[實用新型]一種應用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發器

有效

• 申請號: 201720861755.X
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN207218564U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 孫玄;林木楠
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H02M9/06
• 分類號: H02M9/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本實用新型屬于脈沖功率技術領域，特別涉及一種應用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發器。

背景技術

氫閘流管是一種脈沖功率放電器件，主要由陽極、柵極、陰極、儲氫器和陶瓷外殼五部分組成，它把高壓電容器等存儲的能量在脈沖期瞬間轉換形成強功率脈沖輸出，它具有工作電壓高、脈沖電流大、脈沖調制線路簡單、重量輕、體積小等優點，廣泛用于科研、軍事、醫療領域及民用高科技產品。氫閘流管的導通多采用高幅值、陡前沿、低抖動的脈沖進行觸發導通，因此脈沖觸發器的脈沖的幅值、上升時間、抖動直接影響到了氫閘流管的導通時間的準確性。

現有的大部分氫閘流管脈沖觸發器的觸發高壓脈沖由隔離變壓器直接輸出，未進行良好的阻抗匹配，耦合效率低，帶負載的能力小，特別是在多組電容器串聯氫閘流管時序放電的情況下，抗干擾能力弱；輸出脈沖上升沿較緩，幅值不穩定，抖動較大；燈絲加熱電路不合理，不能隔離數十kV的高壓脈沖。隨著脈沖功率的進一步發展，小型化、模塊化、低抖動的納秒脈沖觸發器是脈沖功率發展的必然趨勢。

PFN網絡在高壓納秒脈沖源中應用廣泛，主要用于脈沖功率的產生。PFN網絡主要由電容器、電感、高壓開關構成，結構簡單，在匹配負載上可以得到納秒的快速上升時間，輸出脈沖寬度由級電容、級電感和級數確定，可調節自由的空間大，工作穩定可靠。

實用新型內容

本實用新型的目的是為了克服現有技術的不足，設計了一種應用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發器，實現脈沖輸出電壓穩定可靠，燈絲電流靈活可調。

為實現上述發明目的，本實用新型所采用的技術方案是：一種應用于氫閘流管的高壓納秒脈沖觸發器，包括充電電源、脈沖形成回路、PFN網絡、燈絲加熱電路。

所述的充電電源給脈沖形成回路中的儲能電容C2提供能量，該充電電源包括第一調壓變壓器T1、差模扼流圈L1、整流二極管D1、限流電阻R1；所述的第一調壓變壓器T1副邊一極、IGBT Q1發射極和儲能電容C2一極共同接地；所述的儲能電容C2為電解電容器,450V/220uF；所述的差模扼流圈L1 400mH,100W。

所述脈沖形成回路，升壓隔離變壓器T2原邊繞組、儲能電容C2、IGBT Q1以及快恢復電阻R2組成RLC網絡，在升壓隔離變壓器T2副邊繞組產生高壓脈沖；所述的升壓隔離變壓器T2采用高壓點火線圈，230V/26kV；所述快恢復電阻R2在充電過程中與限流電阻R1一起作為充電電阻，在脈沖形成過程中，快恢復電阻R2、升壓隔離變壓器T2原邊繞組、儲能電容C2以及二極管D2組成回路，使得升壓隔離變壓器T2反向振蕩電流快速變為零。

所述的PFN網絡，級電容充電至U，然后通過自擊穿球間隙開關S1對氫閘流管柵極R5放電，若負載匹配則負載脈沖幅值為U/2，輸出脈沖脈寬t_p由級電容C、級電感L以及級數m綜合確定PFN網絡特征阻抗由公式確定，各級采用的電容為陶瓷電容，陶瓷電容的容值為470pF，各級電感由高壓硅膠線繞制在絕緣管上制成，電感為1.175uH；所述的PFN網絡中，第一隔直電容C3、第二隔直電容C4均為2.5nF，40kV DC，柵極限流電阻R4為25Ω，40W，第二隔直電容C4串聯在自擊穿球間隙開關S1的一端，第一隔直電容C3與柵極限流電阻R4串聯后連接到PFN網絡輸出口的另一端。

所述的燈絲加熱電路，包括保險絲F1、第二調壓變壓器T4、工頻高壓隔離變壓器T3、共模扼流圈T5以及燈絲R6組成。所述的工頻高壓隔離變壓器T3，繞制在鐵芯上，原邊繞組為漆包線，副邊繞組為高壓硅膠線；所述的共模扼流圈T5，400uH,采用鐵氧體磁心，雙線并繞，繞制的線為高壓硅膠線。

所述IGBT控制脈沖形成回路的通斷，IGBT集電極和發射極兩端并聯吸收電容C1和無感電阻R3，作為IGBT關斷瞬間的緩沖電路。

所述IGBT柵極的觸發，采用光觸發模式，采集卡的5V電觸發信號經過電光模塊后通過光纖進行傳輸，在觸發器處通過光電轉換后驅動IGBT驅動電路，進而驅動IGBT Q1。

本實用新型的優點和積極效果是：

(1)本實用新型的脈沖觸發器中的儲能電容充電電壓低，很好解決了普通脈沖觸發器隔離變壓器原邊需要高壓的問題，使得該脈沖觸發器很容易緊湊化、小型化。

(2)本實用新型的脈沖形成回路采用快速的IGBT作為開啟以及關斷的開關，輸出脈沖抖動小，幅值穩定，同時需要的IGBT耐壓值低，成本低。