專利名稱：一種電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用電磁感應(yīng)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)自觸發(fā)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自觸發(fā)的直線變壓器驅(qū)動(dòng)源(Linear Transformer Driver, LTD)。
背景技術(shù)：
LTD是一種新的脈沖功率技術(shù)，具有成為下一代主流脈沖功率技術(shù)的潛質(zhì)。利用LTD技術(shù)能夠產(chǎn)生上升時(shí)間約IOOns的高功率脈沖直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載而不需要任何脈沖壓縮段。LTD由一個(gè)開關(guān)和一個(gè)電容器(單向充電)或兩個(gè)電容器(正負(fù)充電)串聯(lián)組成一個(gè)子塊，若干個(gè)子塊并聯(lián)構(gòu)成一個(gè)模塊，若干個(gè)模塊通過感應(yīng)疊加串聯(lián)為一路。若需更大電流，采用多路并聯(lián)，可建造大型裝置。LTD的原理和脈沖變壓器相似。每一個(gè)模塊相當(dāng)于一個(gè)初級(jí)繞組，若干個(gè)模塊串聯(lián)共用一個(gè)次級(jí)導(dǎo)體，相當(dāng)于一個(gè)由多個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)單匝次級(jí)繞組組成的變壓器。電容通過開關(guān)放電提供初級(jí)電流，能量通過磁芯從初級(jí)耦合到次級(jí)，實(shí)現(xiàn)疊加。然而，LTD在運(yùn)用于超大型裝置時(shí)，須同步觸發(fā)的開關(guān)達(dá)到十萬(wàn)量級(jí)，大陣列開關(guān)同步觸發(fā)是一大挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種成本低廉，可靠性強(qiáng)的電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源。本實(shí)用新型運(yùn)用磁芯感應(yīng)耦合原理，通過在LTD的感應(yīng)腔磁芯上加上副繞組實(shí)現(xiàn)同步產(chǎn)生高壓快脈沖信號(hào)，并且將信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)氣體開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)LTD的自觸發(fā)。本實(shí)用新型提供的一種電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，由觸發(fā)感應(yīng)腔模塊、普通感應(yīng)腔模塊、自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊三部分組成,其三部分依次通過次級(jí)中心匯流桿相互串聯(lián)，其中:在觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中，磁芯上繞有一組線圈，該線圈一端通過外殼接地，另一端通過導(dǎo)線將高壓觸發(fā)信號(hào)從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊引出；在普通感應(yīng)腔模塊中，開關(guān)觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中引出的高壓觸發(fā)信號(hào);在自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中，磁芯上繞有一組線圈，線圈一端通過外殼接地，另一端通過隔離電阻與開關(guān)的觸發(fā)端相連接。 本實(shí)用新型中，在觸發(fā)感應(yīng)腔模塊和普通感應(yīng)腔模塊中，整個(gè)感應(yīng)腔都被密閉在外殼中，環(huán)狀磁芯置于外殼內(nèi)，與外殼同軸放置，夕卜殼的一端和電容、觸發(fā)開關(guān)依次相連；夕卜殼的另一端與次級(jí)中心匯流桿相連、次級(jí)中心匯流桿與外殼同軸放置。本實(shí)用新型中，普通感應(yīng)腔模塊為一個(gè)以上；自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊為一個(gè)以上。[0013]本實(shí)用新型中，自觸發(fā)LTD裝置第一級(jí)模塊為觸發(fā)感應(yīng)腔模塊，其后連接著一定數(shù)目的普通感應(yīng)腔模塊，之后就接入的就全部都是自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊。本實(shí)用新型中，自觸發(fā)LTD裝置工作時(shí)，先將所有的感應(yīng)腔模塊中的充電電容充電到工作電壓，然后給觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)導(dǎo)通，充電電容放電，通過電磁感應(yīng)中心匯流桿和副繞組都能獲得一個(gè)高壓快脈沖。中心匯流桿上感應(yīng)電壓沿中心匯流桿向后傳播，而副繞組上產(chǎn)生的高壓則被引入其后的普通感應(yīng)腔模塊中作為其開關(guān)觸發(fā)信號(hào)。該信號(hào)模塊中氣體開關(guān)觸發(fā)，普通感應(yīng)腔模塊的電容放電，將儲(chǔ)存的能量輸出到中心匯流桿上，這樣就實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)感應(yīng)腔模塊和普通感應(yīng)腔模塊的同步觸發(fā)，兩種模塊也將能量匯聚到中心匯流桿上向后傳播。在中心匯流桿上的脈沖波的電壓經(jīng)過自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，在自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的副繞組上會(huì)同步感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)高壓脈沖，也就是自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的氣體開關(guān)的觸發(fā)極會(huì)同步獲得一個(gè)觸發(fā)電壓，使氣體開關(guān)觸發(fā)，自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的電容放電，將儲(chǔ)存的能量輸出到次級(jí)導(dǎo)體上。隨著脈沖電壓在中心匯流桿上的傳播，自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的氣體開關(guān)依次導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)整路LTD裝置的自觸發(fā)。雖然觸發(fā)氣體開關(guān)會(huì)導(dǎo)致中心匯流桿上的輸出總能量有所減少，但減少的能量很少，可以忽略不計(jì)。由工作原理知，該自觸發(fā)LTD只需觸發(fā)I個(gè)觸發(fā)感應(yīng)腔模塊即可實(shí)現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)。它具有所需觸發(fā)硬件少，工作穩(wěn)定可靠，能有效實(shí)現(xiàn)電壓疊加等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)該自觸發(fā)LTD運(yùn)用于超大型裝置時(shí)，可解決常規(guī)LTD面臨的十萬(wàn)量級(jí)氣體開關(guān)的同步觸發(fā)問題。本實(shí)用新型所述的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)本實(shí)用新型所需外觸發(fā)信號(hào)非常少，不再需要考慮外觸發(fā)信號(hào)的同步性問題；(2)系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)能夠被有效觸發(fā)；(3)不需要多路外觸發(fā)裝置，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉；(4)具有很好的可擴(kuò)展性，感應(yīng)腔模塊的數(shù)目可以自由調(diào)整而不需要增加外觸發(fā)數(shù)目，非常適合大規(guī)模的LTD裝置。

圖1為普通感應(yīng)腔模塊的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為觸發(fā)感應(yīng)腔模塊感應(yīng)腔電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊感應(yīng)腔電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型中電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源的工作原理圖。圖中標(biāo)號(hào):1-觸發(fā)感應(yīng)腔模塊；2-普通感應(yīng)腔模塊；3-自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊；101，201,202-導(dǎo)線；102, 205,431, 302,451,461-電容;103_外殼和金屬蓋板等組成的電路回路;104，210，306-磁芯；105，207，305-觸發(fā)隔離電阻;106，206，303，430，450，460-開關(guān)；107-次級(jí)中心匯流桿；203，301-外殼(接地)，204，304_金屬蓋板等組成的電路回路(虛線部分)；208，307，452，462_ 線圈;404_ 負(fù)載。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)闡述。[0027]本實(shí)用新型的實(shí)施方式可以適用于各種規(guī)模的LTD裝置，可以通過控制感應(yīng)腔的數(shù)目，電容的大小和充電電壓來控制輸出脈沖的能量。本實(shí)用新型提供的一種電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓驅(qū)動(dòng)源，由觸發(fā)感應(yīng)腔模塊1、普通感應(yīng)腔模塊2、自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊3三部分組成，其三部分通過次級(jí)中心匯流桿107相互串聯(lián)，其中:圖2示出用于產(chǎn)生同步觸發(fā)脈沖的感應(yīng)腔I的電路結(jié)構(gòu)示意圖。該與普通的感應(yīng)腔模塊結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于磁芯上有加繞一定匝數(shù)的線圈208。觸發(fā)感應(yīng)腔模塊I中，整個(gè)感應(yīng)腔都被密閉在外殼203中，環(huán)狀磁芯210置于外殼203內(nèi)，與外殼203同軸放置。外殼203的一端和電容205、觸發(fā)開關(guān)206依次相連。這樣，外殼203，電容205和觸發(fā)開關(guān)206就組成一個(gè)環(huán)繞環(huán)狀磁芯210的放電回路。外殼203的另一端與次級(jí)中心匯流桿107相連、次級(jí)中心匯流桿107與外殼203同軸放置。在觸發(fā)感應(yīng)腔模塊I中，磁芯210上繞有一組線圈208，該線圈208 —端通過外殼203接地，另一端通過導(dǎo)線202將高壓觸發(fā)信號(hào)從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊I引出。具體的，首先對(duì)電容205充電，在電容205充電完成之后，外觸發(fā)信號(hào)通過導(dǎo)線201來觸發(fā)開關(guān)206，開關(guān)206導(dǎo)通之后電容205放電，通過電磁感應(yīng)，在次級(jí)中心匯流桿107和線圈繞組208上都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)脈沖,次級(jí)中心匯流桿107上的感應(yīng)脈沖通過次級(jí)中心匯流桿107向后傳播，線圈繞組208上的感應(yīng)脈沖則通過導(dǎo)線202作為觸發(fā)脈沖傳輸給其它普通感應(yīng)腔模塊。圖1所示為普通感應(yīng)腔模塊2的電路結(jié)構(gòu)。該感應(yīng)腔為圓柱形，內(nèi)部的子塊數(shù)目可以根據(jù)需要設(shè)置，該圖假設(shè)其為偶數(shù)。在普通感應(yīng)腔模塊2中，開關(guān)106觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊I中引出的高壓觸發(fā)信號(hào)；該感應(yīng)腔模塊的具體工作過程為:先給電容102充電，然后開關(guān)106上接收到觸發(fā)感應(yīng)腔模塊通過導(dǎo)線202傳輸?shù)挠|發(fā)脈沖，開關(guān)106導(dǎo)通，電容102放電，因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)，在次級(jí)中心匯流桿107上產(chǎn)生感應(yīng)脈沖。圖3示出能夠同步感應(yīng)的自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊3的電路結(jié)構(gòu)示意圖。在自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊3中，磁芯306上繞有一組線圈307，線圈307 —端通過外殼301接地，另一端通過觸發(fā)隔離電阻305與開關(guān)303的觸發(fā)端相連接。具體的，首先給電容302充電，之后在次級(jí)中心匯流桿107上會(huì)經(jīng)過一個(gè)高電壓、大電流的快脈沖，此時(shí)因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)的作用，在線圈307上會(huì)同步產(chǎn)生一個(gè)高壓快脈沖，從而開關(guān)303導(dǎo)通，電容302放電，又通過電磁感應(yīng)的作用，在次級(jí)中心匯流桿107上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)脈沖，然后這個(gè)脈沖同步疊加到前一個(gè)脈沖上，實(shí)現(xiàn)了功率的疊加。圖4示出了本實(shí)用新型中電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源的工作原理圖，其中普通感應(yīng)腔模塊2為一個(gè)以上；自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊3為一個(gè)以上。在本實(shí)用新型中，電容 205、102、431、302、451、461 存儲(chǔ)能量，在工作中，首先對(duì)電容 205、102、431、302、451、461充電，在充電完成之后，外觸發(fā)信號(hào)通過導(dǎo)線201來觸發(fā)導(dǎo)通開關(guān)206，開關(guān)206導(dǎo)通之后電容205放電。由于存在電磁感應(yīng)，所以在次級(jí)中心匯流桿107上產(chǎn)生感應(yīng)快脈沖A，該電磁感應(yīng)脈沖A向后傳播，同時(shí)也通過電磁感應(yīng),繞組線圈208上也有一個(gè)感應(yīng)開脈沖通過導(dǎo)線202傳遞到開關(guān)106、430這些普通感應(yīng)腔模塊開關(guān)上，開關(guān)106、430導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的電容102, 431放電，這樣在脈沖A經(jīng)由中心匯流桿在經(jīng)過這些普通感應(yīng)腔模塊時(shí)就有感應(yīng)電壓疊加到脈沖A上，實(shí)現(xiàn)了電壓的疊加。脈沖A經(jīng)過觸發(fā)感應(yīng)腔和普通感應(yīng)腔模塊的部分之后，進(jìn)入自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊部分的次級(jí)中心匯流桿107，因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)的作用，在繞組線圈307、452、462上會(huì)產(chǎn)生與脈沖A同步的高壓快脈沖，這些高壓快脈沖作為觸發(fā)電壓觸發(fā)開關(guān)303、450、460，開關(guān)導(dǎo)通導(dǎo)致電容302、451、461放電，又因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)的作用，在次級(jí)中心匯流桿107上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)脈沖，然后這些就能實(shí)現(xiàn)脈沖同步疊加到脈沖A上，從而實(shí)現(xiàn)了功率的疊加，最后輸出到負(fù)載404上。本實(shí)用新型的實(shí)施方式其優(yōu)勢(shì)在于，不再需要傳統(tǒng)LTD裝置中需要的同步觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置，同時(shí)，通過磁芯上副繞組的電磁感應(yīng)作用產(chǎn)生的脈沖作為觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)LTD的同步自觸發(fā)。此外，去除了同步觸發(fā)脈沖發(fā)生裝置降低了裝置的成本和技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度，有效提高了 LTD裝置的靈活性和擴(kuò)展性。
權(quán)利要求1.一種電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，其特征在于:該驅(qū)動(dòng)源由觸發(fā)感應(yīng)腔模塊、普通感應(yīng)腔模塊、自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊三部分組成,其三部分通過次級(jí)中心匯流桿相互串聯(lián)，其中: 所述觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中，磁芯上繞有一組線圈，該線圈一端通過外殼接地，另一端通過導(dǎo)線將高壓觸發(fā)信號(hào)從所述觸發(fā)感應(yīng)腔模塊引出；所述自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中，磁芯上繞有一組線圈，線圈一端通過外殼接地，另一端通過觸發(fā)隔離電阻與開關(guān)的觸發(fā)端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，其特征在于:在所述觸發(fā)感應(yīng)腔模塊和所述普通感應(yīng)腔模塊中，整個(gè)感應(yīng)腔都被密閉在外殼中，環(huán)狀磁芯置于外殼內(nèi)，與外殼同軸放置，外殼的一端和電容、觸發(fā)開關(guān)依次相連；外殼的另一端與次級(jí)中心匯流桿相連、次級(jí)中心匯流桿與外殼同軸放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，其特征在于:所述普通感應(yīng)腔模塊為一個(gè)以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源，其特征在于:所述自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊為一個(gè)以上。
專利摘要本實(shí)用新型屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電磁感應(yīng)式自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動(dòng)源。該驅(qū)動(dòng)源由觸發(fā)感應(yīng)腔模塊、普通感應(yīng)腔模塊、自觸發(fā)感應(yīng)腔模塊三部分組成，其三部分通過次級(jí)中心匯流桿相互串聯(lián)，觸發(fā)感應(yīng)腔模塊組成一路LTD裝置的前幾級(jí)，自觸發(fā)LTD模塊組成一路LTD裝置的后幾級(jí)，工作時(shí)只需觸發(fā)同步觸發(fā)的感應(yīng)腔模塊組的第一級(jí)感應(yīng)腔模塊，即可實(shí)現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)。本實(shí)用新型所需外觸發(fā)信號(hào)非常少，不再需要考慮外觸發(fā)信號(hào)的同步性問題；系統(tǒng)可靠性強(qiáng)；不需要多路外觸發(fā)裝置，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉。具有很好的可擴(kuò)展性，感應(yīng)腔模塊的數(shù)目可以自由調(diào)整而不需要增加外觸發(fā)數(shù)目，非常適合大規(guī)模的LTD裝置。
文檔編號(hào)H03K17/96GK202998026SQ201220699809
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者涂卓麟, 邱劍, 劉克富 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)