[實(shí)用新型]一種高功率長(zhǎng)脈沖功率源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420014458.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203708135U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋法倫;甘延青;龔海濤;秦風(fēng);金曉;許州
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所
• 主分類號(hào): H02M9/02
• 分類號(hào): H02M9/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠(chéng);吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高功率長(zhǎng)脈沖功率源?？蓱?yīng)用于開(kāi)展高功率微波技術(shù)、電子束流產(chǎn)生與傳輸技術(shù)、X光機(jī)等研究，也可在工業(yè)、醫(yī)療等脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮作用，其在高功率長(zhǎng)脈沖功率源的小型化、輕型化、低成本等方面產(chǎn)生明顯的效益。

背景技術(shù)

脈沖功率源是指進(jìn)行脈沖能量壓縮、獲得高功率、短脈沖的電裝置。脈沖功率裝置的工作原理為：首先由初始儲(chǔ)能技術(shù)（電容器儲(chǔ)能、電感儲(chǔ)能、化學(xué)能等）產(chǎn)生所需的初級(jí)脈沖波形（毫秒級(jí)至微妙級(jí)），然后再利用脈沖形成線和開(kāi)關(guān)技術(shù)在時(shí)間尺度上進(jìn)行壓縮，脈沖寬度便被大大壓縮（納秒量級(jí)），從而極大的增加了峰值功率。通常的長(zhǎng)脈沖功率源采用Marx發(fā)生器+脈沖形成線的技術(shù)路線，首先用Marx發(fā)生器形成一個(gè)微秒量級(jí)的初始高壓脈沖，然后再利用脈沖形成線對(duì)脈沖進(jìn)行整形，最后在負(fù)載系統(tǒng)上得到納秒量級(jí)脈沖高壓。這類裝置(劉錫三，高功率脈沖技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社，第424-436頁(yè))需要用初級(jí)電源、一級(jí)脈沖壓縮、二級(jí)脈沖壓縮才能獲得需要的方波脈沖，不足之處在于儲(chǔ)能系統(tǒng)和脈沖形成系統(tǒng)為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)換效率低、系統(tǒng)龐大、重量重。對(duì)于傳統(tǒng)的重復(fù)頻率Marx發(fā)生器，優(yōu)點(diǎn)是體積小，主要用于寬譜脈沖產(chǎn)生，缺點(diǎn)是儲(chǔ)能低、脈沖寬度窄、無(wú)法產(chǎn)生脈沖方波(張晉琪等，強(qiáng)激光與粒子束，2009，21（4），第637-640頁(yè))。

在高功率微波的許多應(yīng)用中，脈沖功率技術(shù)是一個(gè)關(guān)鍵，其中最大的挑戰(zhàn)就是研究小型化、便攜式的長(zhǎng)脈沖方波高功率脈沖功率源；另外，脈沖功率源在X光機(jī)、工業(yè)CT高壓電源方面都有強(qiáng)的應(yīng)用市場(chǎng)。制約脈沖功率源實(shí)際應(yīng)用的主要原因是體積大、成本高，傳統(tǒng)的脈沖功率技術(shù)方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)前對(duì)脈沖功率源小型化、輕型化、低成本的要求。

實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)脈沖功率源小型化的關(guān)鍵是如何縮短脈沖形成線的長(zhǎng)度、減少脈沖壓縮的級(jí)數(shù)、提高脈沖功率源的輸出效率。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，采用儲(chǔ)能與脈沖成形一體化的結(jié)構(gòu)方式，提供了一種高功率長(zhǎng)脈沖功率源，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)高功率、高儲(chǔ)能、高重頻、準(zhǔn)方波脈沖輸出。該系統(tǒng)采用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，將脈沖形成與儲(chǔ)能一體化設(shè)計(jì)，減少了儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，縮小了系統(tǒng)體積；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用特殊的設(shè)計(jì)，利用平板傳輸線互感原理，將脈沖成形模塊設(shè)計(jì)為同端輸出結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電路系統(tǒng)的低回路電感，使得脈沖前沿小、平頂寬；將脈沖形成模塊奇偶數(shù)左右兩排并列放置，氣體開(kāi)關(guān)上下線性排列，達(dá)到了體積小、結(jié)構(gòu)緊湊型的效果。?

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種高功率長(zhǎng)脈沖功率源，包括充電觸發(fā)一體化電源、高壓脈沖方波產(chǎn)生系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和負(fù)載；所述充電觸發(fā)一體化電源包括正負(fù)充電電源和高能觸發(fā)電源，所述高壓脈沖方波產(chǎn)生系統(tǒng)的高壓輸出端與測(cè)量系統(tǒng)的輸入端連接，測(cè)量系統(tǒng)的輸出端連接負(fù)載；所述高壓脈沖方波產(chǎn)生系統(tǒng)包括N級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊依次串聯(lián)為一體，每一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊包括第一輸出電極和第二輸出電極；第一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊的第一輸出電極連接到地，第N級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊的第二輸出電極連接一個(gè)高壓對(duì)地隔離元件后連接到負(fù)載；從第一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模開(kāi)始每一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊與下一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊之間連接一級(jí)三電極氣體火花間隙開(kāi)關(guān)，每一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊的兩個(gè)輸出電極與下一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊對(duì)應(yīng)的輸出電極之間連接一個(gè)放電隔離元件；從第一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊開(kāi)始，每一級(jí)脈沖成形模塊的第二輸出電極與下一級(jí)脈沖成形模塊的第一輸出電極之間為平板傳輸線型連接方式，兩個(gè)電極為高壓絕緣材料；第一級(jí)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊的兩個(gè)輸出電極與正負(fù)充電電源之間通過(guò)兩個(gè)放電隔離元件連接；每一級(jí)三電極氣體火花間隙開(kāi)關(guān)的觸發(fā)電極連接處連接一個(gè)觸發(fā)隔離電阻，觸發(fā)隔離電阻的另一極連接到高能觸發(fā)電源；其中N為自然數(shù)。放電隔離元件為電阻、或?yàn)殡姼小⒒驗(yàn)槎O管。

在上述技術(shù)方案中，所述高壓脈沖方波產(chǎn)生系統(tǒng)包括箱體、上壓板和下壓板，上壓板與下壓板支架設(shè)置多根起支撐作用的支撐桿，雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊設(shè)置在上壓板與下壓板之間。

在上述技術(shù)方案中，所述N個(gè)雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊縱向分為兩排并列排列，或縱向一排排列，或縱向三排并列排列。

在上述技術(shù)方案中，所述所有三電極氣體火花間隙開(kāi)關(guān)在縱向上疊加成柱狀設(shè)置在雙電容結(jié)構(gòu)脈沖成形模塊的前方。

在上述技術(shù)方案中，每個(gè)三電極氣體火花間隙開(kāi)關(guān)之間設(shè)置絕緣隔離層。

在上述技術(shù)方案中，所述所有觸發(fā)隔離電阻和放電隔離元件在縱向上成柱體形狀分別設(shè)置在箱體與上、下壓板之間的位置。