專利名稱：多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器及高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器及高壓觸 發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
脈沖功率技術(shù)(Pulsed Power Technology)是指將“慢”存儲(chǔ)起來的具有較高密 度的能量，進(jìn)行快速壓縮、轉(zhuǎn)換或直接以很短的時(shí)間釋放能量給負(fù)載的電物理技術(shù)。在脈沖 功率技術(shù)領(lǐng)域，人們經(jīng)常需要一個(gè)多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，它能夠按預(yù)先設(shè)定的時(shí)序先 后輸出兩路或兩路以上的高電壓脈沖，分別觸發(fā)多個(gè)高電壓開關(guān)，使它們按預(yù)定的時(shí)序先 后放電?，F(xiàn)有的時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器是由模擬電路構(gòu)成，其產(chǎn)生原理是利用RLC電路(即 由電阻R、電感L、電容C組成的電路)或者是RC電路(即由電阻R、電容C組成的電路)的 諧振產(chǎn)生脈沖，根據(jù)選取不同的R、C和L值獲取不同頻率的脈沖，然后在后端采用觸發(fā)電路 完成對(duì)脈沖的整形后輸出。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題現(xiàn)有的脈沖發(fā)生器工作時(shí)，首先放電的火花開關(guān)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，該干擾 會(huì)沿著高電壓觸發(fā)電纜及電源線，或直接從空間進(jìn)入脈沖發(fā)生器，從而誤觸發(fā)該脈沖發(fā)生 器中本不該動(dòng)作的觸發(fā)電路，導(dǎo)致連接脈沖發(fā)生器的所有火花開關(guān)幾乎同時(shí)擊穿。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高脈沖發(fā)生器抗強(qiáng)電磁干擾的能力，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多路時(shí)序高 壓脈沖發(fā)生器及高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置。所述技術(shù)方案如下—種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，包括脈沖時(shí)序控制裝置和與所述脈 沖時(shí)序控制裝置連接的至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置；所述脈沖時(shí)序控制裝置預(yù)設(shè)時(shí)序間隔，并根據(jù)所述時(shí)序間隔向所述高壓觸發(fā)脈沖 產(chǎn)生裝置交替輸出至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)；所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置將接收的時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)多級(jí)放大后，輸出高壓脈 沖。其中，所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置具體包括光電隔離放大電路、高反向偏置電壓 可控硅驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器；所述光電隔離放大電路接收所述脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)，對(duì)所述 時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并發(fā)送給高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路，以足夠驅(qū)動(dòng)后續(xù) 連接的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路；所述高反相偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路對(duì)所述時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大生成高 壓脈沖，并發(fā)送給所述脈沖變壓器；所述脈沖變壓器，接收并輸出所述高壓脈沖。
具體地，所述脈沖時(shí)序控制裝置和所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置之間通過光纖進(jìn)行 信號(hào)傳輸。進(jìn)一步地，對(duì)所述脈沖時(shí)序控制裝置和所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置均設(shè)置金屬外
tJXi O進(jìn)一步地，所述脈沖時(shí)序控制裝置通過電池獨(dú)立供電，所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝 置通過脈沖變壓器由電網(wǎng)供電。具體地，所述脈沖時(shí)序控制裝置為基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置。本發(fā)明還提供了一種高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，具體包括光電隔離放大電路、高反 向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器；所述光電隔離放大電路接收所述脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)，對(duì)所述 時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并發(fā)送給高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路，以足夠驅(qū)動(dòng)后續(xù) 連接的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路；所述高反相偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路對(duì)所述時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大生成高 壓脈沖，并發(fā)送給所述脈沖變壓器；所述脈沖變壓器，接收并輸出所述高壓脈沖。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過在多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生 器中設(shè)置至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，從而高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置交替接 收時(shí)序脈沖信號(hào)，并通過每路高壓觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置對(duì)脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖 信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大，不容易因電磁干擾而被誤觸發(fā)，有效防止某一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝 置產(chǎn)生的高壓脈沖導(dǎo)致另一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置發(fā)生誤動(dòng)作，具有很強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干 擾的能力。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中提供的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2中提供的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中提供的基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例3中提供的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例4中提供的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的某一應(yīng)用場景示意 圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例1參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，具體包括脈沖時(shí) 序控制裝置101和與脈沖時(shí)序控制裝置101連接的至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 裝置102 ；脈沖時(shí)序控制裝置101預(yù)設(shè)時(shí)序間隔，并根據(jù)時(shí)序間隔向高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置 102交替輸出至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)；
高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置102將接收的時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)多級(jí)放大后，輸出高壓脈 沖。本發(fā)明實(shí)施例提供的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，通過設(shè)置至少兩路相互獨(dú)立的高 壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，從而高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置交替接收時(shí)序脈沖信號(hào)，并通過每路高 壓觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置對(duì)脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行多級(jí)放大，不容易因電 磁干擾而被誤觸發(fā)，有效防止某一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的高壓脈沖導(dǎo)致另一路高 壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置發(fā)生誤動(dòng)作，具有很強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾的能力。實(shí)施例2參見圖2，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，具體包括脈沖時(shí) 序控制裝置201和與脈沖時(shí)序控制裝置201連接的至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 裝置202 ；脈沖時(shí)序控制裝置201用于預(yù)設(shè)時(shí)序間隔，并根據(jù)時(shí)序間隔向高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 裝置202交替輸出至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)；其中，本實(shí)施例中脈沖時(shí)序控制裝置向一高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置輸出一路時(shí)序 脈沖信號(hào)后，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)序間隔，又向一高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置輸出一路時(shí)序脈沖信 號(hào)，從而交替輸出兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)，也就是說兩路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置 接收到的時(shí)序脈沖信號(hào)是存在時(shí)序間隔的；參見圖3，脈沖時(shí)序控制裝置201可以為基于 FPGA(Field-Programmable Gate Array，即現(xiàn)場可編程門陣列)的脈沖時(shí)序控制裝置，具體 包括時(shí)鐘信號(hào)處理模塊2011、鍵盤接口模塊2012、選路控制模塊2013、數(shù)據(jù)緩存模塊2014、 定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊2015和數(shù)碼管顯示模塊2016 ；其中，時(shí)鐘信號(hào)處理模塊2011，用于接收外部晶振輸入的時(shí)鐘信號(hào)，并對(duì)該時(shí)鐘信 號(hào)進(jìn)行不同的頻率處理，分別發(fā)送給定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊2014、鍵盤接口模塊2011和數(shù)碼管顯 示模塊2016 ；脈沖時(shí)序控制裝置中，各路脈沖信號(hào)時(shí)延的調(diào)節(jié)精度為10ns，這就要求計(jì)數(shù)器的 輸入時(shí)鐘信號(hào)頻率達(dá)到100MHz。外部晶振的頻率為50MHz，該時(shí)鐘信號(hào)輸入至?xí)r鐘信號(hào)處 理模塊，首先經(jīng)過鎖相環(huán)(Phase Locked Loop, PLL)倍頻為100MHz，倍頻后的時(shí)鐘信號(hào)輸 送至計(jì)數(shù)器模塊，用于脈沖時(shí)序信號(hào)的定時(shí)輸出。考慮到鍵盤輸入的防抖要求，鍵盤輸入 模塊、選路控制模塊以及數(shù)據(jù)緩存模塊的輸入時(shí)鐘信號(hào)的頻率必須降低。通過分頻器1，將 PLL輸出的100MHz時(shí)鐘信號(hào)分頻成為IKHz時(shí)鐘信號(hào)，該IKHz時(shí)鐘信號(hào)送至以上三個(gè)模塊， 以達(dá)到鍵盤輸入有效防抖的目的。在數(shù)碼管顯示模塊中，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的方法，即通 過分頻器2，將PLL輸出的100MHz時(shí)鐘信號(hào)分頻成為IOKHz時(shí)鐘信號(hào)，該IOKHz時(shí)鐘信號(hào)送 至數(shù)碼管顯示模塊，用于數(shù)碼管上數(shù)據(jù)的同步顯示。鍵盤接口模塊2012采用逐行掃描法，快速準(zhǔn)確的識(shí)別出某一時(shí)刻按下的按鍵，并 將鍵值數(shù)據(jù)發(fā)送至后續(xù)模塊中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5路脈沖信號(hào)時(shí)延值的人工設(shè)定。選路控制模塊2013連接鍵盤接口模塊2012，用于對(duì)鍵盤接口模塊2012輸出的鍵 值數(shù)據(jù)信號(hào)KEY進(jìn)行判斷，并輸出5路脈沖的路選信號(hào)enable」 enable_5，從而控制5 個(gè)數(shù)據(jù)緩存模塊的數(shù)據(jù)接收，并對(duì)數(shù)碼管顯示模塊的數(shù)據(jù)顯示進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)緩存模塊2014連接選路控制模塊2013，用于在路選信號(hào)enable的控制下， 將選路控制模塊2013串行輸入的鍵值數(shù)據(jù)信號(hào)KEY，轉(zhuǎn)換成為并行輸出的時(shí)延數(shù)據(jù)信號(hào)time_0 time_7，它們代表了由鍵盤依次鍵入的該路時(shí)延數(shù)值的8個(gè)數(shù)位，最后將時(shí)延數(shù) 據(jù)信號(hào)time_0 time_7發(fā)送至后續(xù)的定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊，作為它的計(jì)數(shù)初值。定時(shí)計(jì)數(shù)器模塊2015連接選路控制模塊2013和數(shù)據(jù)緩存模塊2014，用于啟動(dòng)信 號(hào)START的觸發(fā)下，按照來自數(shù)據(jù)緩存模塊的時(shí)延數(shù)據(jù)time_0 time_7，在給定的延遲時(shí) 間之后輸出時(shí)序脈沖信號(hào)PULSE。數(shù)碼管顯示模塊2016的輸出為位數(shù)據(jù)信號(hào)segment和位控制信號(hào)common，分別 送至數(shù)碼管的7個(gè)數(shù)據(jù)位和8個(gè)控制位，為數(shù)碼管提供了顯示數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)位顯示的同步控 制信號(hào)，使得在數(shù)碼管上獲得穩(wěn)定、準(zhǔn)確的時(shí)延數(shù)據(jù)顯示。通過查看數(shù)碼管上顯示的時(shí)延數(shù) 據(jù)，可以判斷鍵盤的鍵入是否正確。高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置202，連接脈沖時(shí)序控制裝置201，用于將接收的時(shí)序脈沖 信號(hào)經(jīng)多級(jí)放大后，輸出高壓脈沖。其中，本實(shí)施例中至少包括兩路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝202，上述脈沖時(shí)序控制裝置 201輸出的至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)，分別輸入高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，且各路高 壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置之間完全相互獨(dú)立，能夠有效防止某一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生 的時(shí)序脈沖信號(hào)，導(dǎo)致另一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置發(fā)生誤動(dòng)作。具體地，高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置202具體包括光電隔離放大電路2021、高反向偏 置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路2022和脈沖變壓器2023 ；光電隔離放大電路2021，用于接收脈沖時(shí)序控制裝置201輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)， 對(duì)該時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并發(fā)送給高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路2022，以足夠 驅(qū)動(dòng)連接的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路2022中的高反向偏置電壓可控硅；實(shí)際應(yīng)用 中，該光電隔離放大電路2021可以采用光耦進(jìn)行光電隔離與電壓放大，可以將接收的脈沖 時(shí)序信號(hào)放大至100V左右，本發(fā)明對(duì)此不做限定；高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路2022，連接光電隔離放大電路2021，用于將光 電隔離放大電路2021輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大生成高壓脈沖，并發(fā)送給脈沖變壓器 2023 ；其中，實(shí)際應(yīng)用中，高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路將光電隔離放大電路輸出的 100V脈沖信號(hào)經(jīng)過進(jìn)一步放大，生成幾萬伏且陡度高的高壓脈沖。高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路中采用一種特殊的可控硅器件，即大容量靜電誘 導(dǎo)型SI-Thyristor，其觸發(fā)極可以工作在很高反向偏置電壓下(-20V以上)。SI-Thyristor 的開斷特性是“normally on”，即觸發(fā)極電壓略大于0時(shí)就導(dǎo)通，而觸發(fā)極加上負(fù)電壓時(shí) (負(fù)偏置)便斷開。SI-Thyristor觸發(fā)極的可靠關(guān)斷電壓為-20V以上，它不會(huì)因?yàn)殡姶鸥?擾而被誤觸發(fā)。為了使SI-Thyristor導(dǎo)通，觸發(fā)極的電壓必須高于20V。因而，通過采用該 大容量靜電誘導(dǎo)型可控硅器件不容易因電磁干擾而被誤觸發(fā)，能夠有效解決一般電力電子 開關(guān)器件觸發(fā)電平較低、極易被誤觸發(fā)的問題。脈沖變壓器2023，連接高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路2022，用于輸出高壓脈 沖；實(shí)際應(yīng)用中，該脈沖變壓器2023可以輸出幾萬伏的高電壓脈沖，該脈沖變壓器的結(jié)構(gòu) 為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明對(duì)此不再贅述。進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例中的脈沖時(shí)序控制裝置與各個(gè)高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置通 過光纖進(jìn)行連接，與現(xiàn)有通過電纜線連接的方式相比，光纖切斷了來自高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置的干擾，相應(yīng)地，光纖隔離傳輸部分包括光纖、光發(fā)射器、光接收器以及外圍電路。光發(fā) 射器將脈沖時(shí)序控制系統(tǒng)輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后光信號(hào)通過一定長度的光纖傳 輸?shù)狡淠┒说墓饨邮掌鳎饨邮掌髟賹⒐庑盘?hào)復(fù)原成時(shí)序脈沖電信號(hào)。優(yōu)選地，多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的各部分，即脈沖時(shí)序控制裝置和至少兩路高 壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置均設(shè)置金屬外殼進(jìn)行包覆，通過設(shè)置金屬外殼進(jìn)行電磁屏蔽，更進(jìn)一 步避免受到來自空間的輻射干擾的影響，使多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器能夠可靠而穩(wěn)定的工 作，本發(fā)明實(shí)施例不對(duì)采用的金屬類型進(jìn)行限定。進(jìn)一步地，為了切斷來自電源線的干擾，脈沖時(shí)序控制裝置采用電池獨(dú)立供電的 模式，高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置則經(jīng)過隔離變壓器從電網(wǎng)獲取供電，即各部分都有自己獨(dú)立 的“地”，具體地，由于高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置中的光電隔離放大電路的輸入端與輸出端分 別有各自獨(dú)立的“地”，從而使輸入端與輸出端沒有任何電氣上的連接，高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 裝置經(jīng)過隔離變壓器從電網(wǎng)獲取供電，和電網(wǎng)不共地，因此，電磁干擾信號(hào)不會(huì)通過公共的 “地”進(jìn)入其他電路，切斷了來自接地線的干擾。本發(fā)明實(shí)施例提供的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，通過設(shè)置至少兩路相互獨(dú)立的高 壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，從而高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置交替接收時(shí)序脈沖信號(hào)，并通過高壓觸 發(fā)脈沖發(fā)生裝置中的高反向偏置電壓可控硅進(jìn)行控制，不容易因電磁干擾而被誤觸發(fā)，有 效防止某一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的高壓脈沖導(dǎo)致另一路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置 發(fā)生誤動(dòng)作，具有很強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾的能力。另外，通過對(duì)多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的各 部分設(shè)置金屬機(jī)箱，避免了受到來自空間的輻射干擾的影響；為了切斷來自電源線的干擾， 脈沖時(shí)序控制裝置采用電池獨(dú)立供電的模式，高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置則經(jīng)過隔離變壓器從 電網(wǎng)獲取供電；為了切斷來自接地線的干擾，多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器中的每一部分都有 自己獨(dú)立的“地”，因此電磁干擾信號(hào)不會(huì)通過公共的“地”進(jìn)入其他電路。實(shí)施例3參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，具體包括光電隔離放 大電路301、高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路302和脈沖變壓器303 ；光電隔離放大電路301，用于接收時(shí)序脈沖信號(hào)，并將該時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放 大，以足夠驅(qū)動(dòng)連接的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路302中的高反向偏置電壓可控硅； 實(shí)際應(yīng)用中，該光電隔離放大電路301可以采用光耦進(jìn)行放大，可以將接收的脈沖時(shí)序信 號(hào)放大至100V左右，本發(fā)明對(duì)此不做限定；高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路302，用于提供高反向偏置電壓；其中，可控硅驅(qū) 動(dòng)電路302可以采用大容量靜電誘導(dǎo)型可控硅器件，其觸發(fā)極可以工作在很高反向偏置電 壓下，一般在-20V以上，該大容量靜電誘導(dǎo)型可控硅器件的開斷特性是“normally on”，即 觸發(fā)極電壓大于0時(shí)導(dǎo)通，而觸發(fā)極加上負(fù)電壓(即負(fù)偏置)時(shí)便斷開。即大容量靜電誘 導(dǎo)型可控硅器件觸發(fā)極的可靠關(guān)斷電壓為-20V以上，因而它不會(huì)因?yàn)殡姶鸥蓴_而被誤觸 發(fā)，為了使大容量靜電誘導(dǎo)型可控硅器件導(dǎo)通，觸發(fā)極的電壓必須高于20V，因而，通過采用 該大容量靜電誘導(dǎo)型可控硅器件能夠有效解決一般電力電子開關(guān)器件觸發(fā)電平較低、極易 被誤觸發(fā)的問題。脈沖變壓器303，連接該高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路302，用于輸出高壓脈 沖；實(shí)際應(yīng)用中，該脈沖變壓器303可以輸出幾萬伏的高電壓脈沖，該脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明對(duì)此不再贅述。本發(fā)明實(shí)施例提供的裝置，通過采用工作在很高負(fù)電壓下的可控硅器件，有效解 決了一般電力電子開關(guān)器件觸發(fā)電平較低、極易被誤觸發(fā)的問題，從而能夠工作在較高的 可靠關(guān)斷電壓下，不會(huì)因電磁干擾而被誤觸發(fā)。實(shí)施例4為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明實(shí)施例以在氣體火花開關(guān)的氣體絕 緣恢復(fù)特性的“雙脈沖法”實(shí)驗(yàn)中，使用的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器為例進(jìn)行說明，但并不 用來限定多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)中，首先放電的火花開關(guān)將產(chǎn)生很強(qiáng)的 電磁干擾，該干擾沿著高電壓觸發(fā)電纜及電源線，或直接從空間進(jìn)入高電壓同步控制系統(tǒng)， 并誤觸發(fā)該系統(tǒng)中此時(shí)本不該動(dòng)作的后續(xù)觸發(fā)電路，導(dǎo)致所有的火花開關(guān)幾乎同時(shí)被擊 穿。因此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，能夠輸出精確度高的多路時(shí) 序高壓脈沖，并且具有抵抗強(qiáng)電磁干擾的能力。參見圖5，下面給出本發(fā)明實(shí)施例提出的一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器的應(yīng)用場
旦
足多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器采用基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置和兩路相互獨(dú)立的 高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，且基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置和各路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈 沖產(chǎn)生裝置之間通過光纖進(jìn)行連接。其中，基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置的硬件主要包括三部分控制板、FPGA核心 板和光纖輸出板；控制板主要包括4X4鍵盤、數(shù)碼管、電源開關(guān)鍵、復(fù)位鍵以及啟動(dòng)鍵，是 基于FPGA的脈沖時(shí)序控制系統(tǒng)的人機(jī)交互界面，通過操作控制板可以方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)各路 時(shí)序脈沖信號(hào)時(shí)延值的設(shè)定，以及復(fù)位、啟動(dòng)等功能；FPGA核心板，本發(fā)明實(shí)施例中采用了 ALTERA公司Cyclone系列EP1C6Q240C8芯片、LM1085穩(wěn)壓芯片、AS/JTAG下載接口、主動(dòng)串 行配置器EPCS1、外部晶振，實(shí)際應(yīng)用中并不限于此；光纖輸出板，裝有多臺(tái)光發(fā)射器，它將 FPGA核心板送來的多路時(shí)序脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過光纖輸出，本實(shí)施例中連接 了兩路高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，即該光纖輸出板將兩路光信號(hào)發(fā)送給兩路獨(dú)立的高壓觸發(fā) 脈沖產(chǎn)生裝置。另外，整個(gè)裝置采用的電池供電系統(tǒng)也安裝在光纖輸出板上，包括可充電鋰 電池和電壓轉(zhuǎn)換模塊。高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括光耦隔離電壓放大電路、高 反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器；其中，光耦隔離變壓放大電路將脈沖時(shí)序信 號(hào)放大到100V左右，既能夠?qū)斎氲拿}沖時(shí)序信號(hào)進(jìn)行電壓放大，又能夠起到光電隔離的 作用；高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路中采用一種特殊的可控硅器件，即大容量靜電誘導(dǎo) 型SI-Thyristor，其觸發(fā)極可以工作在很高反向偏置電壓下(-20V以上)。SI-Thyristor的 開斷特性是“normally on”，即觸發(fā)極電壓略大于0時(shí)就導(dǎo)通，而觸發(fā)極加上負(fù)電壓時(shí)(負(fù) 偏置)便斷開。SI-Thyristor觸發(fā)極的可靠關(guān)斷電壓為-20V以上，它不會(huì)因?yàn)殡姶鸥蓴_而 被誤觸發(fā)。在上述研究氣體火花開關(guān)中氣體絕緣恢復(fù)特性的“雙脈沖法”實(shí)驗(yàn)中，多路時(shí)序高 壓脈沖發(fā)生器能夠輸出精確度高的多路時(shí)序高壓脈沖，很好地完成了被試氣體開關(guān)前后放 電以及診斷儀器的時(shí)序控制工作，且對(duì)多路脈沖時(shí)延的調(diào)節(jié)操作簡單方便，體積小便于移 動(dòng)，輸出信號(hào)的輸出穩(wěn)定性好，在多次實(shí)驗(yàn)中成功觸發(fā)被試開關(guān)的概率達(dá)到95%以上，該發(fā)生器還具有非常好的抗強(qiáng)電磁干擾的能力，在多次實(shí)驗(yàn)過程中，沒有發(fā)現(xiàn)被誤觸發(fā)的現(xiàn)象， 經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能夠應(yīng)用在高電壓大電流的高電壓環(huán)境中。 以上實(shí)施例提供的技術(shù)方案中的全部或部分內(nèi)容可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，其軟件 程序存儲(chǔ)在可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，存儲(chǔ)介質(zhì)例如計(jì)算機(jī)中的硬盤、光盤或軟盤。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，包括脈沖時(shí)序控制裝置和與所述脈沖 時(shí)序控制裝置連接的至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置；所述脈沖時(shí)序控制裝置預(yù)設(shè)時(shí)序間隔，并根據(jù)所述時(shí)序間隔向所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生 裝置交替輸出至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)；所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置將接收的時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)多級(jí)放大后，輸出高壓脈沖。
2.如權(quán)利要求1所述的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn) 生裝置具體包括光電隔離放大電路、高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器；所述光電隔離放大電路接收所述脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)，對(duì)所述時(shí)序 脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并發(fā)送給高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路，以足夠驅(qū)動(dòng)后續(xù)連接 的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路；所述高反相偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路對(duì)所述時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大生成高壓脈 沖，并發(fā)送給所述脈沖變壓器；所述脈沖變壓器，接收并輸出所述高壓脈沖。
3.如權(quán)利要求2所述的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖時(shí)序控制裝 置和所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置之間通過光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，對(duì)所述脈沖 時(shí)序控制裝置和所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置均設(shè)置金屬外殼。
5.如權(quán)利要求4所述的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖時(shí)序控制裝 置通過電池獨(dú)立供電，所述高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置通過脈沖變壓器由電網(wǎng)供電。
6.如權(quán)利要求1所述的多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于，所述脈沖時(shí)序控制裝 置為基于FPGA的脈沖時(shí)序控制裝置。
7.一種高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，其特征在于，具體包括光電隔離放大電路、高反向偏置 電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路和脈沖變壓器；所述光電隔離放大電路接收所述脈沖時(shí)序控制裝置輸出的時(shí)序脈沖信號(hào)，對(duì)所述時(shí)序 脈沖信號(hào)進(jìn)行電壓放大，并發(fā)送給高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路，以足夠驅(qū)動(dòng)后續(xù)連接 的高反向偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路；所述高反相偏置電壓可控硅驅(qū)動(dòng)電路對(duì)所述時(shí)序脈沖信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大生成高壓脈 沖，并發(fā)送給所述脈沖變壓器；所述脈沖變壓器，接收并輸出所述高壓脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器和高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域。所述多路時(shí)序高壓脈沖發(fā)生器，包括脈沖時(shí)序控制裝置與脈沖時(shí)序控制裝置連接的至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置；脈沖時(shí)序控制裝置預(yù)設(shè)時(shí)序間隔，并根據(jù)時(shí)序間隔向高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置交替輸出至少兩路相互獨(dú)立的時(shí)序脈沖信號(hào)；高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置將接收的時(shí)序脈沖信號(hào)經(jīng)多級(jí)放大后，輸出高壓脈沖。本發(fā)明通過設(shè)置至少兩路相互獨(dú)立的高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置，并通過每路高壓觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置中的高反向偏置電壓可控硅進(jìn)行控制，從而使得高壓觸發(fā)脈沖產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的每路高壓脈沖不受到電磁干擾而被誤觸發(fā)，具有很強(qiáng)的抗強(qiáng)電磁干擾的能力。
文檔編號(hào)H03K3/02GK102075165SQ20111004155
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者馬蕾 申請(qǐng)人:國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院