[發明專利]一種高電壓重頻脈沖產生器

無效

• 申請號: 201110007761.6
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102136831A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 尹佳輝;曾江濤;孫鳳舉;張眾;魏浩;梁天學;劉志剛;姜曉峰;王志國
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高電壓重頻脈沖產生器，主要特點是快前沿(25ns)、高幅值(50kV)、低抖動(3ns)。

背景技術

重復頻率運行是脈沖功率技術發展的重要方向之一，比如泵浦準分子激光、高功率微波、以及未來慣性約束聚變能源等都要求脈沖功率裝置具有一定的重頻工作能力。高電壓脈沖產生器作為脈沖功率裝置的觸發系統，對于裝置起到扳機作用，作用重要。高電壓脈沖產生器的主要參數包括輸出脈沖的幅值、上升速率、輸出脈沖的時延及其抖動，此外還包括高電壓脈沖產生器的穩定性與可靠性等。通常情況下高電壓脈沖的幅值越高、上升速率越快，被觸發器件的性能越穩定。目前，高電壓脈沖產生器通常由高電壓電源、儲能電容、建立開關、輸出電纜、充電部件、置地電阻等組成。當建立開關選用氣體開關時，高電壓脈沖產生器通常為單次工作，而且輸出電脈沖的參數不穩定，抖動較大；當建立開關選用場效應管、可控硅等半導體器件時，高電壓脈沖產生器雖然能夠以較高的頻率工作，但輸出電脈沖的幅值較低，通常只有數kV，而且驅動負載的能力有限。通常的高電壓脈沖產生器難以在重復頻率條件下輸出高幅值、快前沿、低抖動的電脈沖。

發明內容

為了克服現有高電壓脈沖產生器在輸出參數方面的不足，本發明提供一種基于氫閘流管的重頻高電壓脈沖產生器，該高電壓脈沖產生器能夠穩定的重復頻率運行，并且輸出脈沖的前沿陡、幅值高，可用作脈沖功率源的前級觸發，并可作為快脈沖源實驗平臺用于材料絕緣特性研究。

本發明的高電壓重頻脈沖產生器，包括高壓電源、充電電阻、儲能電容、輸出電纜、開關、置地電阻、置地連接板、絕緣支撐，其特征在于開關為氫閘流管，在氫閘流管、儲能電容以及輸出電纜的裸露部分設有回流筒，儲能電容的高壓端與氫閘流管開關直接相連，儲能電容的低壓端利用螺釘穿過絕緣支撐后再通過置地連接板與置地電阻相連，置地電阻的另一端連接到地電位。

上述的輸出電纜選用阻抗為50-80歐姆的同軸電纜，優選值為75歐姆，長10-15米，優選值為10米。

上述的置地單元采用多根膜電阻，并聯后阻值為200-400歐姆，優選值為250歐姆。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：儲能電容充電完畢后，開關在外觸發信號作用下導通閉合，電容對輸出電纜放電，由于負載相對輸出電纜的阻抗為高阻，電壓波在電纜兩端會發生折反射，在負載上形成近似一連串近似方波，方波的幅值接近充電電壓的2倍，方波的脈寬以及方波之間的時間間隔約為電纜傳輸時間的兩倍。為獲得陡前沿的高電壓脈沖，需要對放電回路參數進行優化，包括：選用低電感的儲能電容；縮短各部件之間的連接線，并采取同軸結構來減小回路連線的電感；采用導通速度快、擊穿穩定的開關；置地單元的阻抗不宜過小；提高輸出電纜的阻抗，適當增加輸出電纜的長度等。

解決其技術問題的具體措施包括：建立開關選用氫閘流管，氫閘流管是一種利用氫氣作為介質的高能量電子開關，在關斷狀態下能夠承受35kV的高電壓，與電觸發氣體開關相比，氫閘流管的壽命長、重復率高、延時抖動小；設計了回流筒將氫閘流管與儲能電容以及輸出電纜的裸露部分包圍起來，減小了放電回路的電感，陡化了輸出的高電壓脈沖；輸出電纜選用阻抗較高的同軸電纜(75Ω)，使得產生的高電壓脈沖的前沿更陡；置地單元采用多根膜電阻并聯，阻值為250Ω，減小了置地單元對放電回路的影響，陡化了輸出的高電壓脈沖。

本發明的有益效果是，高電壓脈沖產生器能夠穩定的重復頻率工作，且輸出電脈沖的幅值高、前沿陡。

附圖說明：

圖1是本發明的電路原理圖。

圖2是本發明具體放電單元的縱剖面構造圖。

圖中，1.高壓電源，2.充電電阻，3.儲能電容，4.輸出電纜，5.氫閘流管開關，6.外觸發信號，7.置地電阻，8.負載，9.置地連接板，10.絕緣支撐，11.回流筒。

圖3是本發明第一個實施例工作在50Hz條件下連續工作1分鐘輸出波形的疊加。其中通道1為外觸發同步信號，通道2為本高電壓脈沖產生器的輸出波形。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。

圖1是本發明的電路原理圖。

圖2是本發明具體放電單元的縱剖面構造圖。