[發明專利]高隔離度高壓脈沖電源

有效

• 申請號: 201310466487.8
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103490662A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 楊家志;楊斐;蔣存波;易勝利
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高隔離度高壓脈沖電源，其適用于脈沖功率領域，特別適用于為火花隙開關提供觸發信號。

背景技術

利用脈沖功率技術能夠在時間和空間上對電能進行壓縮，并在極短的時間內以極大的功率進行釋放，產生出很多極端的物理環境，在軍事、工業上催生出較多應用。

脈沖功率技術能夠實現前述極端物理環境的關鍵在于組成脈沖功率系統的開關、儲能單元、脈沖形成單元、負載等。其中開關的性能（如載流能力、切換時間等）極大地影響到整個系統的性能。以在脈沖功率系統中常用的火花隙開關為例，其載流能力強大，開關切換時間極短，導通電阻很小，壽命長，非常適合在脈沖功率系統中作為主開關使用。

火花隙開關在工作時需要一個幅值與其工作電壓相當的脈沖觸發信號使其導通。另外，考慮到火花隙開關中，觸發電極通常安裝在陰極中，與開關陰極共地，因而觸發信號的地電位會隨著開關的導通而提升至系統電源電壓，所以在設計高壓脈沖電源時應考慮產生的高壓觸發信號與控制系統和市電進行隔離，隔離強度應高于系統電源電壓。

與市電隔離通常采用的元件是隔離變壓器，其具有結構簡單，隔離強度高，壽命長，經久耐用等優點，并可根據隔離強度的要求，采用不同的制作工藝來滿足實際應用需求。通常采用樹脂澆灌密封工藝制作的隔離變壓器，其隔離強度可達數十千伏以上，能夠滿足高壓脈沖電源與市電隔離的要求。

另外，高壓脈沖電源產生高壓脈沖觸發信號需要一個低壓脈沖信號，對其進行放大。而低壓脈沖信號一般是由控制系統產生的，為了保證人身和設備安全，還需要在控制系統和高壓脈沖電源之間對低壓脈沖信號進行隔離。目前光耦很難達到如此高電壓的隔離，可以采用在控制系統端把電信號轉成光信號，經光纖傳輸到高壓脈沖電源端，再把光信號轉成電信號，此時的隔離強度由控制系統與高壓脈沖電源的距離決定，可以根據需求做到極大強度的隔離。

對低壓脈沖信號的放大一般采用脈沖變壓器進行，信號幅值的放大倍數由脈沖變壓器的匝數比決定，可以根據需求選擇合適的脈沖變壓器，輸出滿足觸發火花隙開關的脈沖高壓。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高隔離度高壓脈沖電源，該高壓脈沖電源能夠實現與市電和低壓觸發信號的高強度隔離，并能夠對低壓觸發信號進行放大，輸出幅值為數十千伏的高壓脈沖信號，有效并可靠地觸發火花隙開關。

本發明是這樣實現的：高隔離度高壓脈沖電源包括高隔離變壓器、低壓觸發信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負載。

該電源的供電來源于市電；市電經高隔離變壓器隔離之后由整流電路進行整流，產生的直流給電容組成的儲能電路充電；儲能電路上存儲能量的釋放是通過可控硅的導通實現的。

低壓觸發信號經光纖隔離傳輸電路隔離后連接到可控硅的控制端，一定寬度的高電平會使可控硅導通，儲能電路上的能量通過可控硅釋放到脈沖變壓器的原邊，經過副邊升壓后形成高壓脈沖能量釋放到放電氣隙負載上。

可控硅的截止是在儲能電容上的電能釋放完之后，隔離后的市電經半波整流在可控硅的陽極與陰極之間形成的反向電壓實現的。所以該電源形成的高壓脈沖寬度不受低壓觸發信號寬度的影響。

本發明的有益效果：

1）通過脈沖變壓器對低壓觸發信號進行放大，可以形成數十千伏的高壓觸發信號，能夠可靠、有效地觸發火花隙開關，本發明具有結構簡單，可靠性高等優點。

2）分別采用隔離變壓器和光纖實現高壓脈沖電源與市電和低壓觸發信號間的隔離，從而解決觸發火花隙開關時，該高壓脈沖電源的輸出端地電位升高造成的安全問題。

3）采用可控硅作為釋放儲能電路能量的開關元件，可控硅的截止不受低壓觸發信號控制，所以該高壓脈沖電源輸出的脈沖寬度不受低壓觸發信號寬度的影響，降低控制難度。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖。

圖2是本發明的主回路部分原理圖。

圖3是本發明的低壓觸發信號經光纖隔離部分原理圖。

具體實施方式

實施例：

本發明用于提供觸發火花隙開關的高壓脈沖。如圖1所示，本發明包括高隔離變壓器、低壓觸發信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負載。