[發(fā)明專利]用于近方波產(chǎn)生電路的金屬氧化物壓敏電阻折疊結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112331433B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊漢武;陸昊;張慧博;張自成;高景明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H01C7/12
• 分類號: H01C7/12;H01C13/02;H01C1/16
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 陳暉

本發(fā)明公開了一種用于近方波產(chǎn)生電路的金屬氧化物壓敏電阻折疊結(jié)構(gòu)，目的是解決現(xiàn)有MOV折疊結(jié)構(gòu)輸出電壓等級低及部分區(qū)域易擊穿問題。本發(fā)明由7個MOV柱、輸入電極、銅板電極和負載構(gòu)成；以負載為軸，從第一到第七MOV柱與負載間的距離依次增大，成漸開狀分布；負載頂部與第一MOV柱頂部通過輸入電極連接；每個MOV柱上的MOV單體同軸疊放，上一MOV柱的低壓端與下一MOV柱的高壓端通過銅板電極連接；負載與第一MOV柱到第七MOV柱之間的電勢差逐漸增大，外筒與第一MOV柱到第七MOV柱之間的電勢差逐漸減小。本發(fā)明最高輸出電壓達500kV，可有效緩解電壓過高而導致?lián)舸┑娘L險，提高整個折疊結(jié)構(gòu)的絕緣能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及用于一種近方波高壓產(chǎn)生電路的金屬氧化物壓敏電阻(MOV)折疊結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

金屬氧化物壓敏電阻具有非線性伏安特性，主要用于限制電路中的瞬態(tài)過電壓，吸收浪涌能量，基于MOV的穩(wěn)壓特性，可將其應(yīng)用到脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域中近方波脈沖的產(chǎn)生。一般由Marx發(fā)生器產(chǎn)生高壓脈沖，MOV將過電壓穩(wěn)定在其壓敏電壓值附近，即可在負載上得到脈沖方波輸出。在具體實施中，由于單個MOV的壓敏電壓有限，往往需要通過串聯(lián)很多的MOV單體，以達到穩(wěn)定更高電壓的目的。工作過程中，在串聯(lián)很多MOV單體的情況下，采用何種結(jié)構(gòu)，能夠達到降低電感的同時盡可能增大整個結(jié)構(gòu)的絕緣能力，成為一個關(guān)鍵工程問題。

國防科技大學的研究人員崔言程在其學術(shù)論文《基于金屬氧化物壓敏電阻的高壓脈沖形成技術(shù)研究》中介紹了一種MOV近方波產(chǎn)生電路和兩種不同的MOV折疊結(jié)構(gòu)，兩種MOV折疊結(jié)構(gòu)以下分別簡稱結(jié)構(gòu)1和結(jié)構(gòu)2。MOV近方波產(chǎn)生電路如圖1所示，由Marx發(fā)生器、MOV組件、LC濾波支路、電感L1以及放電開關(guān)S1組成，其中MOV組件由MOV折疊結(jié)構(gòu)和固定支撐結(jié)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)1中金屬氧化物壓敏電阻按數(shù)量平均分成兩組，每組的MOV單體緊密連接構(gòu)成MOV柱。如圖2所示，兩個MOV柱底部依靠銅板電極實現(xiàn)方向轉(zhuǎn)換以及電氣連接。兩個MOV柱頂部各有馬蹄形銅電極，用來與其他導線連接。該結(jié)構(gòu)將MOV進行折疊串聯(lián)連接，這樣左右兩個MOV柱內(nèi)電流方向相反，產(chǎn)生的感應(yīng)磁場方向由于方向相反而相互抵消，從而使得總的電感減小。結(jié)構(gòu)1中每個MOV柱最多容納7個金屬氧化物壓敏電阻，整個折疊結(jié)構(gòu)最多容納14個金屬氧化物壓敏電阻，每個MOV按7.5kV的壓敏電壓來估算，結(jié)構(gòu)1可實現(xiàn)100kV以上的電壓輸出。當電壓輸出要求更高時，結(jié)構(gòu)1則不再滿足使用，崔言程在此基礎(chǔ)上提出了結(jié)構(gòu)2。如圖3所示，結(jié)構(gòu)2中電路負載置于中心，5個MOV柱以負載為軸，等間距排布，每個MOV柱與負載的距離相等，相鄰MOV柱與負載連線的夾角相等。負載與第一MOV柱之間通過輸入電極實現(xiàn)連接，相鄰MOV柱之間通過銅板電極實現(xiàn)連接，整個結(jié)構(gòu)將大量MOV單體進行串聯(lián)。折疊結(jié)構(gòu)2通過支撐結(jié)構(gòu)固定支撐，共同組成MOV組件，可應(yīng)用于工程實驗。支撐結(jié)構(gòu)包括固定板、上蓋、下底、外筒、支撐尼龍柱和螺桿。固定板對應(yīng)MOV柱和負載的位置開孔，MOV柱和負載穿過固定板通過支撐尼龍柱和螺桿固定在固定板上。上蓋打開，將固定板放入筒內(nèi)，與外筒貼合，蓋上上蓋后，整個組件組裝固定完成。結(jié)構(gòu)2中每個MOV柱最多容納10個金屬氧化物壓敏電阻，整個折疊結(jié)構(gòu)最多容納50個金屬氧化物壓敏電阻，結(jié)構(gòu)2預計可實現(xiàn)350kV以上的電壓輸出。

上述兩種結(jié)構(gòu)通過不同的設(shè)計，在近方波產(chǎn)生電路中可分別實現(xiàn)100kV和300kV量級的電壓輸出，可以合理減小MOV支路電感，并盡量提高絕緣能力。但是仍存在以下問題：1、脈沖功率領(lǐng)域追求的技術(shù)指標之一就是更高的輸出電壓，該結(jié)構(gòu)無法滿足更高500kV量級輸出電壓的要求。2、在輸出電壓提升至500kV量級時，同軸、等間距的結(jié)構(gòu)造成結(jié)構(gòu)內(nèi)電壓分布嚴重不均，部分區(qū)域電場過大，易發(fā)生擊穿。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對兩種已有MOV折疊結(jié)構(gòu)所存在輸出電壓等級低以及部分區(qū)域易擊穿的問題，提供一種新型的用于近方波產(chǎn)生電路的MOV折疊結(jié)構(gòu)，既解決現(xiàn)有MOV折疊結(jié)構(gòu)無法滿足更高500kV量級輸出電壓的問題，又解決在電壓提升至更高量級時，同軸、等間距的結(jié)構(gòu)造成結(jié)構(gòu)內(nèi)壓強分布嚴重不均，部分區(qū)域電場過大，易發(fā)生擊穿的問題。

本發(fā)明技術(shù)方案是：