[發明專利]電參數在線可調的磁開關及電參數調節方法

有效

• 申請號: 201611152680.4
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106681422B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 李嵩;高景明;楊漢武;錢寶良;闞江南;田希文;晏龍波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G05F1/625
• 分類號: G05F1/625
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙)43008
• 代理人: 趙洪

技術領域

本發明涉及高功率脈沖驅動源開關技術領域，尤其是一種電參數在線可調的磁開關及電參數調節方法。

背景技術

高功率脈沖驅動源技術是將能量以較低的功率儲存起來，通過開關、脈沖調制等技術在很短的時間內把能量釋放給負載，從而在負載上獲得高功率(大于百兆瓦)電脈沖。近些年來，在高性能脈沖驅動源裝置的應用牽引下，具有很高功率的電脈沖在高功率微波、高能量脈沖激光、等離子體物理、沖擊波發生器、材料表面改性、工業廢水廢氣處理、生物醫學以及食品殺菌消毒等眾多重點領域獲得了廣泛的關注和快速的發展，并取得了豐碩的成果。

高功率脈沖驅動源技術實質上是一種研究能量存儲、壓縮、轉換和傳輸的技術，在這一過程中實現了強電脈沖的功率放大，而決定電脈沖功率放大能力的核心是開關技術。磁開關是一種全固態被動開關，具有工作電壓高(大于百千伏)、通流能力強(大于百千安)、抗電磁干擾能力強、使用壽命長、工作穩定性高等優點，其能夠對電信號脈沖進行脈寬壓縮和功率放大，是高功率脈沖驅動源實現高平均功率、固態化、長壽命的主要技術途徑之一，在高功率脈沖驅動源技術領域中獲得了廣泛的應用和快速的發展。

磁開關主要由磁芯和纏繞在磁芯周圍的繞組構成。磁芯主要由磁性材料及其封裝構成。工作時，將磁開關串聯在電路中，利用磁性材料的非線性特性使得纏繞在其周圍的繞組電感產生非線性變化，實現對電信號脈沖進行脈寬壓縮和功率放大。磁開關能夠利用兩種狀態間的快速切換實現開關功能，切換的過程滿足伏秒積公式∫V(t)dt＝NΔBS，其中V(t)為加載到磁開關上隨時間變化的電壓脈沖；N為磁開關繞組的匝數；ΔB為磁開關磁性材料的磁感應強度變化量；S為磁開關繞組所包圍區域內磁性材料的有效截面積。

國防科學技術大學的楊實博士在其博士學位論文《基于磁開關和帶狀線的長脈沖、超低阻抗脈沖發生器》報道了一種典型傳統磁開關，以下簡稱技術方案一。圖1為該裝置的結構原理圖，主要由磁芯1、開關繞組2和復位電路3構成。其中，磁芯1由M塊磁環4組成；開關繞組2為一段均勻纏繞在磁芯1上的連續導線，連續導線的首尾兩端點分別作為磁開關的輸入端5和輸出端6。復位電路3由復位電源7和復位繞組8組成。復位電源7為輸出電流3A的橫流電源。復位繞組8為一段均勻纏繞在磁芯1上的連續導線，其與復位電源7共同產生復位磁場復位磁場和開關繞組2產生的開關磁場方向相反，實現對磁性材料的復位。

這種傳統磁開關中的開關繞組2是由連續導線制成，并纏繞在磁芯1的外部，即磁開關加工完成后，繞組匝數N和繞組內磁性材料的有效截面積S是固定的。根據磁開關工作原理，當輸入電脈沖固定時，傳統磁開關的工作電壓是唯一確定的，無法進行調節。若傳統磁開關的工作環境發生變化，則需要重新設計并加工一套磁開關，研制周期長，生產成本高，環境適應性較差。研究認為，適用范圍單一已經是限制磁開關工作性能進一步提高和應用領域擴展的主要因素之一。