[發(fā)明專利]一種輕小型快脈沖高壓電源

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• 申請日: 2018-02-07
• 公開（公告）號: CN108111048A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 伍友成;劉高旻;楊宇;賀紅亮;戴文峰;馮傳均;曹龍博;何泱
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: H02M9/00
• 分類號: H02M9/00;H02M9/04;H03K3/53
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 沈強

本發(fā)明提供了一種輕小型快脈沖高壓電源，包括炸藥平面波發(fā)生器、鐵電陶瓷組、高壓脈沖電容器、觸發(fā)開關和負載，鐵電陶瓷組與高壓脈沖電容器兩端連接，高壓脈沖電容器、開關和負載依次串聯閉合，炸藥平面波發(fā)生器起爆產生的平面沖擊波壓縮上方鐵電陶瓷組，陶瓷組在垂直于沖擊方向上產生脈沖電流給高壓脈沖電容器充電，高壓脈沖電容器再通過開關對負載放電產生高電壓的快脈沖電源。本發(fā)明采用上述便攜式脈沖高壓電源，利用爆炸沖擊壓力將鐵電陶瓷去極化釋放電荷提供初始電流，由脈沖電容和快速導通開關進行脈沖調制，在電阻負載上實現了高電壓、大電流快脈沖輸出，應用于野外X射線探測、超寬帶輻射等無市電、需要緊湊輕小型快脈沖高壓電源的場合。

技術領域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種輕小型脈沖高壓電源。

背景技術

基于沖擊壓力去極化釋放電荷的炸藥驅動鐵電體脈沖發(fā)生器（EDFEG）技術自從上世紀由Neilson等提出以來，引起了國內外的廣泛關注。該類型脈沖發(fā)生器通過鐵電陶瓷的剩余極化提供初始儲能，該剩余極化可以在常溫大氣條件下長時間保持不變，且具有較高的能量密度，因此脈沖發(fā)生器工作時不需要外部電源提供初級能源，攜帶方便，可作為單獨的小型脈沖電源。

EDFEG采用鋯鈦酸鉛類鐵電陶瓷作為初始儲能材料，簡稱PZT鐵電陶瓷。PZT鐵電陶瓷的初始儲能密度由剩余極化強度和介電系數決定，理論上可達20 J/cm3以上。

EDFEG作為獨立的小型化脈沖電源，學界已進行了長期而深入的研究，而如何利用EDFEG給脈沖電容器充電以及對負載直接進行放電也是需要深入研究的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種利用鐵電陶瓷受沖擊壓力去極化原理產生電流給高壓脈沖電容器充電，然后電容器通過觸發(fā)開關或者自擊穿開關直接對負載放電，或再由脈沖銳化開關進行脈沖壓縮和功率放大，從而在負載上產生納秒或亞納秒級快前沿的高電壓電脈沖。

本發(fā)明為實現上述目的，主要通過以下技術方案實現：一種輕小型快脈沖高壓電源，其特征在于包括炸藥平面波發(fā)生器、鐵電陶瓷組、高壓脈沖電容器、觸發(fā)開關和負載，所述鐵電陶瓷組與高壓脈沖電容器連接形成充電回路，所述高壓脈沖電容器、開關和負載依次串聯閉合形成放電回路，所述鐵電陶瓷組設置在炸藥平面發(fā)生器的沖擊面上，炸藥平面波發(fā)生器起爆產生的平面沖擊波壓縮上方的鐵電陶瓷組，陶瓷組在垂直于沖擊方向上產生脈沖電流，高壓脈沖電容器通過開關對負載放電產生高電壓的快脈沖電源。

進一步地，所述鐵電陶瓷組由多級鐵電陶瓷在水平方向堆疊緊密壓接而成且形成串聯電路，所述每級鐵電陶瓷在同一軸線上設置。

進一步地，所述鐵電陶瓷組的第一級鐵電陶瓷、末級鐵電陶瓷各自連接到高壓脈沖電容器。

進一步地，所述每級鐵電陶瓷兩側的表面鍍銀為銀電極，所述第一級鐵電陶瓷、末級鐵電陶瓷的銀電極通過焊接的導線各自與高壓脈沖電容器連接。

進一步地，所述脈沖電流從第一級鐵電陶瓷流至末級鐵電陶瓷為高壓脈沖電容器進行充電。

進一步地，負載和觸發(fā)開關之間連接有銳化開關。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

與現有的脈沖高壓電源相比，本發(fā)明采用具有高出能密度的鐵電陶瓷作為初始儲能材料，利用爆炸沖擊壓力去極化鐵電陶瓷釋放電荷提供初始電流，由脈沖電容和快速導通開關進行脈沖調制，在電阻負載上實現了高電壓、大電流快脈沖輸出。通過調節(jié)脈沖電容器參數可以調節(jié)輸出脈沖前沿到亞納秒、電壓高達百千伏特以上，該脈沖電源的工作完全脫離市電并且取消了高壓直流充電系統，大幅度縮小了裝置體積，適用于野外X射線產生、超寬帶輻射等要求體積小、重量輕等高壓快脈沖的使用場所。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。