[發明專利]一種電容分壓式自觸發直線變壓驅動源

有效

• 申請號: 201210561961.0
• 申請日: 2012-12-22
• 公開（公告）號: CN103023368A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 邱劍;劉克富;涂卓麟;王永剛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H02M9/00
• 分類號: H02M9/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種應用電容分壓實現開關自觸發的直線變壓器驅動源（Linear?Transformer?Driver,?LTD）。?

背景技術

LTD是一種新的脈沖功率技術，能夠產生上升時間約100ns的高功率脈沖直接驅動負載而不需要任何脈沖壓縮段。

LTD由一個開關和一個電容器（單向充電）或兩個電容器（正負充電）串聯組成一個子塊，若干個子塊并聯構成一個感應腔，若干個感應腔通過感應疊加串聯為一個模塊，圖1為單個感應腔剖面圖。通過增加子塊并聯的個數，可以產生更大脈沖電流輸出，可建造大型脈沖功率裝置。LTD的原理和脈沖變壓器相似。每一個感應腔相當于一個初級繞組，若干個感應腔串聯共用一個次級導體，相當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。圖1中，電容器110、111、112和113正負充滿電后，外部觸發信號120、121使氣體火花開關118、119導通，電容器通過氣體火花開關118、119放電，放電電流的路徑為圖中的箭頭所指的路徑，其中101、102和103構成金屬外殼并接地。電容器通過開關放電提供初級電流，能量通過磁芯108、109從初級耦合到次級中心匯流桿107上。圖2是一個7級LTD模塊的工作原理圖，7個感應腔的電容同步放電，通過磁芯將能量耦合到次級中心匯流桿上，實現電壓疊加。

由LTD的工作原理知，每一個子塊就有一個開關需要觸發。隨著感應腔中子塊個數以及串聯感應腔級數的增加，須同步觸發的開關數目呈幾何倍數增加，大規模開關同步與觸發是一大挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電容分壓式自觸發直線變壓驅動源。

本發明運用電容分壓原理，將LTD中心匯流桿上的高壓通過電容耦合到氣體開關觸發極上，從而實現LTD的自觸發過程。?

本發明提供的電容分壓式自觸發直線變壓驅動源，由兩部分經次級中心匯流桿串聯組成，一部分為由若干個現有的如1所示的普通感應腔組成的普通感應腔模塊，位于LTD的前級，另一部分為自觸發感應腔模塊；每個自觸發感應腔的結構如圖3所示。與普通感應腔結構不同的是，自觸發感應腔是在普通感應腔中的內層金屬和中心匯流桿之間增加一個金屬觸發筒，并在兩個間隙中填充絕緣介質而獲得，增加的金屬觸發筒可用于實現電容分壓。

所述的自觸發感應腔中，通過電容分壓獲得的電壓由金屬導線和隔離電阻引到氣體火花開關的觸發電極。

所述的金屬導線和隔離電阻在自觸發感應腔的徑向上，與觸發電極處于同一水平面，位于絕緣介質中間。?

本發明中，LTD的前級普通感應腔的數目和后級自觸發感應腔的數目可根據實際需要調整。

本發明中，對于一個LTD裝置來說，普通感應腔和自觸發感應腔能夠相間置于LTD中，即前幾級感應腔由普通感應腔組成，接著是自觸發感應腔，然后是普通感應腔，再放置自觸發感應腔，依次串聯放置下去，直到獲得所需的電壓。

本發明提供電容分壓式自觸發直線變壓驅動源，工作時只需觸發前幾級普通感應腔，即可實現整個LTD模塊的觸發。因此，本發明可有效減少外部觸發脈沖的數量，實現LTD的可靠觸發。

圖3為自觸發LTD感應腔軸向切面示意圖。工作時，先將電容器313、314、315和316正負充電到工作電壓，然后使用外部觸發信號觸發前級感應腔，使其放電，中心匯流桿306通過電磁感應獲得感應電壓。一方面，中心匯流桿306與觸發筒310之間設有絕緣套管307，所以觸發筒310與中心匯流桿306之間存在電容，同時金屬觸發筒310與感應腔外殼301（處于地電位）之間也存在分布電容，故通過電容分壓作用觸發筒上存在對地高壓，其值與分布電容的大小有關，另一方面，由于子塊中兩電容器充電電壓相等，極性相反，故觸發極處于虛地電位，所以當中心匯流桿306上存在感應電壓時，觸發筒上也會出現耦合電壓，該電壓可通過限流電阻325、326用于觸發氣體開關321、322。隨著自觸發感應腔的增多，中心匯流桿306上的感應電壓也越來越大，其后的自觸發LTD感應腔的觸發筒上的耦合電壓也越來越高，氣體開關的導通也會越來越快，最終隨著脈沖電壓在次級匯流桿306上的傳播，自觸發LTD感應腔的氣體開關依次導通，從而實現LTD模塊的自觸發。雖然觸發氣體開關會導致次級匯流桿306上的輸出總能量有所減少，但減少的能量相對較少，可以忽略不計。