一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，包括外包導體；外包導體包括導體盒和導體棒，導體盒內設有多個磁環，導體棒豎直設于導體盒底部且貫穿所有磁環后伸出導體盒；磁環上繞有多個放電支路，多個放電支路串聯成一條放電鏈路；多條放電鏈路串聯后首尾對接構成閉環放電回路；放電支路由一儲能器件和一開關串聯而成。本實用新型專利技術脈沖功率源基于傳統LTD基本結構，使得多個放電支路串聯連接，一開關導通自動觸發其余多開關同步過壓導通，無需過多復雜的外部觸發裝置，同步過程簡明可靠；通過多開關協同工作，即可獲得可靠的高壓脈沖輸出，且能量損耗較低。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于脈沖功率
，具體涉及一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源。
技術介紹
脈沖功率技術是對能量在空間和時間上進行壓縮，把在長時間內儲存起來的能量在極短的時間內瞬間釋放以產生特定的物理或者化學效應的新興技術，廣泛應用于軍事、勘探、醫療、能源、環境等領域。常規的脈沖功率源包含有多個電容性儲能器件，通過對儲能器件高壓充電，在空間上對能量進行壓縮，通過閉合開關的快速導通放電，在時間上對能量進行壓縮。近年來， LTD (Linear Transformer Driver,直線型變壓器驅動源)以其生成的脈沖輸出上升沿短、運行電壓較低、多模塊組合可獲得靈活的輸出參數等特點而成為國際脈沖功率驅動源技術的研究熱點，與傳統的基于Marx發生器技術產生高電壓大電流功率脈沖的途徑不同，LTD實現了電容性儲能器件直接通過開關放電產生上升時間為納秒量級的高功率大電流脈沖；LTD的基本結構如圖I所示，其由變壓器鐵芯以及環繞于鐵芯上的多個并聯放電支路組成，每個支路由一電容和一開關串聯形成閉環實現。但在較高功率輸出的場合下，LTD并聯有多個放電支路，使用多開關瞬態轉換技術對開關的同步性要求非常苛刻，所有開關全部導通的時間必須控制在納秒量級，通常需采用外置觸發電路來實現；而這種實現方式并不能從根本上保證同步的可靠進行，而且增加了系統的成本和復雜性，當開關數量較多時，技術難度會非常大；特別是用于產生高能強流脈沖時，對觸發脈沖的功率等級要求非常高，系統非常復雜。
技術實現思路
針對現有技術存在的上述技術缺陷，本技術提供了一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，能夠解決傳統LTD多開關同步難的問題，實現可靠的高壓脈沖輸出。一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，包括外包導體；所述的外包導體包括導體盒和導體棒，所述的導體盒內設有多個磁環，多個磁環以同心層疊排列且相鄰磁環間存有間隙；所述的導體棒豎直設于導體盒底部且貫穿所有磁環后伸出導體盒；所述的磁環上垂直方向繞有多個放電支路，多個放電支路按空間相鄰位置關系串聯成一條放電鏈路；多個磁環對應的多條放電鏈路按空間相鄰位置關系串聯后首尾對接構成閉環放電回路；所述的放電支路由一儲能器件和一開關串聯而成。所述的導體盒為一空心金屬圓柱體，所述的圓柱體頂部開有供導體棒伸出的通孔。所述的導體棒伸出導體盒的一端以及導體盒通孔邊沿上的任一點構成了脈沖功率源的輸出端口。所述的儲能器件需由初級電源對其充電；所述的初級電源為恒壓電源、恒流電源或諧振電源等。所述的磁環為鐵氧體磁環、非晶體磁環、納米晶體磁環、坡莫合金磁環、硅鋼磁環或鐵粉芯磁環等；優選地，所述的磁環為鐵氧體磁環，能增加回路的二次阻抗，能量損耗低。所述的儲能器件為電容、脈沖形成線、Blumlein線、LC脈沖形成網絡或Marx發生器等；優選地，所述的儲能器件為電容，可以大幅減小充電電壓，減小對初級電源的要求，也降低了絕緣防護強度。所述的開關為火花開關、贗火花開關、氫閘流管、引燃管、晶閘管、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)、IGCT (集成門極換流晶閘管)、MOSFET (金氧半場效晶體管)、RSD (反向開關晶體管)或磁開關等；優選地，所述的開關為火花開關，造價低廉，觸發導通能力強。所述的閉環放電回路要實現同步導通需對其中的一個或多個開關進行觸發，所述的觸發采用電觸發、紫外觸發、激光觸發或機械觸發等方式實現。本技術的工作原理為當儲能器件充電完成后，由于各放電支路串聯后閉合成回路，使任一放電支路中的開關導通，都會自動觸發其余放電支路的開關同步過壓導通；通常對一個開關進行簡單外置觸發，以保證系統每次充電后都能正常工作，當所有開關都導通后，儲能器件上的電能通過磁環耦合，以獲得高壓脈沖輸出。本技術脈沖功率源基于傳統LTD基本結構，使得多個放電支路串聯連接，一開關導通自動觸發其余多開關同步過壓導通，無需過多復雜的外部觸發裝置，同步過程簡明可靠；通過多開關協同工作，即可獲得可靠的高壓脈沖輸出，且能量損耗較低。附圖說明圖I為傳統LTD的結構示意圖。圖2為本技術脈沖功率源的結構示意圖。圖3為圖2中繞有放電支路的磁環的結構示意圖。圖4為本技術脈沖功率源的一種實施示意圖。圖5為本技術脈沖功率源的另一種實施示意圖。具體實施方式為了更為具體地描述本技術，以下結合附圖及具體實施方式對本技術的技術方案及其相關原理進行詳細說明。實施例I如圖2和圖4所示，一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，包括外包導體；外包導體包括導體盒I和導體棒4，導體盒I內設有兩個磁環2，兩個磁環2以同心層疊排列且兩磁環2間存有間隙；導體棒4豎直設于導體盒I底部且貫穿兩個磁環2后伸出導體盒I。本實施方式中，磁環2為鐵氧體磁環；導體盒I為一空心金屬圓柱體，圓柱體頂部開有供導體棒4伸出的通孔；導體棒4伸出導體盒I的一端與電阻性負載6的一端相連，電阻性負載6的另一端與導體盒I通孔邊沿上的任一點相接。如圖3所示，每個磁環2上垂直方向繞有三個放電支路3，三個放電支路串聯成一條放電鏈路；兩個磁環2對應的兩條放電鏈路串聯后首尾對接構成閉環放電回路；放電支路3由一電容31和一火花開關32串聯而成。本實施方式脈沖功率源由兩級放電模塊組成，每級放電模塊由繞于磁環上的三個放電支路組成，每個放電支路都包含有一電容和一火花開關；各模塊間的放電鏈路以及模塊中的各放電支路依次串聯連接；這樣任意一個火花開關的導通都會自動觸發剩余的火花開關過壓同步導通。在裝置觸發前，利用恒壓電源對裝置中的各電容進行充電，在空間上對能量進行壓縮；充電完成后，對裝置中的任一放電支路中的火花開關進行電觸發，則該火花開關對應的電容會向與之相鄰的放電支路釋放電能；相鄰的放電支路中的電容充滿電能，加上前一放電支路釋放的電能，則該電容上具有兩倍的充電電壓，從而導致與之對應的火花開關過壓導通，進而使得該電容中的電能向下一放電支路釋放；依此使得整個閉環放電回路中的火花開關均觸發導通，且所有火花開關觸發導通所需的時間在納秒量級內即能實現，以在時間上對能量進行壓縮，此時能量通過磁環耦合，外包導體上感應出高壓脈沖以輸送至負載；若每一電容的充電電壓均為V，每一放電支路的峰值電流均為I，則理論上負載可得到峰值電壓為2V峰值電流為31的高壓脈沖。故本實施方式的原理與變壓器類似，整條閉環放電回路可視為原邊，導體盒和導體棒構成副邊以接負載。實施例2如圖2和圖5所示，一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，包括外包導體；外包導體包括導體盒I和導體棒4，導體盒I內設有兩個磁環2，兩個磁環2以同心層疊排列且兩磁環2間存有間隙；導體棒4豎直設于導體盒I底部且貫穿兩個磁環2后伸出導體盒I。本實施方式中，磁環2為非晶體磁環；導體盒I為一空心金屬圓柱體，圓柱體頂部開有供導體棒4伸出的通孔；導體棒4通過變阻抗線5與電阻性負載6相連，其伸出導體盒I的一端與變阻抗線5內層導體的一端相連，變阻抗線5內層導體的另一端與電阻性負載6的一端相連，電阻性負載6的另一端與變阻抗線5外層導體的一端相連，變阻抗線5外層導體的另一端與導體盒I通孔邊沿上的任一點相接。如圖3所示，每個磁環2上垂直方向繞有三個放電支路3，三個放電支路串聯成一條放電鏈路；兩個磁環2對應的兩條放電鏈路串聯后首尾對接本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，其特征在于：包括外包導體；所述的外包導體包括導體盒和導體棒，所述的導體盒內設有多個磁環，多個磁環以同心層疊排列且相鄰磁環間存有間隙；所述的導體棒豎直設于導體盒底部且貫穿所有磁環后伸出導體盒；所述的磁環上垂直方向繞有多個放電支路，多個放電支路按空間相鄰位置關系串聯成一條放電鏈路；多個磁環對應的多條放電鏈路按空間相鄰位置關系串聯后首尾對接構成閉環放電回路；所述的放電支路由一儲能器件和一開關串聯而成。

【技術特征摘要】
1.一種基于LTD自同步開關的脈沖功率源，其特征在于包括外包導體；所述的外包導體包括導體盒和導體棒，所述的導體盒內設有多個磁環，多個磁環以同心層疊排列且相鄰磁環間存有間隙；所述的導體棒豎直設于導體盒底部且貫穿所有磁環后伸出導體盒； 所述的磁環上垂直方向繞有多個放電支路，多個放電支路按空間相鄰位置關系串聯成一條放電鏈路；多個磁環對應的多條放電鏈路按空間相鄰位置關系串聯后首尾對接構成閉環放電回路； 所述的放電支路由一儲能器件和一開關串聯而成。2.根據權利要求I所述的基于...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉振，王秉哲，閆克平，鄧官壘，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：實用新型
國別省市：