[發(fā)明專利]基于FRSPT和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611153755.0
• 申請(qǐng)日: 2016-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN107040244B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程新兵;陳絨;楊建華;潘子龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K3/36
• 分類號(hào): H03K3/36
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43214
• 代理人: 吳婷

1.一種基于FRSPT和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器，其特征在于：所述脈沖發(fā)生器由充電模塊、脈沖升壓模塊、脈沖形成模塊和負(fù)載組成；所述充電模塊主要用于對(duì)脈沖發(fā)生器充電，其通過脈沖升壓模塊對(duì)脈沖形成模塊充電；所述脈沖升壓模塊為FRSPT，其一方面作為脈沖升壓模塊的變壓器，另一方面作為脈沖形成模塊的開關(guān)；所述脈沖形成模塊用于形成準(zhǔn)方波脈沖；

所述充電模塊由穩(wěn)壓電源DC、限流電阻R_C，一號(hào)高壓硅堆D₁、二號(hào)高壓硅堆D₂，回收電感L_R，隔離電感L₀₁、L₀₂、…、L_0N、原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N和開關(guān)S₀₁、S₀₂、…、S_0N組成；所述穩(wěn)壓電源DC為高壓直流電源，根據(jù)原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N的充電電壓確定穩(wěn)壓電源DC的工作電壓、工作電流；一號(hào)高壓硅堆D₁用于保證原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N不會(huì)反向放電；隔離電感L₀₁、L₀₂、…、L_0N用來起保護(hù)作用，在一路原邊電容C_0n發(fā)生故障時(shí)，可以保護(hù)其它路原邊電容的安全，n＝1,2,…,N；隔離電感L₀₁、L₀₂、…、L_0N與原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N，回收電感L_R，二號(hào)高壓硅堆D₂構(gòu)成能量回收回路，當(dāng)原邊電容給FRSPT完成一次充電后，原邊電容電壓反向，原邊電容與回收電感L_R構(gòu)成了振蕩回路，將絕大部分能量以磁場的方式暫時(shí)儲(chǔ)存在回收電感L_R中；原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N用作FRSPT的原邊儲(chǔ)能電容；開關(guān)S₀₁、S₀₂、…、S_0N用于控制原邊電容對(duì)FRSPT放電的時(shí)間；

所述脈沖升壓模塊為FRSPT，所述FRSPT由N個(gè)相同的子磁芯構(gòu)成變壓器磁芯，N≥2，分別在每個(gè)子磁芯上用高壓線繞制N₁匝，構(gòu)成FRSPT的原邊，在所有子磁芯上用高壓線繞制N₂匝，構(gòu)成FRSPT的副邊，這樣FRSPT的變比為次級(jí)匝數(shù)N₂與初級(jí)匝數(shù)N₁比值的N倍；FRSPT初級(jí)繞組與原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N連接，為其提供初級(jí)能源，通過所述FRSPT為次級(jí)電容C₁諧振充電，若FRSPT初次級(jí)電感分別為L_p，L_s，其互感為k為所述FRSPT耦合系數(shù)，磁芯選定、初次級(jí)匝數(shù)確定后，上述L_p，L_s，K可以分別確定，原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N，次級(jí)電容C₁通過需要輸出的電壓值確定；

所述脈沖形成模塊由一節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)、(M-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)主電感L₁組成的M節(jié)反諧振網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；其中，充電網(wǎng)絡(luò)為FRSPT的次級(jí)電容C₁，整形網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)的整形電容C₂與整形電感L₂、并聯(lián)的整形電容C₃與整形電感L₃、…、并聯(lián)的整形電容C_M與整形電感L_M再串聯(lián)組成；所述充電網(wǎng)絡(luò)的次級(jí)電容C₁一端與FRSPT的輸出端相連接，另一端與第一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端連接，第一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的另一端連接下一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端，(M-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接；最后一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端與前級(jí)整形網(wǎng)絡(luò)相連接，另一端與負(fù)載模塊的升壓變壓器PT的原邊連接；主電感L₁與FRSPT次級(jí)繞組、次級(jí)電容C₁以及(M-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，主電感L₁用于脈沖調(diào)制；

所述負(fù)載模塊由升壓變壓器PT和負(fù)載組成，所述升壓變壓器PT為方波變壓器，用于將脈沖形成模塊輸出的微秒級(jí)方波脈沖進(jìn)一步升壓；當(dāng)升壓變壓器的升壓比為1:s時(shí)，升壓變壓器PT輸出阻抗與脈沖形成模塊的阻抗之比為s²:1，所述負(fù)載為電阻性負(fù)載，根據(jù)脈沖形成模塊的阻抗以及升壓變壓器PT的變比可以確定負(fù)載的阻值；

所述脈沖發(fā)生器的工作過程如下：充電模塊由穩(wěn)壓電源DC通過隔離電感L₀₁、L₀₂、…、L_0N對(duì)原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N直流充電，當(dāng)充電至設(shè)定電壓時(shí)，開關(guān)S₀₁、S₀₂、…、S_0N導(dǎo)通，原邊電容C₀₁、C₀₂、…、C_0N對(duì)FRSPT放電，并經(jīng)FRSPT升壓后對(duì)次級(jí)電容C₁充電，當(dāng)FRSPT的磁芯飽和后，F(xiàn)RSPT次級(jí)作為磁開關(guān)控制次級(jí)電容C₁向脈沖形成模塊放電，經(jīng)過由整形電容C₂與整形電感L₂、整形電容C₃與整形電感L₃、…、整形電容C_M與整形電感L_M組成的(M-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)調(diào)制后，輸出方波脈沖至升壓變壓器PT進(jìn)一步升壓，最后在負(fù)載上形成準(zhǔn)方波脈沖信號(hào)。