專利名稱：用于觸發(fā)系統(tǒng)的雙電源脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于觸發(fā)系統(tǒng)的電流脈沖發(fā)生器。更具體而言，本發(fā) 明涉及一種用于觸發(fā)系統(tǒng)的雙電源脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
通常，高電流脈沖源在高電壓的功率切換裝置中具有多種應(yīng)用， 舉例來說，這些切換裝置例如為用于觸發(fā)電弧閃光緩解裝置的燒蝕性 等離子槍、軌道槍、火花間隙開關(guān)、照明鎮(zhèn)流器以及串聯(lián)電容器保護(hù) 裝置。通常，這些裝置包括由空氣或氣體的主間隙分隔開的兩個(gè)或多 個(gè)主電極，且偏壓跨接主間隙而施加到主電極上。
高電流脈沖源提供高電流脈沖，以觸發(fā)燒蝕性等離子槍在主電極 之間產(chǎn)生傳導(dǎo)性燒蝕等離子蒸汽。例如，高電流脈沖通常大于大約
5，000安培(5kA)，以產(chǎn)生足夠的等離子蒸汽。還有，大于大約5，000 伏特(5kV)的高電壓用于克服空氣的擊穿電壓，并啟動(dòng)跨接脈沖電極的 高電流脈沖。通常，高電流脈沖如雷電電流脈沖，限定為具有8|is 的上升時(shí)間/20jns的下降時(shí)間。高電流脈沖通常通過可具有處于毫法 范圍內(nèi)的電容值的高能高電壓電容器放電來產(chǎn)生。高電壓高能電容器 十分昂貴，并且使得單電容器脈沖源對(duì)除了 一些實(shí)驗(yàn)設(shè)備外的大多數(shù) 應(yīng)用來說在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。因此，需要一種成本效益合算的用于 觸發(fā)系統(tǒng)的脈沖發(fā)生器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實(shí)施例提供了 一種用于觸發(fā)系統(tǒng)的雙電源脈沖 發(fā)生器。該雙電源脈沖發(fā)生器與具有第一電極、第二電極及位于其間 的空氣間隙的 一對(duì)電極形成電源連4妾(power connection)。該雙電源月永
4沖發(fā)生器包括第一脈沖源，其產(chǎn)生跨接該對(duì)電極的高電壓低電流脈
沖以容許電介質(zhì)擊穿，以及第二脈沖源，其并聯(lián)地與第一脈沖源的輸 出及該對(duì)電極電性連接，并響應(yīng)于高電壓低電流脈沖而產(chǎn)生低電壓高 電流脈沖，從而在該對(duì)電極的相同電極之間產(chǎn)生高密度等離子的電流。
本發(fā)明的另 一個(gè)示例性實(shí)施例提供了 一種燒蝕性等離子槍。該燒
蝕性等離子槍包括具有開口的筒體(barrel);產(chǎn)生高電壓低電流脈沖 和低電壓高電流脈沖的雙電源脈沖發(fā)生器；以及一對(duì)電極，其具有形 成于其間的空氣間隙，經(jīng)由單對(duì)導(dǎo)體與雙電源脈沖發(fā)生器形成電源連 接，以及接收高電壓低電流脈沖和低電壓高電流脈沖。所產(chǎn)生的電弧 5夸接空氣間隙，以響應(yīng)于高電壓卩氐電流脈沖和所產(chǎn)生的〗氐電壓高電流 脈沖而生成從筒體開口射出的傳導(dǎo)性等離子蒸汽。
明的其它實(shí)施例和方面在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述，且視作為要求得到 專利保護(hù)的本發(fā)明的一部分。參看說明和附圖，以更好地理解具有其 優(yōu)點(diǎn)和特征的本發(fā)明。


圖1為可在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的用于觸發(fā)系統(tǒng)的雙電源脈沖 發(fā)生器的電路圖。
圖2為可在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的燒蝕性等離子槍和圖1中的 雙電源脈沖發(fā)生器的簡(jiǎn)圖。
圖3為可在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的圖2中的燒蝕性等離子槍的 筒體的簡(jiǎn)圖。
圖4為可在本發(fā)明的實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的圖3中所示的電極對(duì)的簡(jiǎn)圖。
圖5為可在本發(fā)明的示例性實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的電弧閃光緩解裝置的 簡(jiǎn)圖。
5零件清單
10雙電源脈沖發(fā)生器
20燒蝕性等離子槍
25筒體
35開口
40等離子蒸汽
50燒蝕材料
60觸發(fā)信號(hào)或啟動(dòng)信號(hào)
100第一脈沖源
110整流器
115二極管
125電阻器
128阻容充電電路
130電容器
132開關(guān)
135高電壓脈沖變壓器
140初級(jí)繞組
145次級(jí)繞組
150火花間隙(二極管)
160二極管
200第二脈沖源
210整流器
215電阻器
220電容器
225電阻器
230阻容充電電路
235電感器240 二極管
245放電開關(guān)
250導(dǎo)線對(duì)
255電極對(duì)
255a第一電極
255b第二電極
260電弧
265空氣間隙
300電弧閃光緩解裝置
310a主電核_
310b主電極
315主間隙
320保護(hù)電弧
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)轉(zhuǎn)到更為詳細(xì)的附圖，在圖1中將會(huì)看到用于觸發(fā)系統(tǒng)例如燒 蝕性等離子槍20(如圖2中所示)的雙電源脈沖發(fā)生器10。本發(fā)明不限 于用在燒蝕性等離子槍上，且因此可用于在其它應(yīng)用如軌道槍、火花 間隙開關(guān)、照明鎮(zhèn)流器、串聯(lián)電容器保護(hù)電路等中發(fā)出高電流脈沖。
根據(jù)示例性實(shí)施例，雙電源脈沖發(fā)生器10包括第一脈沖源100， 即高電壓(低電流)脈沖源100，以及第二脈沖源200，即低電壓(高電 流)脈沖源200?？刂破?未示出)將觸發(fā)信號(hào)或啟動(dòng)信號(hào)60(圖5中所示) 供送給高電壓脈沖源IOO和低電壓脈沖源200。
根據(jù)示例性實(shí)施例，高電壓脈沖源100和低電壓脈沖源200與電 極對(duì)255(例如，圖3和圖4中所示的第一電極255a和第二電極255b) 形成電源連接。高電壓脈沖源100產(chǎn)生跨接電極對(duì)255的高電壓低電 流脈沖以容許電介質(zhì)擊穿。低電壓高電流脈沖源200與高電壓低電流 脈沖源IOO的輸出電性連接，并響應(yīng)于高電壓低電流脈沖而產(chǎn)生低電
7壓高電流脈沖，從而在電極對(duì)255的電極255a和255b之間產(chǎn)生高密 度等離子電流。
例如，如圖1中所示，高電壓脈沖源100可為電容器^:電電^^或 脈沖變壓器。根據(jù)當(dāng)前的示例性實(shí)施例，高電壓脈沖源100包括與電 源(未示出)形成電源連接的整流器110、二極管115如設(shè)置成與整流器 110串聯(lián)的可控硅整流器(SCR)、形成阻容充電電路128的電阻器125 和電容器130，以及設(shè)置成與電容器130串聯(lián)的開關(guān)132。高電壓脈 沖源還包括具有初級(jí)繞組140和次級(jí)繞組145的高電壓脈沖變壓器 135，以及二極管150(即火花間隙)。初級(jí)繞組140經(jīng)由開關(guān)132與電 源形成電源連接，次級(jí)繞組與電極對(duì)255形成電源連接，以及二極管 160電性連接在次級(jí)繞組145與電極對(duì)255的第一電極255a之間。
根據(jù)示例性實(shí)施例，低電壓脈沖源200包括與電源和阻容充電電 路230形成電源連接的整流器210,該阻容充電電路230包括電阻器 215和電容器220。電容器220與電極對(duì)255并聯(lián)，而電阻器215與 電容器220串聯(lián)。低電壓脈沖源200還包括電阻器225、電感器235、 二極管240和放電開關(guān)245?，F(xiàn)在將詳細(xì)描述高電壓脈沖源100和低 電壓脈沖源200的運(yùn)4亍。
根據(jù)示例性實(shí)施例，高電壓脈沖源接收大約120伏特至480伏特 的第一電壓的交流電。例如，電容器130充電至大約240V的預(yù)定電 壓。當(dāng)雙電源脈沖發(fā)生器10通過觸發(fā)信號(hào)60(例如，圖5中所示)受到 觸發(fā)時(shí)，開關(guān)132閉合，且經(jīng)由脈沖變壓器135的初級(jí)繞組140將脈 沖發(fā)送到火花間隙150中，并且火花間隙150在電容器130的預(yù)定電 壓下短路或擊穿。作為響應(yīng)，通過變壓器135的次級(jí)繞組145 3爭(zhēng)接電 極對(duì)255形成第二電勢(shì)，且因此產(chǎn)生大約15，000V的高電壓(低電流) 脈沖輸出，其高到足以克服在電極對(duì)255的第一電極255a與第二電極 255b之間間隙265(圖4中所示)處的空氣擊穿電壓。最初，高電壓脈 沖施加到第一電極255a和第二電極255b上，以減小空氣間隙265的 阻抗，并觸發(fā)低電壓脈沖源200。此時(shí)，形成在空氣間隙265之間的電弧260(圖4中所示)為低能電弧，但由于擊穿電壓而使得阻抗顯著減小。
此外，例如如圖1中所示，根據(jù)示例性實(shí)施例，低電壓脈沖源200 為電容放電電路。因此，使用微法級(jí)電容器，通過電容器放電獲得了 低電壓脈沖源200，該電容器在低于大約lkV的電壓下產(chǎn)生大約5kA 的高電流。低電壓脈沖源200接收來自于電源的大約480VAC(交流電 壓)的第二電壓，且電容器220充電至大約600V。低電壓(高電流)脈 沖源200隨后受到觸發(fā)而跨接同一電極對(duì)255,由于高壓電弧260而 使得該電極對(duì)255的阻抗顯著減小。盡管電壓較低，但這容許高電流 流過該電極對(duì)255。因此，電弧260由于其容許高電流流動(dòng)，故其能 量顯著增大。也就是說，高電壓低電流脈沖最初施加到電極對(duì)255上 來減小空氣間隙265的阻抗，且在空氣間隙265之間形成電弧260, 以及低電壓高電流脈沖之后受到觸發(fā)而跨接同一電極對(duì)255，以使得 高電流能夠流過該電^l對(duì)255。
根據(jù)示例性實(shí)施例，二極管240阻止高電壓電流流入低電壓脈沖 源200中。
根據(jù)示例性實(shí)施例，高電壓脈沖源100和低電壓脈沖源200通過 整流電橋連接在一起。
根據(jù)示例性實(shí)施例，電極對(duì)255的使用降低了槍筒電離要求。 圖2為使用雙電源脈沖發(fā)生器IO(例如，圖1中所示)的燒蝕性等 離子槍20的簡(jiǎn)圖。等離子槍20包括具有高電壓脈沖源IOO和低電壓 脈沖源200的雙電源脈沖發(fā)生器10,以及單對(duì)導(dǎo)線250。等離子槍20 還包括筒體25,筒體25含有開口35。等離子槍20從開口 35中射出 等離子蒸汽40。
圖3為圖2中的燒蝕性等離子槍20的筒體25的簡(jiǎn)圖。圖3示出 了等離子槍20具有位于筒體25中的電極對(duì)(第一電極255a和第二電 極255b)、燒蝕材料杯(cup)50,以及開口35。當(dāng)雙電源脈沖發(fā)生器10 與燒蝕性等離子槍形成電源連接時(shí)，雙電源脈沖發(fā)生器10向燒蝕性
9等離子槍20提供高電壓(低電流)脈沖和低電壓(高電流)脈沖，等離子
槍20產(chǎn)生跨接空氣間隙265的電弧260,其加熱并燒蝕該燒蝕材料， 以產(chǎn)生傳導(dǎo)性等離子蒸汽40。
圖4為圖3中所示的燒蝕性等離子槍的電極對(duì)的筒圖。電極對(duì) 255(第一電才及255a和第二電極255b)設(shè)置成位于筒體35內(nèi)部;f皮此靠 近。電極255a和255b與單對(duì)導(dǎo)線25 0形成電源連接。電弧260在電 極255a和255b之間產(chǎn)生。電弧260可包括i殳置在電極255a和255b 之間的一條以上的電弧。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電弧260的產(chǎn) 生表示高電壓低電流脈沖和低電壓高電流脈沖。
圖5為可在本發(fā)明的示例性實(shí)施例內(nèi)實(shí)施的電弧閃光緩解裝置的 筒圖。如圖5中所示，具有與燒蝕性等離子槍20(圖2中所示)連通的 主電極310a和310b的電弧閃光緩解裝置300與雙電源脈沖發(fā)生器 IO(圖1中所示)形成電源連通。雙電源脈沖發(fā)生器IO接收啟動(dòng)信號(hào)或 觸發(fā)信號(hào)60，且繼而又將脈沖發(fā)送給燒蝕性等離子槍20，這致使燒 蝕性等離子槍20將等離子蒸汽40噴射到電弧緩解裝置300的主電極 310a和310b之間的主間隙315中，從而引起保護(hù)電弧320。本發(fā)明的 雙電源脈沖發(fā)生器10不限于用于電弧閃光緩解裝置，且因此可用于 例如觸發(fā)軌道槍、火花間隙開關(guān)、照明鎮(zhèn)流器、以及串聯(lián)電容器保護(hù) 裝置。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，雙電源脈沖發(fā)生器10的使用所提 供的優(yōu)點(diǎn)在于，由于其容許高電流的流動(dòng)，故電弧的能量較高。此外， 將低電壓構(gòu)件用在高電流脈沖電路上容許雙電源脈沖發(fā)生器10的成
本效益合算且尺寸緊湊。
盡管已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員 將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可做出多種改變，并且 可用等同物來代替其元件。此外，在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下， 可做出許多修改以使特定的情勢(shì)或材料適應(yīng)本發(fā)明所教導(dǎo)的內(nèi)容。因 此，所期望的是使本發(fā)明不限于作為為執(zhí)行本發(fā)明而構(gòu)思出的最佳方式所公開的具體實(shí)施例，而是，本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求范圍 內(nèi)的所有實(shí)施例。此外，使用用語(yǔ)第一、第二等并不表示任何順序或 重要程度，而是用用語(yǔ)第一、第二等來將一個(gè)元件與另一個(gè)相區(qū)別。
權(quán)利要求
1.一種雙電源脈沖發(fā)生器(10)，其與具有第一電極(255a)、第二電極(255b)和位于其間的空氣間隙(265)的電極對(duì)(255)形成電源連接，所述雙電源脈沖發(fā)生器(10)包括第一脈沖源(100)，其產(chǎn)生跨接所述電極對(duì)(255)的高電壓低電流脈沖；以及第二脈沖源(200)，其與所述第一脈沖源(100)的輸出并聯(lián)地電性連接，以及響應(yīng)于所述高電壓低電流脈沖而在所述電極對(duì)(255)的相同電極(255)之間產(chǎn)生低電壓高電流脈沖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO),其特征在于，所述第一脈沖源(100)和所述第二脈沖源(200)經(jīng)由多個(gè)二極管(160，240)相連4妄。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO),其特征在于，所述第 一脈沖源(IOO)包括與電源形成電源連接的整流器(110);設(shè)置成與所述整流器(l 10)串聯(lián)的第一二極管(l 15);包括電容器(130)的充電電路(128);設(shè)置成與所述電容器(130)串聯(lián)的開關(guān)(132);具有初級(jí)繞組(140)和次級(jí)繞組(140)的脈沖變壓器(135),所述初級(jí)繞組(140)經(jīng)由所述開關(guān)(132)與所述電源形成電源連接，以及所述次級(jí)繞組(145)與所述電極對(duì)(255)形成電源連接；以及在所述次級(jí)繞組與所述電極對(duì)(255)之間電性連接的第二二極管(160)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO),其特征在于，所述第二脈沖源(200)包括與電源形成電源連接的整流器(210);與所述整流器(210)和所述電極對(duì)(255)形成電源連接的充電電路(230)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙電源脈沖發(fā)生器(10)，其特征在于，所述充電電路(230)包括設(shè)置成與所述電極對(duì)(255)并聯(lián)的電容器(220);以及與所述電容器(220)串聯(lián)連接的第 一 電阻器(215)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電源脈沖發(fā)生器(10)，其特征在于，所述第二脈沖源(200)還包括電感器(235);與所述電感器(235)串聯(lián)連接的第二電阻器(225);以及二極管(240)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電源脈沖發(fā)生器(10),其特征在于，所述電容器(220)充電高至大約600V。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO),其特征在于，之間形成電源連接的放電開關(guān)(245)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO),其特征在于，所述高電壓低電流脈沖最初跨接所述電極對(duì)(255)而施加以減小所述空氣間隙(265)的阻抗，并且在所述空氣間隙(265)之間形成電弧(260),以及低電壓高電流脈沖受到觸發(fā)而跨接所述電極對(duì)(255)，以使高電流能夠流過所述電極對(duì)(255)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源脈沖發(fā)生器(IO)，其特征在于，所述第一脈沖源(100)接收電壓為大約120伏特至480伏特的交流電流，以及所述第二脈沖源(200)接收電壓為大約480伏特的交流電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于觸發(fā)系統(tǒng)的雙電源脈沖發(fā)生器。具體而言，一種雙電源脈沖發(fā)生器(10)，其與具有第一電極(255a)、第二電極(255b)和位于其間的空氣間隙(265)的電極對(duì)(255)形成電源連接。雙電源脈沖發(fā)生器(10)包括第一脈沖源(100)，其產(chǎn)生跨接電極對(duì)(255)的高電壓低電流脈沖以允許電介質(zhì)擊穿；以及第二脈沖源(200)，其與第一脈沖源(100)的輸出并聯(lián)地電性連接，以及響應(yīng)于高電壓低電流脈沖而產(chǎn)生低電壓高電流脈沖，從而在電極對(duì)(255)的相同電極(255)之間產(chǎn)生高密度等離子電流。
文檔編號(hào)H03K3/00GK101667819SQ200910002300
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者A·K·博奧里, C·小里弗斯, G·W·羅斯克, J·J·杜赫蒂, T·阿索坎 申請(qǐng)人:通用電氣公司