本發(fā)明涉及l(fā)td裝置研究領(lǐng)域，具體地，涉及一種ltd串聯(lián)裝置。

背景技術(shù)：

脈沖功率技術(shù)是通過將能量在時(shí)間和空間上的壓縮，產(chǎn)生極高功率電脈沖的技術(shù)。直線變壓驅(qū)動(dòng)源(lineartransformerdriver,ltd)是俄羅斯強(qiáng)流電子學(xué)研究所(highcurrentelectronicsinstitute，hcei)發(fā)明的一種新型脈沖功率技術(shù)，其技術(shù)的核心是：通過將容量較大的儲(chǔ)能電容“化整為零”，分為很多容量較小的電容器并聯(lián)，每個(gè)電容器配置獨(dú)立的開關(guān)，構(gòu)成很多并聯(lián)的基本放電單元，每個(gè)基本放電單元的放電周期很短，可以直接產(chǎn)生快前沿的脈沖，不需要傳統(tǒng)脈沖功率技術(shù)龐大復(fù)雜的脈沖壓縮網(wǎng)絡(luò)，通過多個(gè)基本放電單元的并聯(lián)組成一個(gè)模塊輸出大電流，典型的ltd模塊是通過多個(gè)模塊的串聯(lián)在次級(jí)以感應(yīng)疊加的方式輸出高電壓，一個(gè)ltd模塊材料裝置的原理及構(gòu)成如圖1所示。

ltd技術(shù)能夠直接產(chǎn)生快前沿脈沖，且其模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)非常有利于大規(guī)模應(yīng)用，很快成為下一代大型脈沖功率裝置建造很有前途的技術(shù)途徑。例如，美國(guó)圣地亞實(shí)驗(yàn)室(sandianationallaboratory,snl)2000年開始與hcei合作進(jìn)行研究，研究的主要項(xiàng)目是z箍縮驅(qū)動(dòng)的慣性聚變能(z-ife)計(jì)劃。該計(jì)劃的技術(shù)路線是利用z-pinch實(shí)現(xiàn)慣性約束聚變點(diǎn)火，遠(yuǎn)景目標(biāo)是提供高效、經(jīng)濟(jì)、清潔的商用聚變發(fā)電裝置。其驅(qū)動(dòng)源采用快脈沖ltd技術(shù)。

在大型ltd裝置中，每個(gè)ltd模塊包含多個(gè)開關(guān)，整個(gè)裝置由數(shù)量眾多的ltd模塊串并聯(lián)組成，包含數(shù)量龐大的開關(guān)。開關(guān)的工作原理是氣體可控放電導(dǎo)通，工作原理決定其必然存無法消除的自擊穿現(xiàn)象，這種開關(guān)自擊穿現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生一定幅值的電脈沖并向負(fù)載傳導(dǎo)，這種脈沖稱為“預(yù)脈沖”。多種負(fù)載均對(duì)預(yù)脈沖較為敏感，某些應(yīng)用場(chǎng)合，預(yù)脈沖可能造成負(fù)載的徹底破壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種ltd串聯(lián)裝置，能夠避免ltd裝置由于開關(guān)自擊穿造成的預(yù)脈沖對(duì)負(fù)載的影響，同時(shí)，能夠?yàn)榇判緩?fù)位提供接口且不會(huì)造成復(fù)位脈沖影響負(fù)載。

直線變壓驅(qū)動(dòng)源(lineartransformerdriver,ltd)裝置包含大量開關(guān)，在充電過程有可能出現(xiàn)開關(guān)自擊穿現(xiàn)象，開關(guān)自擊穿放電產(chǎn)生的脈沖雖然幅值較低，但仍然可能對(duì)某些類型的負(fù)載造成破壞。本發(fā)明設(shè)計(jì)了在ltd裝置中加入了氣體絕緣介質(zhì)隔離開關(guān)，能夠隔離由于ltd中開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的脈沖，保護(hù)負(fù)載。同時(shí)為ltd中磁芯復(fù)位提供接口，并能夠隔離復(fù)位脈沖和負(fù)載，避免復(fù)位脈沖對(duì)負(fù)載造成影響。

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环Nltd串聯(lián)裝置，所述ltd串聯(lián)裝置中設(shè)有隔離開關(guān)，所述隔離開關(guān)連接在ltd串聯(lián)裝置中l(wèi)td次級(jí)末端與負(fù)載之間，隔離開關(guān)的擊穿電壓大于ltd串聯(lián)裝置產(chǎn)生的預(yù)脈沖，ltd串聯(lián)裝置產(chǎn)生的放電脈沖大于隔離開關(guān)的擊穿電壓。

在ltd技術(shù)研究中，對(duì)于開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的預(yù)脈沖，目前研究的重點(diǎn)是降低開關(guān)的自擊穿概率，從而降低預(yù)脈沖出現(xiàn)的概率。如果基于ltd技術(shù)建造大型脈沖功率裝置，其包含的開關(guān)個(gè)數(shù)可達(dá)十萬量級(jí)，而開關(guān)的自擊穿概率即使可以降低，也是不可避免的，因此，如果物理實(shí)驗(yàn)的負(fù)載對(duì)預(yù)脈沖敏感，則問題很難解決。本發(fā)明提出的隔離開關(guān)技術(shù)，基于預(yù)脈沖必然存在的事實(shí)，從另外的角度提出解決方案。在ltd技術(shù)研究的近20年內(nèi)，尚無類似概念提出。需要對(duì)ltd的工作原理及預(yù)脈沖產(chǎn)生機(jī)理有較為深刻的認(rèn)識(shí)，且在脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域有較為豐富的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累，才能提出該方案。

進(jìn)一步的，隔離開關(guān)左端與ltd次級(jí)末端連接，隔離開關(guān)右端與負(fù)載連接。

隔離開關(guān)在ltd串聯(lián)裝置中的位于ltd次級(jí)的末端，當(dāng)前面ltd模塊中的開關(guān)發(fā)生自擊穿時(shí)，產(chǎn)生的預(yù)脈沖不能通過隔離開關(guān)，因而避免了對(duì)負(fù)載的影響。當(dāng)裝置正常工作時(shí)，前面ltd裝置內(nèi)所有開關(guān)按照時(shí)序觸發(fā)導(dǎo)通，產(chǎn)生的放電脈沖遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隔離開關(guān)的擊穿電壓，則隔離開關(guān)在很短時(shí)間內(nèi)擊穿導(dǎo)通，不影響裝置放電脈沖饋入負(fù)載。開關(guān)采用氣體絕緣介質(zhì)，能夠在擊穿后恢復(fù)絕緣強(qiáng)度，能夠重復(fù)工作。

進(jìn)一步的，所述裝置還包括復(fù)位電流源，復(fù)位電流源與從隔離開關(guān)左側(cè)接入ltd次級(jí)。很多場(chǎng)合磁芯都需要復(fù)位，均有復(fù)位電流源，本發(fā)明中隔離開關(guān)的設(shè)置為復(fù)位電流的饋入提供了一個(gè)與負(fù)載隔離的接口，使得磁芯復(fù)位時(shí)復(fù)位電流不會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。

隔離開關(guān)還能夠?yàn)閘td裝置的磁芯復(fù)位提供接口，同時(shí)避免復(fù)位脈沖對(duì)負(fù)載造成影響，多個(gè)ltd模塊串聯(lián)工作時(shí)，可視為變壓器，每個(gè)ltd模塊等效為一個(gè)單匝初級(jí)繞組，多個(gè)單匝初級(jí)繞組通過感應(yīng)疊加原理在共同的次級(jí)上產(chǎn)生高電壓。ltd裝置工作放電時(shí)，每次放電后，其磁芯要飽和，下次工作前要對(duì)磁芯進(jìn)行復(fù)位，即施加一個(gè)反向電流將磁芯反向勵(lì)磁到飽和狀態(tài)，雖然復(fù)位電流源電壓較低，但復(fù)位電流源如果與負(fù)載直接連接，仍然有可能影響甚至破壞負(fù)載，且電流從負(fù)載分流會(huì)應(yīng)用磁芯復(fù)位效果。在ltd次級(jí)末端加隔離開關(guān)可以有效解決這個(gè)問題復(fù)位電流源從隔離開關(guān)左側(cè)接入，通過合理設(shè)計(jì)的大電感與ltd次級(jí)連接，可有效對(duì)磁芯進(jìn)行復(fù)位，同時(shí)由于隔離開關(guān)的存在，復(fù)位電流不會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)無需將復(fù)位電流源與裝置斷開，也無需將負(fù)載與裝置斷開。

進(jìn)一步的，隔離開關(guān)采用氣體介質(zhì)火花開關(guān)。隔離開關(guān)采用氣體介質(zhì)火花開關(guān)，設(shè)計(jì)原則和一般的氣體火花開關(guān)一致，開關(guān)擊穿電壓設(shè)置稍高于ltd開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的預(yù)脈沖電壓和復(fù)位電流源輸出電壓即可。

進(jìn)一步的，隔離開關(guān)為工作于自擊穿狀態(tài)的氣體介質(zhì)火花開關(guān)。開關(guān)具有兩個(gè)金屬電極，其間為絕緣氣體，電極間隙和氣體類型及氣壓決定開關(guān)的導(dǎo)通電壓。當(dāng)一個(gè)ltd串聯(lián)裝置設(shè)計(jì)完成時(shí)，其輸出電壓能夠確定，由于其開關(guān)自擊穿而產(chǎn)生的預(yù)脈沖幅值(通常遠(yuǎn)小于ltd串聯(lián)裝置的輸出電壓)也能夠評(píng)估。隔離開關(guān)的工作電壓(自擊穿導(dǎo)通電壓)即可根據(jù)ltd串聯(lián)裝置的正常輸出電壓及預(yù)脈沖電壓而設(shè)定，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)為隔離開關(guān)的工作電壓大于預(yù)脈沖電壓且遠(yuǎn)小于ltd串聯(lián)裝置的輸出電壓。由于隔離開關(guān)是氣體介質(zhì)火花開關(guān)，其工作電壓可通過調(diào)整其內(nèi)部氣壓來調(diào)節(jié)，因此，在設(shè)計(jì)隔離開關(guān)時(shí)，可按照評(píng)估的預(yù)脈沖電壓范圍的下限設(shè)置，在調(diào)試過程中，逐步提高隔離開關(guān)的氣壓從而提高工作電壓，使之能夠可靠隔離預(yù)脈沖，又不至于對(duì)ltd裝置輸出的脈沖造成明顯的影響。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粋€(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

在ltd裝置中加入了氣體絕緣介質(zhì)隔離開關(guān)，能夠隔離由于ltd中開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的脈沖，保護(hù)負(fù)載。同時(shí)為ltd中磁芯復(fù)位提供接口，并能夠隔離復(fù)位脈沖和負(fù)載，避免復(fù)位脈沖對(duì)負(fù)載造成影響。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請(qǐng)中現(xiàn)有的ltd串聯(lián)裝置原理示意圖；

圖2是本申請(qǐng)中改進(jìn)后的ltd串聯(lián)裝置原理示意圖；

圖3是本申請(qǐng)中隔離開關(guān)作為復(fù)位接口原理示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種ltd串聯(lián)裝置，能夠避免ltd裝置由于開關(guān)自擊穿造成的預(yù)脈沖對(duì)負(fù)載的影響，同時(shí)，能夠?yàn)榇判緩?fù)位提供接口且不會(huì)造成復(fù)位脈沖影響負(fù)載。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环Nltd串聯(lián)裝置，了隔離開關(guān)在ltd串聯(lián)裝置中的位于ltd次級(jí)的末端，如圖2所示，當(dāng)前面ltd模塊中的開關(guān)發(fā)生自擊穿時(shí)，產(chǎn)生的預(yù)脈沖不能通過隔離開關(guān)，因而避免了對(duì)負(fù)載的影響。當(dāng)裝置正常工作時(shí)，前面ltd裝置內(nèi)所有開關(guān)按照時(shí)序觸發(fā)導(dǎo)通，產(chǎn)生的放電脈沖遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隔離開關(guān)的擊穿電壓，則隔離開關(guān)在很短時(shí)間內(nèi)擊穿導(dǎo)通，不影響裝置放電脈沖饋入負(fù)載。開關(guān)采用氣體絕緣介質(zhì)，能夠在擊穿后恢復(fù)絕緣強(qiáng)度，能夠重復(fù)工作。

隔離開關(guān)還能夠?yàn)閘td裝置的磁芯復(fù)位提供接口，同時(shí)避免復(fù)位脈沖對(duì)負(fù)載造成影響，原理如圖3所示。多個(gè)ltd模塊串聯(lián)工作時(shí)，可視為變壓器，每個(gè)ltd模塊等效為一個(gè)單匝初級(jí)繞組，多個(gè)單匝初級(jí)繞組通過感應(yīng)疊加原理在共同的次級(jí)上產(chǎn)生高電壓。ltd裝置工作放電時(shí)，勵(lì)磁電流方向如圖3中實(shí)線箭頭所示，每次放電后，其磁芯要飽和，下次工作前要對(duì)磁芯進(jìn)行復(fù)位，即施加一個(gè)反向電流將磁芯反向勵(lì)磁到飽和狀態(tài)，所需復(fù)位電流方向如圖3中虛線箭頭所示。雖然復(fù)位電流源電壓較低，但復(fù)位電流源如果與負(fù)載直接連接，仍然有可能影響甚至破壞負(fù)載，且電流從負(fù)載分流會(huì)應(yīng)用磁芯復(fù)位效果。在ltd次級(jí)末端加隔離開關(guān)可以有效解決這個(gè)問題，如圖3所示，復(fù)位電流源從隔離開關(guān)左側(cè)接入，通過合理設(shè)計(jì)的大電感與ltd次級(jí)連接，可有效對(duì)磁芯進(jìn)行復(fù)位，同時(shí)由于隔離開關(guān)的存在，復(fù)位電流不會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)無需將復(fù)位電流源與裝置斷開，也無需將負(fù)載與裝置斷開。

隔離開關(guān)采用氣體介質(zhì)火花開關(guān)，設(shè)計(jì)原則和一般的氣體火花開關(guān)一致，開關(guān)擊穿電壓設(shè)置稍高于ltd開關(guān)自擊穿產(chǎn)生的預(yù)脈沖電壓和復(fù)位電流源輸出電壓即可。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。