專利名稱：一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實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，實現(xiàn)開關(guān)自觸發(fā)的直線變壓器驅(qū)動源(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)生上升時間約IOOns的高功率脈沖直接驅(qū)動負(fù)載而不需要任何脈沖壓縮段。LTD由一個開關(guān)和一個電容器(單向充電)或兩個電容器(正負(fù)充電)串聯(lián)組成一個子塊，若干個子塊并聯(lián)構(gòu)成一個模塊，若干個模塊通過感應(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。每一個模塊相當(dāng)于一個初級繞組，若干個模塊串聯(lián)共用一個次級導(dǎo)體，相當(dāng)于一個由多個初級繞組和一個單匝次級繞組組成的變壓器。電容通過開關(guān)放電提供初級電流，能量通過磁芯從初級耦合到次級，實現(xiàn)疊加。然而，LTD在運用于超大型裝置時，須同步觸發(fā)的開關(guān)達(dá)到十萬量級，大規(guī)模開關(guān)同步觸發(fā)是一大挑戰(zhàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可靠性強(qiáng)的分組自觸發(fā)式直線變壓驅(qū)動源。本實用新型運用磁芯感應(yīng)耦合原理，通過在LTD前級感應(yīng)腔磁芯上加上副繞組實現(xiàn)在前級感應(yīng)腔導(dǎo)通時同步產(chǎn)生高壓快脈沖信號，該信號被引入后級感應(yīng)腔觸發(fā)氣體開關(guān)，從而實現(xiàn)LTD的自觸發(fā)。該實用新型由兩種不同類型感應(yīng)腔模塊組成，第一種類型的感應(yīng)腔模塊為具有副繞組的感應(yīng)腔模塊，用觸發(fā)感應(yīng)腔來表示，該模塊與普通的感應(yīng)腔模塊的區(qū)別是在磁芯上有加繞上一定匝數(shù)的線圈，該線圈一端外殼接地，一端作為高壓觸發(fā)信號引出感應(yīng)腔，該模塊的開關(guān)的觸發(fā)是通過外加觸發(fā)信號完成的。第二種類型的感應(yīng)腔其結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)腔模塊相同，其與普通感應(yīng)腔模塊唯一的區(qū)別在于該感應(yīng)腔模塊中氣體開關(guān)的觸發(fā)信號是來自于第一種感應(yīng)腔模塊的副繞組產(chǎn)生的高壓脈沖信號。本實用新型提供的一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，被劃分為若干組模塊，其通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)，每組模塊各包含若干個感應(yīng)腔模塊，每組模塊中的第一個感應(yīng)腔模塊為觸發(fā)感應(yīng)腔模塊，其后連接的均為普通感應(yīng)腔模塊，感應(yīng)腔模塊之間依次相互串聯(lián)，其中:觸發(fā)感應(yīng)腔模塊磁芯上加繞一組線圈，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)信號從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊弓I出，普通感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中弓I出的高壓觸發(fā)信號。本實用新型中，所述普通感應(yīng)腔模塊中，整個感應(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中心匯流桿相連、次級中心匯流桿與外殼同軸放置。本實用新型中，每組模塊包含2個以上感應(yīng)腔模塊，優(yōu)選5-50個感應(yīng)腔模塊。工作時，先把電容正負(fù)充電到工作電壓，然后依照一定時序給每組觸發(fā)感應(yīng)腔模塊外部觸發(fā)信號，使其子塊中電容放電，因為電磁感應(yīng)中心匯流桿和副繞組都能獲得一個高壓快脈沖。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)生的高壓則被引入同組的普通感應(yīng)腔模塊中，使氣體開關(guān)觸發(fā)，普通感應(yīng)腔模塊的電容放電，將儲存的能量輸出到中心匯流桿上，這樣就實現(xiàn)了同組的感應(yīng)腔模塊的同步觸發(fā)。隨著脈沖電壓在中心匯流桿上的傳播，外觸發(fā)信號同步的觸發(fā)每組的觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的氣體開關(guān)，觸發(fā)感應(yīng)腔模塊依次導(dǎo)通引起同組所有的感應(yīng)腔模塊導(dǎo)通，從而實現(xiàn)整路LTD的自觸發(fā)。雖然觸發(fā)氣體開關(guān)會導(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。由工作原理知，該自觸發(fā)LTD只需觸發(fā)m個觸發(fā)感應(yīng)腔模塊即可實現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)，大大減少了所需觸發(fā)脈沖的數(shù)量。它具有所需觸發(fā)硬件少，工作穩(wěn)定可靠，能有效實現(xiàn)電壓疊加等優(yōu)點。當(dāng)該自觸發(fā)LTD運用于超大型裝置時，可解決常規(guī)LTD的十萬量級氣體開關(guān)的同步觸發(fā)問題。本實用新型所述的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:(I)本實用新型可減少所需外觸發(fā)信號；(2)外觸發(fā)同步性要求比傳統(tǒng)的LTD裝置低；(3)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)；(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；(5)具有模塊化結(jié)構(gòu)，能夠靈活調(diào)整觸發(fā)時序?qū)崿F(xiàn)達(dá)到智能化調(diào)整輸出波形的目的。

圖1為普通感應(yīng)腔模塊電路結(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為本實用新型中分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源的工作原理圖。圖中標(biāo)號:101, 201,303, 305,202,304, 306-導(dǎo)線;102，205，331，341，351，361，371,381,391-電容；103-外殼和金屬蓋板等組成的電路回路；104，210_磁芯；105，207-觸發(fā)隔離電阻;106，206，330、340、350、360、370、380、390_ 開關(guān);107_ 次級中心匯流桿；203_外殼(接地)；204-金屬蓋板等組成的電路回路(虛線部分)；208，342、372_線圈繞組；308-負(fù)載。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本實用新型內(nèi)容。本實用新型的實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。圖2示出用于產(chǎn)生同步觸發(fā)脈沖的觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的電路結(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)別在于磁芯上有一定匝數(shù)的線圈繞組208。此示意圖中的內(nèi)部子塊為偶數(shù)。在觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中，整個感應(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就組成一個環(huán)繞環(huán)狀磁芯210的放電回路。外殼203的另一端與次級中心匯流桿107相連、次級中心匯流桿107與外殼203同軸放置。具體的，首先對電容205充電，在電容205充電完成之后，外觸發(fā)信號通過導(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，因為電磁感應(yīng)，在次級中心匯流桿107和線圈繞組208上都會產(chǎn)生感應(yīng)脈沖，次級中心匯流桿107上的感應(yīng)脈沖通過次級中心匯流桿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，該示意圖中的內(nèi)部子塊為偶數(shù)。該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，通過電磁感應(yīng)，在次級中心匯流桿107上產(chǎn)生感應(yīng)脈沖。圖3示出了本實用新型中分組自觸發(fā)式直線變壓驅(qū)動源的工作原理圖。圖中一路LTD的感應(yīng)腔模塊組的數(shù)目和每組普通感應(yīng)腔模塊的數(shù)目可以依據(jù)具體要求和不同情況進(jìn)行調(diào)整，在本圖中用省略號來表示其中的重復(fù)模塊。本實用新型提供的一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，被劃分為m組模塊，每組通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)，模塊依次包含ηι、n2、……nm個感應(yīng)腔模塊，每組模塊中的第一個感應(yīng)腔模塊為觸發(fā)感應(yīng)腔模塊，其后連接的均為普通感應(yīng)腔模塊，感應(yīng)腔模塊之間依次相互串聯(lián)，其中:觸發(fā)感應(yīng)腔模塊磁芯上加繞一組線圈，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)信號從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊引出，普通感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應(yīng)腔模塊中弓I 出的高壓觸發(fā)信號，普通感應(yīng)腔模塊中的開關(guān)高壓觸發(fā)信號都是由同組中觸發(fā)感應(yīng)腔模塊的副繞組產(chǎn)生。本實用新型中，每組模塊包含2個以上感應(yīng)腔模塊，優(yōu)選5-50個感應(yīng)腔模塊。如圖 3 所示，電容 102、205、331、341、351、361、371、381、391 存儲能量，在工作中，首先對電容102、205、331、341、351、361、371、381、391充電，在充電完成之后，外觸發(fā)信號通過導(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，同時也因為電磁感應(yīng)，線圈繞組208上也有一個感應(yīng)快脈沖通過導(dǎo)線202傳遞到開關(guān)106、330這些普通感應(yīng)腔模塊開關(guān)上，開關(guān)106、330導(dǎo)通，對應(yīng)的電容102，331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)腔模塊時就有感應(yīng)電壓疊加到脈沖A上，實現(xiàn)了同組感應(yīng)腔模型中的脈沖能量的疊加。導(dǎo)線303上的外觸發(fā)信號相較導(dǎo)線201上的外觸發(fā)信號的延遲時間與脈沖A在第一組感應(yīng)腔模塊中的傳輸時間相同,這樣，在脈沖A在經(jīng)過第一組感應(yīng)腔模塊，進(jìn)入第二組感應(yīng)腔模塊時，開關(guān)340導(dǎo)通，電容341放電。工作機(jī)理與第一組感應(yīng)腔模塊相同，因為存在電磁感應(yīng)，線圈繞組342上也有一個感應(yīng)開脈沖通過導(dǎo)線303傳遞到開關(guān)350、360這些普通感應(yīng)腔模塊開關(guān)上，開關(guān)350、360導(dǎo)通，對應(yīng)的電容351，361放電，然后就能實現(xiàn)感應(yīng)電壓冋步置加到脈沖A上。在感應(yīng)快脈沖A在次級中心匯流桿107上向后傳播時，在脈沖A經(jīng)由次級中心匯流桿在經(jīng)過這些感應(yīng)腔模塊時就有感應(yīng)電壓疊加到脈沖A上，實現(xiàn)了不同組感應(yīng)腔模型中的脈沖能量的疊加。其后所有組的感應(yīng)腔模塊都按照上述機(jī)制工作，各級感應(yīng)腔能量疊加到脈沖A上，從而實現(xiàn)了功率的疊加，最后在負(fù)載308上輸出。本實用新型的實施方式其優(yōu)勢在于，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)信號觸發(fā)開關(guān)實現(xiàn)LTD的同步自觸發(fā)，減少了 LTD裝置中需要的同步觸發(fā)脈沖的數(shù)量。適用于各種規(guī)模LTD裝置中，特別是大規(guī)模LTD裝置中。
權(quán)利要求1.一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，其特征在于:由若干組模塊通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)組成；每組模塊各包含若干個感應(yīng)腔模塊，每組模塊中的第一個感應(yīng)腔模塊為觸發(fā)感應(yīng)腔模塊，其后連接的均為普通感應(yīng)腔模塊，所述感應(yīng)腔模塊之間依次相互串聯(lián)，其中:所述觸發(fā)感應(yīng)腔模塊是由普通感應(yīng)腔模塊的磁芯上加繞一組線圈獲得，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)信號從所述觸發(fā)感應(yīng)腔模塊引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，其特征在于:所述普通感應(yīng)腔模塊中，整個感應(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中心匯流桿相連、次級中心匯流桿與外殼同軸放置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，其特征在于:所述每組模塊包含2個以上感應(yīng)腔模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源，其特征在于:所述每組模塊包含5-50個感應(yīng)腔模塊。
專利摘要本實用新型屬脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅(qū)動源。該自觸發(fā)直線變壓器驅(qū)動源可分為多個模塊組同步觸發(fā)，單個模塊組由一個產(chǎn)生多路同步觸發(fā)信號的感應(yīng)腔模塊和普通感應(yīng)腔模塊組成。產(chǎn)生多路同步觸發(fā)信號的感應(yīng)腔模塊為該模塊組的第一級，普通感應(yīng)腔模塊為該組模塊的后幾級，普通感應(yīng)腔模塊所需的同步觸發(fā)信號來自于該組第一級的特殊感應(yīng)腔模塊。工作時只需同步觸發(fā)所有感應(yīng)腔模塊組的第一級感應(yīng)腔模塊，即可實現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)。產(chǎn)生多路同步觸發(fā)信號的感應(yīng)腔模塊通過副繞組電磁感應(yīng)和傳輸線調(diào)節(jié)延遲來實現(xiàn)輸出多路同步觸發(fā)信號。本實用新型可有效減少外部觸發(fā)脈沖的數(shù)量，實現(xiàn)LTD的可靠同步觸發(fā)。
文檔編號H03K17/96GK202998027SQ20122070061
公開日2013年6月12日 申請日期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 申請人:復(fù)旦大學(xué)