[發(fā)明專利]一種LTD模塊及其同步觸發(fā)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310380076.7
• 申請日: 2013-08-27
• 公開（公告）號: CN103501170A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫鳳舉;曾江濤;邱愛慈;梁天學(xué);姜曉峰;王志國;尹佳輝;魏浩
• 申請（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號: H03K5/00
• 分類號: H03K5/00;H03K17/96
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為直線變壓器驅(qū)動源(Linear?Transformer?Driver，簡稱LTD)提供一種新型結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的觸發(fā)方法，其核心思想：LTD每級模塊引入一路觸發(fā)脈沖，利用置于LTD模塊內(nèi)部的一個支路和角向傳輸線實現(xiàn)模塊內(nèi)其他支路開關(guān)的同步觸發(fā)。該觸發(fā)方法對推廣LTD在Z箍縮慣性約束聚變/聚變能源和高能脈沖X射線閃光照相等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要價值。

背景技術(shù)

LTD通過徑向均勻排列的多個低電感支路并聯(lián)，利用電磁耦合，實現(xiàn)單級多個支路電流疊加和多級串聯(lián)模塊電壓疊加，可直接獲得前沿70－200ns的高功率脈沖，LTD在Z箍縮慣性約束聚變（ICF）/聚變能源（IFE）、閃光照相、強激光等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。要實現(xiàn)Z箍縮ICF/IFE，脈沖功率源需要數(shù)十至幾百路輸出電壓達(dá)數(shù)兆伏的LTD并聯(lián)，每路LTD需要數(shù)十級電流MA級LTD模塊串聯(lián)。如美國圣地亞國家實驗室（SNL）提出的用于Z箍縮ICF的電流60MA?LTD型驅(qū)動源概念設(shè)計，共210路并聯(lián)，每路60級串聯(lián)。目前國際上研制的1MA?LTD模塊以及用于Z箍縮ICF的LTD脈沖驅(qū)動源概念設(shè)計中，每級1MA?LTD模塊需要提供4路前沿約25ns幅值120kV的觸發(fā)脈沖，則上述60MA?LTD型脈沖源共需提供50400路觸發(fā)脈沖，其觸發(fā)系統(tǒng)龐大復(fù)雜，造價高，制約了Z箍縮ICF用LTD脈沖源的應(yīng)用和發(fā)展。

LTD驅(qū)動源包含數(shù)量龐大的工作電壓±100kV、通流約30kA的氣體開關(guān)（多達(dá)數(shù)萬只），要實現(xiàn)電流、電壓的有效疊加，開關(guān)必須嚴(yán)格按照一定的時序觸發(fā)閉合。國內(nèi)外均在積極探索和研究LTD型驅(qū)動源的新型觸發(fā)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和觸發(fā)方式，如文獻(xiàn)（F.J.Zutavern,S.F.Glover,K.W.Reed,et?al.PCSS?triggered?pulsed?power?switches[C]//16th?IEEE?Int?Pulsed?Power?Conf.2007:231-235.）研究了光導(dǎo)開關(guān)觸發(fā)LTD氣體開關(guān)的可行性，由于光導(dǎo)開關(guān)工作電壓和通流能力的限制，不能作為LTD支路開關(guān)，只能作為LTD觸發(fā)系統(tǒng)前級觸發(fā)開關(guān)；文獻(xiàn)（尹佳輝，魏浩，孫鳳舉等.快脈沖直線變壓器驅(qū)動源同步觸發(fā)系統(tǒng)[J].強激光與粒子束，2012,24(4):871-875.(Yin?Jiahui,Wei?Hao,Sun?Fengju,et?al.Experimental?research?of?high-power?spark?gap?switch.High?Power?Laser?and?Particle?Beams,2012,24(4):871-875；雷宇,邱劍，劉克富.直線變壓器驅(qū)動源多路開關(guān)同步觸發(fā)技術(shù)[J].強激光與粒子束，2012,24(4):765-770.(Lei?yu,Qiu?Jian,Liu?kefu,et?al.Multi-output?synchronization?trigger?for?linear?transformer?driver.High?Power?Laser?and?Particle?Beams,2012,24(4):765-770)）探討了多級串聯(lián)LTD觸發(fā)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多路快前沿、電壓140kV觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生方式，但每級1MA?LTD模塊仍需要施加4路快前沿幅值140kV的觸發(fā)脈沖，觸發(fā)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和觸發(fā)脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)仍龐大復(fù)雜。文獻(xiàn)（劉鵬，開關(guān)閉合特性對多級串聯(lián)LTD性能影響研究[D].西安交通大學(xué)博士學(xué)位論文,西安：2012）提出了一種基于次級感應(yīng)過電壓觸發(fā)LTD的方式，該觸發(fā)方式僅需為上游幾級（例如前五級）模塊提供外觸發(fā)脈沖，下游模塊內(nèi)氣體開關(guān)通過磁芯耦合沿次級傳輸線傳播的過電壓脈沖，實現(xiàn)支路開關(guān)擊穿閉合，該觸發(fā)方法（已申請專利，申請?zhí)枺?01110008747.8，發(fā)明人：孫鳳舉等）可大幅度降低LTD型驅(qū)動源對觸發(fā)系統(tǒng)的要求，其電路原理上可行，而其技術(shù)可行性取決于磁芯在超快前沿脈沖下的時間響應(yīng)特性、支路開關(guān)在直流疊加次級耦合電壓下的擊穿閉合時間能否小于電脈沖在LTD次級的傳輸時間等。即使多級串聯(lián)LTD驅(qū)動源采用次級耦合過電壓觸發(fā)，其上游幾級（至少5級）1MA模塊每級仍需要引入4路觸發(fā)脈沖。

本發(fā)明提出一種新型結(jié)構(gòu)LTD模塊及觸發(fā)方法：

發(fā)明內(nèi)容