專利名稱：適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種火花隙開(kāi)關(guān)，具體地說(shuō)是一種適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置。
背景技術(shù)：
目前，在很多的高壓大電流脈沖發(fā)生裝置中采用火花隙開(kāi)關(guān)，火花隙開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷靠尖脈沖觸發(fā)器產(chǎn)生的尖脈沖激發(fā)異型電極對(duì)之間的氣體，使之擊穿導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)，因而尖脈沖觸發(fā)器輸出的尖脈沖的脈寬、幅值、時(shí)延的精確性和穩(wěn)定性直接影響到火花隙開(kāi)關(guān)導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間的準(zhǔn)確性和可靠性。
現(xiàn)有技術(shù)中尖脈沖觸發(fā)器電路由觸發(fā)信號(hào)源、直流電源、脈沖形成及功率放大電路、高壓脈沖變壓器、耦合電容組成。觸發(fā)信號(hào)源為控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路，它包括外接信號(hào)控制輸入接口、阻抗匹配電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺少對(duì)初始信號(hào)做規(guī)一化處理的電路，抗干擾能力低，使輸出的脈沖信號(hào)混雜；由于直流電源采用的是單相電源，紋波系數(shù)高，電壓不穩(wěn)定，使輸出的脈沖信號(hào)幅值不一致；功率放大電路沒(méi)有設(shè)置保護(hù)電路，抗沖擊能力差；高壓脈沖變壓器結(jié)構(gòu)不合理，耦合效率低，帶負(fù)載能力小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中尖脈沖觸發(fā)器所存在的缺陷而設(shè)計(jì)的一種輸出尖脈沖信號(hào)的電路，目的是提供一種適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，尖脈沖觸發(fā)裝置輸出的尖脈沖波形陡直、寬度可調(diào)、各脈沖時(shí)延差小、脈沖幅值穩(wěn)定。
本發(fā)明包括觸發(fā)信號(hào)源、開(kāi)關(guān)、信號(hào)處理單元、直流電源、脈沖形成及功率放大電路、高壓脈沖變壓器、隔直電容。觸發(fā)信號(hào)源包括控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路、序列脈沖產(chǎn)生電路和單次脈沖產(chǎn)生電路。信號(hào)處理單元包括微分電路、濾波整形電路。控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路、序列脈沖產(chǎn)生電路和單次脈沖產(chǎn)生電路輸出端分別通過(guò)開(kāi)關(guān)與微分電路輸入端相連，微分電路輸出端與濾波整形電路輸入端相連，濾波整形電路輸出端與脈沖形成及功率放大電路輸入端相連。
直流電源包括三相穩(wěn)壓器、濾波器、三相隔離變壓器、整流電路、并聯(lián)濾波電容、電阻泄放電路、限流電阻和貯能電容。三相穩(wěn)壓器輸出端與濾波器輸入端相連，濾波器輸出端與三相隔離變壓器輸入端相連，三相隔離變壓器輸出端與整流電路輸入端相連，整流電路輸出端分別與并聯(lián)濾波電容、電阻泄放電路、限流電阻輸入端相連，限流電阻與貯能電容串聯(lián)，并聯(lián)濾波電容輸出端與脈沖形成及功率放大電路的直流偏置電路相連，限流電阻與貯能電容的接點(diǎn)與高壓脈沖變壓器輸入端相連，高壓脈沖變壓器輸出端與隔直電容輸入端相連。
本發(fā)明的工作過(guò)程大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)的高壓絕緣氣腔內(nèi)異型電極對(duì)作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)置于氣腔內(nèi)的高精密位置傳感器檢測(cè)火花隙開(kāi)關(guān)異型電極對(duì)間的相對(duì)位置及間距，檢測(cè)信號(hào)通過(guò)控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路的外接信號(hào)控制輸入接口輸入，輸入信號(hào)經(jīng)阻抗匹配電路和隔離電路濾波、隔直，將干擾信號(hào)隔離，輸出控制信號(hào)脈沖。序列脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生適合旋轉(zhuǎn)電極的大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的200～800Hz內(nèi)的某一頻率的脈沖序列，單次脈沖產(chǎn)生電路可以產(chǎn)生無(wú)抖動(dòng)的單次脈沖，適合旋轉(zhuǎn)電極大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)調(diào)試時(shí)測(cè)試同步時(shí)延、檢測(cè)電極放電位置的需要，或者適合旋轉(zhuǎn)電極大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)單次工作的需要?？刂菩盘?hào)脈沖產(chǎn)生電路、序列脈沖產(chǎn)生電路或單次脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)微分電路和濾波整形電路輸出脈寬、幅值、時(shí)延穩(wěn)定的觸發(fā)激勵(lì)脈沖，微分電路和濾波整形電路起到精密控制尖脈沖觸發(fā)裝置本身電路時(shí)延的作用。觸發(fā)激勵(lì)脈沖經(jīng)信號(hào)處理單元輸出到脈沖形成電路及功率放大電路的輸入端，信號(hào)處理單元采用浮地電源以與強(qiáng)放電干擾隔離。
外接電源輸入到直流電源輸入端，經(jīng)三相穩(wěn)壓器初步降低了電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，經(jīng)濾波器、三相隔離變壓器、整流電路得到直流電源，直流電源經(jīng)大容量并聯(lián)濾波電容進(jìn)一步降低了電源的波紋系數(shù)，輸出穩(wěn)定的直流電壓，提供給脈沖形成電路及功率放大電路的直流偏置電路，保證了脈沖形成及功率放大電路偏置電位的穩(wěn)定性和抗沖擊性。信號(hào)處理單元輸出的觸發(fā)激勵(lì)脈沖經(jīng)脈沖形成及功率放大電路、高壓脈沖變壓器、隔直電容輸出控制信號(hào)脈沖、單次工作輸出脈沖或可調(diào)節(jié)頻率的脈沖序列。高壓脈沖變壓器的初級(jí)能量由貯能電容提供，減少負(fù)載波動(dòng)對(duì)電源的影響，減少脈沖放電對(duì)電源沖擊的影響，而且貯能電容供電方式可以提供很小的輸出阻抗。
本發(fā)明通過(guò)采取精確控制脈沖寬度、脈沖時(shí)延、脈沖幅值的方法，獲得穩(wěn)定的控制信號(hào)脈沖、可調(diào)節(jié)頻率脈沖序列或單次工作輸出脈沖，輸出脈沖波形陡直、各脈沖時(shí)延差小、脈沖幅值穩(wěn)定。它可以滿足在旋轉(zhuǎn)電極的大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)中提供輔助引燃脈沖的工作要求，也適用于固定電極間隙的火花開(kāi)關(guān)。


附圖1為本發(fā)明電路圖。
附圖2為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)圖，也是說(shuō)明書(shū)附圖。圖中1為觸發(fā)信號(hào)源，2控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路，3序列脈沖產(chǎn)生電路，4單次脈沖產(chǎn)生電路，5外接信號(hào)控制輸入接口，6阻抗匹配電路，7隔離電路，8開(kāi)關(guān)，9微分電路，10濾波整形電路、11信號(hào)處理單元、12直流電源，13三相穩(wěn)壓器，14濾波器，15三相隔離變壓器，16整流電路，17并聯(lián)濾波電容，18電阻泄放電路，19限流電阻，20貯能電容，21脈沖形成及功率放大電路，22脈沖形成電路，23功率放大電路，24阻容吸收保護(hù)電路，25平衡電阻，26二極管電阻峰值抑制電路，27高壓脈沖變壓器，28隔直電容。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明觸發(fā)信號(hào)源1包括控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路2、序列脈沖產(chǎn)生電路3和單次脈沖產(chǎn)生電路4。控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路2包括外接信號(hào)控制輸入接口5、阻抗匹配電路6、隔離電路7。序列脈沖產(chǎn)生電路3由一片型號(hào)為7555的定時(shí)器集成電路及其外圍電路構(gòu)成。單次脈沖產(chǎn)生電路4由一片型號(hào)為CD13010的四與非門集成電路及其外圍電路構(gòu)成。信號(hào)處理單元11包括微分電路9和濾波整形電路10，微分電路9和濾波整形電路10中開(kāi)關(guān)三極管采用型號(hào)為3DK4C，集成塊采用定時(shí)器集成電路，型號(hào)為7555。信號(hào)處理單元11采用浮地電源。
直流電源12中的三相穩(wěn)壓器13采用高穩(wěn)定度的三相穩(wěn)壓器，三相隔離變壓器15設(shè)置2～3組電壓級(jí)別的分組抽頭，可以根據(jù)不同的連接方式而達(dá)到不同的直流電源電壓。脈沖形成及功率放大電路21包括脈沖形成電路22、功率放大電路23、阻容吸收保護(hù)電路24、平衡電阻25和二極管峰值抑制電路26。脈沖形成及功率放大電路21輸出端并聯(lián)二極管峰值抑制電路26，降低反峰電壓值；功率放大電路23集電極串接平衡電阻25，使多個(gè)三極管能并行工作；功率放大電路23發(fā)射極并接阻容吸收保護(hù)電路24，減少浪涌電壓對(duì)三極管的沖擊。脈沖形成電路及功率放大電路21中功率轉(zhuǎn)換器件采用型號(hào)為BUS13A的兩只開(kāi)關(guān)三極管，兩只開(kāi)關(guān)三極管并聯(lián)使用。
高壓脈沖變壓器27選用CD型鐵心變壓器形式，初級(jí)線包與次級(jí)線包同放在某一磁柱上，初級(jí)線圈骨架與次級(jí)線圈骨架并列放置在CD型鐵心同一磁柱的不同長(zhǎng)度位置上，次級(jí)線圈采用分槽繞制的餅式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)耦合效率高，能提高帶負(fù)載的能力。變壓器初級(jí)設(shè)置2～5組抽頭。通過(guò)改變?nèi)喔綦x變壓器15的分組抽頭和高壓脈沖變壓器27初級(jí)的分組抽頭可以調(diào)整尖脈沖觸發(fā)裝置輸出的脈沖幅值。
權(quán)利要求
1.一種適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，包括觸發(fā)信號(hào)源(1)、直流電源(12)、脈沖形成及功率放大電路(21)、高壓脈沖變壓器(27)、耦合電容(28)，其特征是還包括開(kāi)關(guān)(8)、信號(hào)處理單元(11)；觸發(fā)信號(hào)源(1)通過(guò)開(kāi)關(guān)(8)與信號(hào)處理單元(11)輸入端相連，信號(hào)處理單元(11)輸出端與脈沖形成及功率放大電路(21)輸入端相連，直流電源(12)輸出端與脈沖形成及功率放大電路(21)的直流偏置電路相連，脈沖形成及功率放大電路(21)輸出端與高壓脈沖變壓器(27)輸入端相連，高壓脈沖變壓器(27)輸出端與隔直電容輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是觸發(fā)信號(hào)源(1)包括控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路(2)序列脈沖產(chǎn)生電路(3)和單次脈沖產(chǎn)生電路(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路(2)包括外接信號(hào)控制輸入接口(5)、阻抗匹配電路(6)和隔直電路(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是信號(hào)處理單元(11)包括微分電路(9)濾波整形電路(10)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是信號(hào)處理單元(11)采用可使電路與強(qiáng)放電干擾隔離的浮地電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是直流電源(12)包括三相穩(wěn)壓器(13)、濾波器(14)、三相隔離變壓器(15)、整流電路(16)、并聯(lián)濾波電容(17)、電阻泄放電路(18)、限流電阻(19)和貯能電容(20)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是并聯(lián)濾波電容(17)輸出端與脈沖形成及功率放大電路(21)的直流偏置電路相連，限流電阻(19)和貯能電容(20)的接點(diǎn)與高壓脈沖變壓器(27)輸入端相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置，其特征是脈沖形成及功率放大電路(21)包括脈沖形成電路(22)、功率放大電路(23)、阻容吸收保護(hù)電路(24)、平衡電阻(25)和二極管峰值抑制電路(26)；脈沖形成及功率放大電路(21)輸出端并聯(lián)二極管峰值抑制電路(26)，功率放大電路(23)集電極串接平衡電阻(25)，發(fā)射極并接阻容吸收保護(hù)電路(24)。
全文摘要
本發(fā)明為屬于脈沖技術(shù)領(lǐng)域的一種適用于大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)工作的尖脈沖觸發(fā)裝置裝置，它包括觸發(fā)信號(hào)源、微分電路、濾波整形電路、信號(hào)處理單元、直流電源、脈沖形成及功率放大電路、高壓脈沖變壓器、隔直電容，觸發(fā)信號(hào)源包括控制信號(hào)脈沖產(chǎn)生電路、序列脈沖產(chǎn)生電路、單次脈沖產(chǎn)生電路。通過(guò)采取精確控制波形脈寬、脈沖時(shí)延、脈沖幅值的方法，輸出波形陡直、時(shí)延差小、幅值穩(wěn)定的控制信號(hào)脈沖、單次脈沖或可調(diào)節(jié)頻率的序列脈沖，可以滿足在旋轉(zhuǎn)電極的大功率火花隙高壓開(kāi)關(guān)中提供輔助引燃脈沖的工作要求，也適用于固定電極間隙的火花開(kāi)關(guān)。
文檔編號(hào)H03K3/00GK1750339SQ20041001114
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者張傳勝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所