骨架，銅管(線圈)在筒形骨架長度方向上均勻繞制，筒形骨架的長度方向等角度銑長條孔，以便于散熱和固定接線夾，調(diào)節(jié)接線夾的位置可以粗調(diào)每節(jié)電感的電感量；去耦式PFN的電感，骨架采用聚四氟乙烯，電感線圈用銅管，骨架內(nèi)導電材料與手柄相連，通過手柄調(diào)節(jié)導電材料伸入線圈內(nèi)部的長度，可精確調(diào)節(jié)電感量。
本發(fā)明的互補式PFN,在降低電路分布參數(shù)影響的同時，能夠以粗調(diào)、細調(diào)相結(jié)合的方式，快速得到高質(zhì)量的脈沖波形。目前，采用這種方式的產(chǎn)品，可以將脈沖前沿由l~2ps減小到小于l|is，脈沖后沿由3~6p減小到小于2ps，脈沖平頂波動小于±0.05%，前沿抖動小于10ns，得到了高質(zhì)量高指標的高壓脈沖波形。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡，包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡(10)，其特征在于互補式脈沖形成網(wǎng)絡中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(11)，去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(11)輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡(10)輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補式脈沖形成網(wǎng)絡。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 其特征在于所述的互感式脈沖形成網(wǎng)絡(10)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(11) 設(shè)為相同節(jié)數(shù)，電感、電容參數(shù)相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng) 絡，其特征在于所述的去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(11)，包括與互感式脈沖形成網(wǎng) 絡(10)節(jié)數(shù)相同的可調(diào)電感器(9)串接組成，可調(diào)電感器(9)的串接點通 過電容器(C)與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡(11)輸出端相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 其特征在于所述的可調(diào)電感器(9)包括線圈(1)、用于線圈繞制的筒形骨架(2)、筒形體(3)、固定座(4)、絕緣手柄(5)組成，筒形骨架(2)上設(shè)有 用于固定線圈(1)位置的等傾角槽口 (8)，線圈l沿軸線方向卡裝在傾角槽口(8)內(nèi)，筒形骨架(2)的長度方向等角度設(shè)有用于散熱長條孔(7)，所述的 筒形骨架(2)內(nèi)設(shè)有可在筒形骨架(2)內(nèi)軸線方向上移動的筒狀體(3)，筒 狀體(3)的一端設(shè)有固定座(4)，絕緣手柄(5)穿過筒形骨架(2)的一端面 與固定座(4)相連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 其特征在于所述的筒形骨架(2)的一端設(shè)有固定筒形體(3)的旋緊螺釘(6)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 其特征在于所述的筒狀體(3)采用金屬材料。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡， 其特征在于所述的筒狀體(3)采用導磁材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng) 絡，其特征在于所述的筒形骨架(2)采用聚四氟乙烯材料。
9、 一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡的方法，包括下例步驟， 首先由互感式脈沖形成網(wǎng)絡產(chǎn)生一個質(zhì)量一般的脈沖波形，然后通過調(diào)節(jié)去耦 式脈沖形成網(wǎng)絡中可調(diào)電感器的參數(shù)去補償波形。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡 的方法，其特征在于所述的調(diào)節(jié)去耦式脈沖形成網(wǎng)絡中可調(diào)電感器的參數(shù)去補償波形，包括下例步驟，通過去耦式脈沖形成網(wǎng)絡的電感絕緣手柄，通過示 波器觀測高壓脈沖波形，將產(chǎn)生的每個周期的高壓脈沖波形，按時間軸向方向 大致分成與電感個數(shù)相等的幾段，觀察分析哪段的波形質(zhì)量，例如上升沿、下 降沿、平頂度的波形，具有針對性地調(diào)整相應段電感的電感量，結(jié)合示波器顯 示的波形，能直觀地看到電感量的調(diào)節(jié)對波形的改善效果，利用去耦式脈沖形 成網(wǎng)絡的電感可粗調(diào)、細調(diào)相結(jié)合的特點，能方便、快速地找到最佳狀態(tài)，使 兩個脈沖形成網(wǎng)絡合成一個高質(zhì)量的脈沖波形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于產(chǎn)生高壓脈沖的互補式脈沖形成網(wǎng)絡及方法，包括互感式脈沖形成網(wǎng)絡，其特征在于互補式脈沖形成網(wǎng)絡中設(shè)有去耦式脈沖形成網(wǎng)絡，去耦式脈沖形成網(wǎng)絡輸入端、輸出端與互感式脈沖形成網(wǎng)絡輸入端、輸出端并聯(lián)組成所述的互補式脈沖形成網(wǎng)絡。將互感式脈沖形成網(wǎng)絡與去耦式脈沖形成網(wǎng)絡并聯(lián)使用，用去耦式PFN來補償互感式PFN，組成互補式脈沖形成網(wǎng)絡。采用上述的互補式脈沖形成網(wǎng)絡及調(diào)試方法，通過控制PFN節(jié)數(shù)，提高每組PFN的阻抗以減小分布參數(shù)的影響，精確調(diào)節(jié)可調(diào)電感器的電感量，調(diào)節(jié)起來具有更高的精確性和易操縱性。該互補式脈沖形成網(wǎng)絡，可以方便達到高的脈沖波形質(zhì)量要求，克服線型調(diào)制器在高功率、高質(zhì)量要求下難以實現(xiàn)的困難。
文檔編號H03K3/53GK101459419SQ20081024433
公開日2009年6月17日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月27日
發(fā)明者龍 宮 申請人:蕪湖國睿兆伏電子股份有限公司