專利名稱：一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種應用電磁感應產生觸發(fā)信號，實現(xiàn)開關自觸發(fā)的直線變壓器驅動源(Linear Transformer Driver, LTD)。
背景技術：
LTD是一種新的脈沖功率技術，具有成為下一代主流脈沖功率技術的潛質。利用LTD技術能夠產生上升時間約IOOns的高功率脈沖直接驅動負載而不需要任何脈沖壓縮段。LTD由一個開關和一個電容器(單向充電)或兩個電容器(正負充電)串聯(lián)組成一個子塊，若干個子塊并聯(lián)構成一個模塊，若干個模塊通過感應疊加串聯(lián)為一路。若需更大電流，采用多路并聯(lián)，可建造大型裝置。LTD的原理和脈沖變壓器相似。每一個模塊相當于一個初級繞組，若干個模塊串聯(lián)共用一個次級導體，相當于一個由多個初級繞組和一個單匝次級繞組組成的變壓器。電容通過開關放電提供初級電流，能量通過磁芯從初級耦合到次級，實現(xiàn)疊加。然而，LTD在運用于超大型裝置時，須同步觸發(fā)的開關達到十萬量級，大規(guī)模開關同步觸發(fā)是一大挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性強的分組自觸發(fā)式直線變壓驅動源。本發(fā)明運用磁芯感應耦合原理，通過在LTD前級感應腔磁芯上加上副繞組實現(xiàn)在前級感應腔導通時同步產生高壓快脈沖信號，該信號被引入后級感應腔觸發(fā)氣體開關，從而實現(xiàn)LTD的自觸發(fā)。本發(fā)明提供的分組自觸發(fā)式直線變壓驅動源，由兩種不同類型感應腔模塊組成，第一種類型的感應腔模塊為具有副繞組的觸發(fā)感應腔模塊，該感應腔模塊與現(xiàn)有的普通感應腔模塊的區(qū)別在于，在磁芯上加繞了一定匝數(shù)的線圈，該線圈一端通過外殼接地，一端作為高壓觸發(fā)信號引出感應腔，該模塊的開關的觸發(fā)是通過外加觸發(fā)信號完成的。第二種類型的感應腔模塊的結構與現(xiàn)有的普通感應腔模塊相同，該感應腔模塊中氣體開關的觸發(fā)信號是來自于第一種感應腔模塊的副繞組產生的高壓脈沖信號。本發(fā)明提供的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，若干組模塊通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)組成，每組模塊各包含若干個感應腔模塊，每組模塊中的第一個感應腔模塊為觸發(fā)感應腔模塊，其后連接的均為普通感應腔模塊，感應腔模塊之間依次相互串聯(lián)，其中觸發(fā)感應腔模塊磁芯上加繞的一組線圈，一端通過外殼接地，另一端通過導線將高壓觸發(fā)信號從觸發(fā)感應腔模塊引出，普通感應腔模塊中的開關觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應腔模塊中引出的高壓觸發(fā)信號。本發(fā)明中，在普通感應腔模塊中，整個感應腔都被密閉在外殼中，環(huán)狀磁芯置于外殼內，與外殼同軸放置，外殼的一端和電容、觸發(fā)開關依次相連；外殼的另一端與次級中心匯流桿相連、次級中心匯流桿與外殼同軸放置。本發(fā)明中，每組模塊包含2個以上感應腔模塊，優(yōu)選5-50個感應腔模塊。工作時，先把電容正負充電到工作電壓，然后依照一定時序給每組觸發(fā)感應腔模塊外部觸發(fā)信號，使其子塊中電容放電，因為電磁感應中心匯流桿和副繞組都能獲得一個高壓快脈沖。中心匯流桿上感應電壓沿中心匯流桿向后傳播，而副繞組上產生的高壓則被引入同組的普通感應腔模塊中，使氣體開關觸發(fā)，普通感應腔模塊的電容放電，將儲存的能量輸出到中心匯流桿上，這樣就實現(xiàn)了同組的感應腔模塊的同步觸發(fā)。隨著脈沖電壓在中心匯流桿上的傳播，外觸發(fā)信號同步的觸發(fā)每組的觸發(fā)感應腔模塊的氣體開關，觸發(fā)感應腔模塊依次導通引起同組所有的感應腔模塊導通，從而實現(xiàn)整路LTD的自觸發(fā)。雖然觸發(fā)氣體開關會導致中心匯流桿上的輸出總能量有所減少，但減少的能量很少，可以忽略不計。由工作原理知，該自觸發(fā)LTD只需觸發(fā)m個觸發(fā)感應腔模塊即可實現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)，大大減少了所需觸發(fā)脈沖的數(shù)量。它具有所需觸發(fā)硬件少，工作穩(wěn)定可靠，能有效實現(xiàn)電壓疊加等優(yōu)點。當該自觸發(fā)LTD運用于超大型裝置時，可解決常規(guī)LTD的十萬量級氣體開關的同步觸發(fā)問題。本發(fā)明所述的技術方案具有以下優(yōu)點
(1)本發(fā)明可減少所需外觸發(fā)信號；
(2)外觸發(fā)同步性要求比傳統(tǒng)的LTD裝置低；
(3)系統(tǒng)可靠性強，感應腔模塊中的開關能夠被有效觸發(fā)；
(4)具有很好的可擴展性，感應腔模塊的數(shù)目可以自由調整而不需要增加外觸發(fā)數(shù)目，非常適合大規(guī)模的LTD裝置；
(5)具有模塊化結構，能夠靈活調整觸發(fā)時序實現(xiàn)達到智能化調整輸出波形的目的。


圖1為普通感應腔模塊電路結構示意圖。圖2為觸發(fā)感應腔模塊感應腔電路結構示意圖。圖3為本發(fā)明中分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源的工作原理圖。圖中標號101, 201,303, 305,202,304, 306-導線;102，205，331，341，351，361，371,381,391-電容；103-外殼和金屬蓋板等組成的電路回路；104，210_磁芯；105，207-觸發(fā)隔離電阻;106，206，330、340、350、360、370、380、390_ 開關;107_ 次級中心匯流桿；203_外殼(接地)；204-金屬蓋板等組成的電路回路(虛線部分)；208，342、372_線圈繞組；308-負載。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明內容。本發(fā)明的實施方式可以適用于各種規(guī)模的LTD裝置，可以通過控制感應腔的數(shù)目，電容的大小和充電電壓來控制輸出脈沖的能量。圖2示出用于產生同步觸發(fā)脈沖的觸發(fā)感應腔模塊的電路結構示意圖，該與普通的感應腔模塊結構基本相同，區(qū)別在于磁芯上有加繞一定匝數(shù)的線圈208。此示意圖中的內部子塊為偶數(shù)。
觸發(fā)感應腔模塊中，整個感應腔都被密閉在外殼203中，環(huán)狀磁芯210置于外殼203內，與外殼203同軸放置。外殼203的一端和電容205、觸發(fā)開關206依次相連。這樣，外殼203，電容205和觸發(fā)開關206就組成一個環(huán)繞環(huán)狀磁芯210的放電回路。外殼203的另一端與次級中心匯流桿107相連、次級中心匯流桿107與外殼203同軸放置。具體工作時，首先對電容205充電，在電容205充電完成之后，外觸發(fā)信號通過導線201來觸發(fā)開關206，開關206導通之后電容205放電，因為電磁感應，在次級中心匯流桿107和線圈繞組208上都會產生感應脈沖，次級中心匯流桿107上的感應脈沖通過次級中心匯流桿107向后傳播，線圈繞組208上的感應脈沖則通過導線202作為觸發(fā)脈沖傳輸給其它普通感應腔模塊。圖1所示為普通感應腔模塊的電路結構，該感應腔為圓柱形，內部的子塊數(shù)目可以根據需要設置，該示意圖中的內部子塊為偶數(shù)。該模塊的具體工作過程為先給電容102充電，然后開關106上接收到觸發(fā)感應腔模塊通過導線202傳輸?shù)挠|發(fā)脈沖，開關106導通，電容102放電，通過電磁感應，在次級中心匯流桿107上產生感應脈沖。圖3示出了本發(fā)明中分組自觸發(fā)式直線變壓驅動源的工作原理圖。圖中一路LTD的感應腔模塊組的數(shù)目和每組普通感應腔模塊的數(shù)目可以依據具體要求和不同情況進行調整，在本圖中用省略號來表示其中的重復模塊。本發(fā)明提供的一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，被劃分為m組模塊，每組通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)，模塊依次包含A、n2、……nm個感應腔模塊，每組模塊中的第一個感應腔模塊為觸發(fā)感應腔模塊，其后連接的均為普通感應腔模塊，觸發(fā)感應腔模塊和普通感應腔模塊相互串聯(lián)，其中觸發(fā)感應腔模塊磁芯上加繞一組線圈，該線圈一端通過外殼接地，另一端通過導線將高壓觸發(fā)信號從觸發(fā)感應腔模塊引出，普通感應腔模塊中的開關觸發(fā)端接收從觸發(fā)感應腔模塊中引出的高壓觸發(fā)信號。

本發(fā)明中，每組模塊包含2個以上感應腔模塊，優(yōu)選5-50個感應腔模塊。如圖 3 所示，電容 102、205、331、341、351、361、371、381、391 存儲能量，在工作中，首先對電容102、205、331、341、351、361、371、381、391充電，在充電完成之后，外觸發(fā)信號通過導線201來觸發(fā)導通開關206，開關206導通之后電容205放電。由于存在電磁感應，所以在次級中心匯流桿107上產生感應快脈沖A，該電磁感應脈沖A向后傳播，同時也因為電磁感應，線圈繞組208上也有一個感應快脈沖通過導線202傳遞到開關106、330這些普通感應腔模塊開關上，開關106、330導通，對應的電容102，331放電，這樣在脈沖A經由中心匯流桿在經過這些普通感應腔模塊時就有感應電壓疊加到脈沖A上，實現(xiàn)了同組感應腔模型中的脈沖能量的疊加。導線303上的外觸發(fā)信號相較導線201上的外觸發(fā)信號的延遲時間與脈沖A在第一組感應腔模塊中的傳輸時間相同,這樣，在脈沖A在經過第一組感應腔模塊，進入第二組感應腔模塊時，開關340導通，電容341放電。工作機理與第一組感應腔模塊相同，因為存在電磁感應，線圈繞組342上也有一個感應開脈沖通過導線303傳遞到開關350、360這些普通感應腔模塊開關上，開關350、360導通，對應的電容351，361放電，然后就能實現(xiàn)感應電壓冋步置加到脈沖A上。在感應快脈沖A在次級中心匯流桿107上向后傳播時，在脈沖A經由次級中心匯流桿在經過這些感應腔模塊時就有感應電壓疊加到脈沖A上，實現(xiàn)了不同組感應腔模型中的脈沖能量的疊加。其后所有組的感應腔模塊都按照上述機制工作，各級感應腔的能量疊加到脈沖A上，從而實現(xiàn)了功率的疊加，最后在負載308上輸出。本發(fā)明的實施方式其優(yōu)勢在于，通過磁芯上副繞組的電磁感應作用產生的脈沖作為觸發(fā)信號觸發(fā)開關實現(xiàn)LTD的同步自觸發(fā)，減少了 LTD裝置中需要的同步觸發(fā)脈沖的數(shù)量。適用于各種規(guī)模LTD裝置中，特別是大規(guī)模LTD裝置中。
權利要求
1.一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，其特征在于由若干組模塊通過次級中心匯流桿依次相互串聯(lián)組成；每組模塊各包含若干個感應腔模塊，每組模塊中的第一個感應腔模塊為觸發(fā)感應腔模塊，其后連接的均為普通感應腔模塊，所述感應腔模塊之間依次相互串聯(lián)，其中所述觸發(fā)感應腔模塊是由普通感應腔模塊的磁芯上加繞一組線圈獲得，該線圈一端通過外殼接地，另一端通過導線將高壓觸發(fā)信號從所述觸發(fā)感應腔模塊引出；所述普通感應腔模塊中的開關觸發(fā)端接收從所述觸發(fā)感應腔模塊中引出的高壓觸發(fā)信號。
2.根據權利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，其特征在于在所述普通感應腔模塊中，整個感應腔都被密閉在外殼中，環(huán)狀磁芯置于外殼內，與外殼同軸放置，外殼的一端和電容、觸發(fā)開關依次相連；外殼的另一端與次級中心匯流桿相連、次級中心匯流桿與外殼同軸放置。
3.根據權利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，其特征在于所述每組模塊包含2個以上感應腔模塊。
4.根據權利要求1所述的分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源，其特征在于所述每組模塊包含5-50個感應腔模塊。
全文摘要
本發(fā)明屬脈沖功率技術領域，具體為一種分組自觸發(fā)式直線變壓器驅動源。該自觸發(fā)直線變壓器驅動源可分為多個模塊組同步觸發(fā)，單個模塊組由一個產生多路同步觸發(fā)信號的感應腔模塊和普通感應腔模塊組成。產生多路同步觸發(fā)信號的感應腔模塊為該模塊組的第一級，普通感應腔模塊為該組模塊的后幾級，普通感應腔模塊所需的同步觸發(fā)信號來自于該組第一級的特殊感應腔模塊。工作時只需同步觸發(fā)所有感應腔模塊組的第一級感應腔模塊，即可實現(xiàn)整路LTD的觸發(fā)。產生多路同步觸發(fā)信號的感應腔模塊通過副繞組電磁感應和傳輸線調節(jié)延遲來實現(xiàn)輸出多路同步觸發(fā)信號。本發(fā)明可有效減少外部觸發(fā)脈沖的數(shù)量，實現(xiàn)LTD的可靠同步觸發(fā)。
文檔編號H03K5/00GK103066957SQ20121054929
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月18日 優(yōu)先權日2012年12月18日
發(fā)明者劉克富, 邱劍, 涂卓麟 申請人:復旦大學