專利名稱:高功率脈沖發(fā)生器的制作方法
本實用新型是高功率脈沖發(fā)生器，特別適用于雷達發(fā)射機和脈沖激光電源。
一般供電情況下，交流電源總是存在一定范圍的波動，交流電壓經(jīng)整流濾波后總是存在一定的紋波。由于負載是脈沖發(fā)生器，在工作中交替地呈現(xiàn)導通和截止狀態(tài)，使得貯能電容上的電壓產(chǎn)生更大幅度的變化。這些因素都使得脈沖發(fā)生器輸出脈沖電壓幅度的波動。這種波動直接地影響了雷達發(fā)射機和脈沖激光器的質(zhì)量和性能。這就是目前高功率脈沖發(fā)生器的問題。歐州專利文獻EP82304005如圖2所示，同本實用新型電路極為相似，但工作原理大不相同。在開關(5)導通之前，先使開關(6)飽和導通，使電感(4)中電流慢慢上升，達到予定電流值時，電感(4)建立了一定的初始磁能，開關(5)導通，同時開關(6)截止，電流通過電感(4)，開關(5)向仿真線充電。如果沒有初始磁能，仿真線上的電壓可充到2E。E為電源電壓。由于有初始磁能，仿真線上的電壓就充到2E＋ΔE，其中ΔE的值取決于初始磁能值，也就是取決于開關(6)的導通時間?？刂破?17)測試(1)、(2)兩端輸入電壓值后，控制開關(6)的導通時間，從而控制了仿真線(3)的電壓峰值，開關(5)在充電過程中不可關斷，等到充電過程結束后，自行關斷。該電路的問題是仿真線上的電壓值調(diào)節(jié)范圍很小，在2E到2E＋ΔE之間。同時可見，控制器十分復雜。
本實用新型針對上述問題，經(jīng)過對線路改進能輸出穩(wěn)定的高能脈沖序列，幅度在較大范圍內(nèi)可調(diào)。通過能量回輸提高了電源效率。
本實用新型的技術方案如圖1所示(1)、(2)兩點接直流電源。在(2)、(3)兩點間聯(lián)接了一個瞬時短接支路用以關斷充電可控硅(15)。在(1)、(3)或(2)、(3)兩點之間并聯(lián)了一個限壓電路用于防止漏感感應電壓破壞可控硅(15)阻斷的問題。
瞬時短接支路由開關(11)、延時電感(12)、電容器(13)、電阻器(14)和開關(19)組成，短接支路還可以采用大功率晶體管或VMOS管代替。限壓電路由電阻器(8)、電容器(9)和二極管(7)組成，也可以直接采用大功率半導體穩(wěn)壓管、復合穩(wěn)壓管、氣體離子穩(wěn)壓器件等。
下面對附圖加以說明，圖1中(10)為貯能電容器。由(1)、(2)兩端得到直流電壓。該電壓通過電感(4)，開關(15)向仿真線(16)諧振充電，在不受反饋控制和不漏電的情況下，仿真線(16)能充到兩倍于電源的電壓。在受到反饋控制的情況下，由取樣電路(23)將仿真線(16)上的電壓變化反饋到控制器(21)上，當仿真線充電電壓達到預定電平，即取樣電壓達到控制器(21)中的參考電平時，控制器(21)發(fā)出一脈沖觸發(fā)開關(11)，此時電容器(13)的端電壓為0，當開關(11)導通瞬時，(3)、(2)兩點電壓降到接近0電平，開關(15)被反向截止而關斷。電容器(13)的容量很小，很快充電充滿，開關(11)自行關斷。此后，電容器(13)通過電阻器(14)和開關(19)放電至電壓為0，等到下一周期發(fā)揮作用。調(diào)節(jié)控制器(21)中的參考電平可以很方便地調(diào)節(jié)仿真線的充電電壓。觸發(fā)打開開關(17)，仿真線(16)通過開關(17)、電感(18)向負載放電。在負載上得到所需幅度的脈沖電壓。在開關(15)關斷而停止向仿真線充電的情況下，電感(4)中貯存有相當大的磁場能量，貯能的大小是仿真線的函數(shù)。當仿真線的電平和電源電壓相等時，磁場貯能最大。它與此時仿真線中的電場貯能相等。如此大的能量在電感(4)的兩端產(chǎn)生的感應電壓足以破壞開關(15)的阻斷狀態(tài)。本脈沖發(fā)生器電路中采取了兩種措施防止這種現(xiàn)象出現(xiàn)。第一，以電感(5)和二極管(6)組成能量回輸電路。電感(4)和電感(5)繞在同一鐵芯上，構成緊藕合，匝數(shù)比在11左右。當電感(5)的兩端感應電壓超過電源電壓時，二極管(6)導通，絕大部分磁場貯能從這里充進電容器(10)，回輸給了電源。由于電感(4)和電感(5)之間存在著漏感，漏感中的磁場貯能無法回輸?shù)诫娫础Ｂ└性陔姼?4)兩端產(chǎn)生的感應電壓也足以破壞開關(15)的阻斷狀態(tài)。第二個措施，在電感(4)兩端接一個穩(wěn)壓器件或限壓組件組成的限壓電路。以限制電感(4)兩端的感應電壓不得太高，具體限壓值與電容器(10)的容量有關。本電路中電容器(10)的電容量等于仿真線電容器總電容量的2倍時，穩(wěn)壓器件的穩(wěn)值取1.5倍左右電源電壓為適。穩(wěn)壓器件可以是大功率半導體穩(wěn)壓器件，氣體離子穩(wěn)壓器件。本電路設計的是二級管(7)，電容器(9)和電阻器(8)構成的限壓組件。工作時，電容器(9)上保持著正常的工作電壓，這一電壓大致上與電感(5)的感應電壓相等，即大致上與電源電壓相等。漏感感應電壓超過了電容器(9)上的電壓時，二極管(7)導通，漏感中的貯能被電容器(9)吸收。這在總的磁場貯能中是很小的一部分。
電感(12)、(18)是微秒量級的延時電感，用以保護可控硅免受 (di)/(dt) 過大的傷害，以延長壽命。電感(4)中存在著分布電容，會引起振蕩雜波而干擾開關的正常工作。因此在電感(4)的兩端并聯(lián)一電阻(20)將它們吸收。
為了簡化時序，開關(19)和開關(17)可以同時觸發(fā)。
在極低頻率運用時，如5次／秒以下，可以省掉開關(19)，將電阻(14)的阻值提高，直接并聯(lián)在電容器(13)兩端，也能正常工作。
同現(xiàn)有大功率脈沖發(fā)生器技術比較，本實用新型的特點是1.脈沖電壓調(diào)節(jié)范圍大，幾乎可以從0到滿度值。省掉了即笨而又昂貴的感應調(diào)壓器。
2.本電路對輸出電平采用取樣比較方式控制，控制電路簡單、輸出脈沖幅值穩(wěn)定精度高。
3實現(xiàn)了能量回輸，提高了電源效率。
4.由于采用了穩(wěn)定措施，使貯能電容可大幅度降低，只需仿真線總電容量的2倍。否則要10倍。這在雷達系統(tǒng)中，是一筆很大的資金。
5.線路穩(wěn)定可靠。
典型實施例一臺yAG脈沖激光電源，輸出能量1600焦耳／脈沖，脈寬3mS，頻率0.5－10次／秒可調(diào)。脈沖電流1000A，仿真線峰值電壓1000V可調(diào)。
元件參數(shù)仿真線(16)總電感量900μh，總電容量3600μF，耐壓1000V，電感(4)＝電感(5)＝250mh。電容器(10)8000μ／900V電容器(9)200μ／1800V，電阻器(8)100k／20W，電阻器(20)200Ω／400W，電容器(13)10μ／1600V，電阻器(14)50Ω／100W，二極管(6)20A／1800V，二極管(7)5A／1800V，開關(11)5A／1800V，開關(19)5A／1800V，開關(15)50A／1500V，開關(17)200A／1400V。(1)、(2)兩點之間直流電源電壓530V±10％，也就是三相交流電壓380V經(jīng)過三相橋式整流供給(1)、(2)兩點之間。
權利要求
1.一種高功率脈沖發(fā)生器，由直流電源、開關電路、控制電路、取樣電路組成，其特征是用于關斷充電可控硅(15)的電路是在(2)、(3)兩點間聯(lián)接一個瞬時短接支路來實現(xiàn)的，在(1)、(3)或(3)、(2)兩點之間并聯(lián)了一個限壓電路。
2.根據(jù)權利要求
1所述的脈沖發(fā)生器，其特征是聯(lián)接在(2)、(3)兩點之間的瞬時短接支路由開關(11)、延時電感(12)、電容器(13)、電阻器(14)和開關(19)組成，也可用大功率晶體管或VMOS管代替。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的脈沖發(fā)生器，其特征是在(1)、(3)兩點之間或(2)、(3)兩點之間的限壓電路由電阻器(8)、電容器(9)和二極管(7)組成，也可以直接用大功率半導體穩(wěn)壓管、復合穩(wěn)壓管、氣體離子穩(wěn)壓器件等。
專利摘要
一種高功率脈沖發(fā)生器。開關電路中在(2)、(3)兩點間聯(lián)接了一個瞬時短接電路用以關斷可控硅(15)。在(1)、(2)或(2)、(3)兩點間并接限壓電路吸收回路漏感的感應電壓，用取樣電壓與標準電平相比較控制開關(15)，保證充電電平的穩(wěn)定性，使開關(17)打開時仿真線向負載放電，形成穩(wěn)定的高能脈沖。該發(fā)生器主要用于雷達發(fā)射機，也可用于脈沖激光電源。
文檔編號H03K3/00GK86209749SQ86209749
公開日1987年12月9日 申請日期1986年12月2日
發(fā)明者夏志良, 尹正甫, 牛志成, 張嶸, 孫文 申請人:武漢市光學科學技術研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan