[實(shí)用新型]一種能夠隔離預(yù)脈沖的LTD串聯(lián)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720441787.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN206650579U
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周良驥;王勐;陳林;鄒文康;蔣吉昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號(hào): H02M1/32
• 分類號(hào): H02M1/32;H02M3/07
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙)51220
• 代理人: 郭受剛

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及LTD裝置研究領(lǐng)域，具體地，涉及一種能夠隔離預(yù)脈沖的LTD串聯(lián)裝置。

背景技術(shù)

脈沖功率技術(shù)是通過將能量在時(shí)間和空間上的壓縮，產(chǎn)生極高功率電脈沖的技術(shù)。直線變壓驅(qū)動(dòng)源(Linear Transformer Driver,LTD)是俄羅斯強(qiáng)流電子學(xué)研究所(High Current Electronics Institute，HCEI)實(shí)用新型的一種新型脈沖功率技術(shù)，其技術(shù)的核心是：通過將容量較大的儲(chǔ)能電容“化整為零”，分為很多容量較小的電容器并聯(lián)，每個(gè)電容器配置獨(dú)立的開關(guān)，構(gòu)成很多并聯(lián)的基本放電單元，每個(gè)基本放電單元的放電周期很短，可以直接產(chǎn)生快前沿的脈沖，不需要傳統(tǒng)脈沖功率技術(shù)龐大復(fù)雜的脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)，通過多個(gè)基本放電單元的并聯(lián)組成一個(gè)模塊輸出大電流，典型的LTD模塊是通過多個(gè)模塊的串聯(lián)在次級(jí)以感應(yīng)疊加的方式輸出高電壓，一個(gè)LTD模塊材料裝置的原理及構(gòu)成如圖1所示。

LTD技術(shù)能夠直接產(chǎn)生快前沿脈沖，且其模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)非常有利于大規(guī)模應(yīng)用，很快成為下一代大型脈沖功率裝置建造很有前途的技術(shù)途徑。例如，美國(guó)圣地亞實(shí)驗(yàn)室 (Sandia National Laboratory,SNL)2000年開始與HCEI合作進(jìn)行研究，研究的主要項(xiàng)目是Z箍縮驅(qū)動(dòng)的慣性聚變能(Z-IFE)計(jì)劃。該計(jì)劃的技術(shù)路線是利用Z-pinch實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變點(diǎn)火，遠(yuǎn)景目標(biāo)是提供高效、經(jīng)濟(jì)、清潔的商用聚變發(fā)電裝置。其驅(qū)動(dòng)源采用快脈沖LTD 技術(shù)。

在大型LTD裝置中，每個(gè)LTD模塊包含多個(gè)開關(guān)，整個(gè)裝置由數(shù)量眾多的LTD模塊串并聯(lián)組成，包含數(shù)量龐大的開關(guān)。開關(guān)的工作原理是氣體可控放電導(dǎo)通，工作原理決定其必然存無法消除的自擊穿現(xiàn)象，這種開關(guān)自擊穿現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生一定幅值的電脈沖并向負(fù)載傳導(dǎo)，這種脈沖稱為“預(yù)脈沖”。多種負(fù)載均對(duì)預(yù)脈沖較為敏感，某些應(yīng)用場(chǎng)合，預(yù)脈沖可能造成負(fù)載的徹底破壞。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種能夠隔離預(yù)脈沖的LTD串聯(lián)裝置，能夠避免LTD裝置由于開關(guān)自擊穿造成的預(yù)脈沖對(duì)負(fù)載的影響，同時(shí)，能夠?yàn)榇判緩?fù)位提供接口且不會(huì)造成復(fù)位脈沖影響負(fù)載。

直線變壓驅(qū)動(dòng)源(Linear Transformer Driver,LTD)裝置包含大量開關(guān)，在充電過程有可能出現(xiàn)開關(guān)自擊穿現(xiàn)象，開關(guān)自擊穿放電產(chǎn)生的脈沖雖然幅值較低，但仍然可能對(duì)某些類型的負(fù)載造成破壞。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了在LTD裝置中加入了氣體絕緣介質(zhì)隔離開關(guān)，能夠隔離由于LTD中開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的脈沖，保護(hù)負(fù)載。同時(shí)為L(zhǎng)TD中磁芯復(fù)位提供接口，并能夠隔離復(fù)位脈沖和負(fù)載，避免復(fù)位脈沖對(duì)負(fù)載造成影響。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环NLTD串聯(lián)裝置，所述LTD串聯(lián)裝置中設(shè)有隔離開關(guān)，所述隔離開關(guān)連接在LTD串聯(lián)裝置中LTD次級(jí)末端與負(fù)載之間，隔離開關(guān)的擊穿電壓大于LTD串聯(lián)裝置產(chǎn)生的預(yù)脈沖，LTD串聯(lián)裝置產(chǎn)生的放電脈沖大于隔離開關(guān)的擊穿電壓。

在LTD技術(shù)研究中，對(duì)于開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的預(yù)脈沖，目前研究的重點(diǎn)是降低開關(guān)的自擊穿概率，從而降低預(yù)脈沖出現(xiàn)的概率。如果基于LTD技術(shù)建造大型脈沖功率裝置，其包含的開關(guān)個(gè)數(shù)可達(dá)十萬量級(jí)，而開關(guān)的自擊穿概率即使可以降低，也是不可避免的，因此，如果物理實(shí)驗(yàn)的負(fù)載對(duì)預(yù)脈沖敏感，則問題很難解決。本實(shí)用新型提出的隔離開關(guān)技術(shù)，基于預(yù)脈沖必然存在的事實(shí)，從另外的角度提出解決方案。在LTD技術(shù)研究的近20年內(nèi)，尚無類似概念提出。需要對(duì)LTD的工作原理及預(yù)脈沖產(chǎn)生機(jī)理有較為深刻的認(rèn)識(shí)，且在脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域有較為豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，才能提出該方案。

進(jìn)一步的，隔離開關(guān)左端與LTD次級(jí)末端連接，隔離開關(guān)右端與負(fù)載連接。

隔離開關(guān)在LTD串聯(lián)裝置中的位于LTD次級(jí)的末端，當(dāng)前面LTD模塊中的開關(guān)發(fā)生自擊穿時(shí)，產(chǎn)生的預(yù)脈沖不能通過隔離開關(guān)，因而避免了對(duì)負(fù)載的影響。當(dāng)裝置正常工作時(shí)，前面LTD裝置內(nèi)所有開關(guān)按照時(shí)序觸發(fā)導(dǎo)通，產(chǎn)生的放電脈沖遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隔離開關(guān)的擊穿電壓，則隔離開關(guān)在很短時(shí)間內(nèi)擊穿導(dǎo)通，不影響裝置放電脈沖饋入負(fù)載。開關(guān)采用氣體絕緣介質(zhì)，能夠在擊穿后恢復(fù)絕緣強(qiáng)度，能夠重復(fù)工作。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括復(fù)位電流源，復(fù)位電流源從隔離開關(guān)左側(cè)接入LTD次級(jí)。很多場(chǎng)合磁芯都需要復(fù)位，均有復(fù)位電流源，本實(shí)用新型中隔離開關(guān)的設(shè)置為復(fù)位電流的饋入提供了一個(gè)與負(fù)載隔離的接口，使得磁芯復(fù)位時(shí)復(fù)位電流不會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。