CN100466472C - 高压磁压缩调制器 - Google Patents

高压磁压缩调制器 Download PDF

Info

Publication number
CN100466472C
CN100466472C CNB2004800160734A CN200480016073A CN100466472C CN 100466472 C CN100466472 C CN 100466472C CN B2004800160734 A CNB2004800160734 A CN B2004800160734A CN 200480016073 A CN200480016073 A CN 200480016073A CN 100466472 C CN100466472 C CN 100466472C
Authority
CN
China
Prior art keywords
terminal
capacitor
high voltage
magnetic switch
winding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2004800160734A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1802790A (zh
Inventor
米基·沃尔夫
亚历克斯·波克雷瓦伊洛
叶菲姆·扬克列维奇
埃利·艾布拉姆松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Soreq Nuclear Research Center
Original Assignee
Soreq Nuclear Research Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Soreq Nuclear Research Center filed Critical Soreq Nuclear Research Center
Publication of CN1802790A publication Critical patent/CN1802790A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100466472C publication Critical patent/CN100466472C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/80—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using non-linear magnetic devices; using non-linear dielectric devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
    • H03K3/57—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback the switching device being a semiconductor device

Abstract

一种高压磁压缩调制器，其包括低压部分和高压部分，该低压部分包括连接于脉冲变压器的初级绕组的能源，该高压部分包括连接于电容器的该脉冲变压器的次级绕组，该电容器连接于磁开关，该磁开关连接于负荷，其特征在于用于为该电容器充电的单向低阻抗通路并联于该负荷。

Description

高压磁压缩调制器
技术领域
本发明涉及一种以高重复速率产生纳秒脉冲并且可以用于激光技术，例如用于供给气体和金属蒸气激光器，在污染控制应用中驱动电晕放电，用于产生带电的粒子束等。
背景技术
HV纳秒脉冲产生技术主要基于电容储能和接通开关。最简单的例子是由火花放电器缩短放电负荷间隙的电容器。虽然在实验室大量应用，但是这些基本的容性系统不能进行脉冲整形，其特点是振荡(ringing)不可控放电并且寿命短。
图1示意地示出的具有磁压缩的电容源代表先进的技术(例如见，Oh J.S.，Cho M.H.，Ko I.S.，Namkung W.and Jang J.H.的“用于DeNOx/DeSOx等离子体系统的30kW平运MPC调制器的工作特性(Operational Characteristics of 30kW Average MPC Modulator forPlasma DeNOx/DeSOx System)”.Proc.of 11th IEEE Int.Pulsed PowerConf.，Baltimore，June 29-July 2，1977，pp.1091-1096，and Druckmann I.and Smilanski I.的“由单个磁调制器调制的两个铜激光器的工作(Operation of Two-Copper Lasers by a Single Magnetic Modulator)”.Proc.of 11th IEEE Int.Pulsed Power Conf.，Baltimore，June 29-July 2，1977.)。它们能够用具有微秒级接通时间的全固态开关实现，尽管大多数脉冲器是基于闸流管的。磁开关(MS)将微秒级宽脉冲压缩到所希望的宽度。具有全固态半导体和磁开关的脉冲器具有长寿命和高可靠性。
在图1中所示的脉冲器的一个重大缺点是磁开关的铁芯需要重新磁化。另一个不足之处是当能量在压缩级传递期间变压器脉冲被压缩时输出电压下降。
另一个磁压缩系统描述在Rukin S.N.的“用于脉冲磁压缩的装置”，联邦发明者证书第2089042号，Byul.Izobr.N.24，1997.08.27，p.426，申请提交日期为1993，03.29，并且在图2中示意地示出。这种脉冲器是众所周知的Fitch电路(例如见，Bazelyan E.M.and Raizer Yu.P.“火花放电”，CRC Press，NY，1988，294pp，p.97)，这种脉冲器具有电压放大因此不需要昂贵的重新磁化技术。它的工作原理如下。当开关2接通时，电容1放电并且通过变压器3将电容7和8改变为所示的极性，当变压器3的铁芯饱和时，电容7重新充电到相反的极性，并且加在电容7和8的电压增加一倍。这时，磁开关13的铁芯饱和，并且电压施加于磁开关16以及电容9和10。通过多个压缩级重复所述的过程。类似于第一压缩级的电压加倍，当磁开关16接通时，电容9重新充电到相反的极性，并且加在电容9和10的电压增加一倍，依此类推。电容12的变化通路由负荷4、其寄生电容5和辅助电感器6提供。最后，当磁开关15接通时，电容11和12对负荷4放电。
所述装置的缺点是在例如电晕气隙的开路低电压的气体放电负荷的情况下，没有合适的通路为C12充电，此外，负载电容器5和电感器6一起形成了谐振电路，产生振荡(ringing)双极性脉冲而不是单极性的脉冲。这种现象的一个伴随的缺点是所述结构(topology)的能量效率低。这在电晕放电负荷的情况下，由负荷电压和电流的波形(图3)说明(参见Pokryvailo，A.，Yanklelevich，Y.，Wolf，M.，Abramzon，E.，Shviro，E.，Wald，S.，and Wellemann，A.，的“用于污染控制应用的1KW脉冲电晕系统(A 1KW Pulsed Corona System for Pollution ControlApplication)”，Proc.14th IEEE Int Conf on Pulsed Power，Dallas，15-18June 2003 pp.225-228)。
发明内容
本发明旨在提供一种如下面详细描述的新颖的高电压磁压缩调制器。
根据本发明的优选实施例，提供一种高压磁压缩调制器，其包括低压部分和高压部分，该低压部分包括连接于脉冲变压器的初级(低压)绕组的能源(例如充电器)，该高压部分包括连接于电容器的脉冲变压器次级绕组，该电容器连接于磁开关，该磁开关连接于负荷，其特征在于用于(例如利用续流二极管)为电容器充电的单向低阻抗通路并联于该负荷。
在本发明的一个非限制性实施例中，该低压部分包括一个充电器，该充电器正端子连接于储能电容器(storage capacitor)的第一端子并连接于快速大电流整流器的第一端子，而该充电器负端子连接于该整流器的第二端子并连接于升压脉冲变压器的低压绕组的第一端子，该低压绕组的第二端子连接于该储存电容器的第二端子，并且该高压部分这样形成：高压变压器绕在铁磁铁芯，所述高压变压器次级绕组并联于第一电容器，并且所述高压变压器第一端子连接于第二电容器的第一端子，所述高压变压器第二端子连接于磁开关的第一端子，该磁开关的第二端子连接于负荷的第一端子，该次级绕组的第二端子连接于该负荷的第二端子。
该快速大电流整流器可以包括闸流晶体管，而铁磁铁芯可以具有矩形磁化曲线。
在本发明的一个非限制性的实施例中，可以连接在该磁开关和该负荷和二极管之间N个附加的压缩级，每一级包括附加的第一磁开关，其绕组并联于该级的第一电容，并且其第一端子连接于该级的第二电容器的第一端子，其第二端子连接于该级的第二附加磁开关绕组的第一端子，第二磁开关绕组的第二端子连接于下一级的第一磁开关的第一端子，该第一磁开关绕组的第二端子连接于该负荷的第二端子并连接于该二极管，并且其第二端子连接于最后压缩级的第二磁开关的第二端子。
该磁开关的任何一个或全部实现在绕在具有矩形磁化曲线的铁磁铁芯上的高压变压器。
附图说明
图1是说明常规的磁压缩系统的示意图。
图2是说明现有技术系统的示意图。
图3示出现有技术系统的实验性的时序曲线图，具有一个在电晕负荷情况下的压缩级。
图4是根据本发明的高压磁压缩调制器的一个优选实施例。
图5是根据本发明的高压磁压缩调制器的另一个优选实施例。
图6示出在电晕负荷情况下优选实施例的实验性的时序曲线图。
图7是根据本发明的高压磁压缩调制器的另一个优选实施例。
具体实施方式
本发明旨在提供一种在纳秒范围内用于驱动诸如气体和金属蒸气激光器的脉冲负荷的高效的简单的系统，例如准分子激光器、电晕放电，脉冲加速器等。本发明可以用于产生清洁的单极性的HV脉冲。
本发明的优选实施例示于图4。它可以是基于图2的系统，并且为了清楚起见，仅示出一个压缩级。该装置可以包括由诸如充电器1的能源、储存电容C1和诸如闸流晶体管的快速大电流整流器S1构成的低压部分。该高压部分可以由绕在优选具有矩形磁化曲线的铁磁铁芯上的脉冲高压变压器T1、两个电容C2和C3、磁开关MS1、负荷Z以及诸如续流二极管D的单向半导体元件构成。根据本发明装置的功能类似于图1所示的装置，但是具有一个重要的例外，即提供诸如通过续流二极管D的低阻抗单向通路，用于电容器3的充电。这在高阻抗负荷情况下可能非常重要。磁开关MS1的时间延迟可以选择成足够大，以便使二极管D在导通后能够恢复原状。在实际的重要情况中，如实验所示，这种条件是自动实现的，并且该续流二极管D可以是简单的标准快速恢复原状的二极管。在输出端产生极为稳定的单极脉冲。这在类似于图3所示没有使用续流二极管的实验条件下，由在电晕放电负荷情况下的电压和电流的波形所说明。在压缩工作的整个范围中出现反向电压之前，二极管的正向电流(见图6的负摆动)在电容3充电期间下降为零；因而，没有出现明显的二极管反向电流，并且因此可以用一般的廉价的快速复原的二极管。
与现有技术相反，该电路对于电路参数的漂移非常不敏感，并且可以使用具有大温度漂移的廉价的陶瓷电容器。如上所述，该实施例还可以大大地增加从电容器1向负荷传递能量的效率；与没有续流二极管D的15％的效率相比，具有电晕负荷的效率高于50％。
根据本发明的高电压压缩调制器的另一个优选实施例示于图7，与图4实施例的差别仅在于压缩级的数目。利用若干个压缩级，产生急剧上升的高压脉冲；在其它方面，该装置的功能与图4的装置相同。至于磁开关，可以使用可饱和的变压器。

Claims (11)

1.一种高压磁压缩调制器，其包括：
低压部分，该低压部分包括连接于脉冲变压器的初级绕组的能源；和
高压部分，包括连接于电容器的所述脉冲变压器的次级绕组，所述电容器连接于磁开关，所述磁开关连接于负荷；
其特征在于为所述电容器充电的单向低阻抗通路并联于所述负荷。
2.如权利要求1所述的高压磁压缩调制器，其中该低压部分还包括储存电容器和快速大电流整流器，全部与所述脉冲变压器的初级绕组串连成回路，并且其中所述能源包括电容充电器。
3.如权利要求2所述的高压磁压缩调制器，其中所述充电器连接于储存电容器以及该快速大电流整流器。
4.如权利要求1—3中任何一项所述的高压磁压缩调制器，其中所述脉冲变压器绕在铁磁铁芯上。
5.如权利要求1的高压磁压缩调制器，其中，所述单向低阻抗通路包括续流二极管。
6.一种高压磁压缩调制器，其包括：
低压部分，包括充电器，充电器第一端子连接于储存电容器的第一端子并且连接于快速大电流整流器的第一端子，充电器第二端子连接于所述整流器的第二端子并且连接于脉冲变压器的低压绕组的第一端子，所述低压绕组的第二端子连接于所述储存电容器的第二端子；以及
高压部分，由绕在铁磁铁芯上的高压变压器构成，高压变压器次级绕组并联于第一电容器，其中所述第一电容器连接于第二电容器的第一端子，并且所述第二电容器的第二端子连接于磁开关的第一端子，该磁开关的第二端子连接于负荷的第一端子，所述次级绕组的第二端子连接于所述负荷的第二端子；
其特征在于单向低阻抗通路，用于通过并联于所述负荷的快速恢复续流二极管为所述第二电容器充电。
7.如权利要求6所述的高压磁压缩调制器，其中所述充电器第一端子是其正端子，而所述充电器第二端子是其负端子。
8.如权利要求6—7中任何之一的高压磁压缩调制器，其中所述快速大电流整流器包括闸流晶体管。
9.如权利要求6的高压磁压缩调制器，其中所述铁磁铁芯具有矩形磁化曲线。
10.如权利要求6的高压磁压缩调制器，还包括N个连接于所述磁开关和所述负荷和二极管之间的附加的压缩级，每级包括附加的第一磁开关，该级绕组并联于该级的第一电容器，其中所述第一电容器连接于该级第二电容器的第一端子，所述第二电容器的第二端子连接于该级的第二附加磁开关的绕组的第一端子，第二磁开关绕组的第二端子连接于下一级的第一磁开关的第一端子，所述第一磁开关的所述绕组的第二端子连接于所述负荷的第二端子并且连接于所述二极管，其第二端子连接于最后一个压缩级的第二磁开关的第二端子。
11.如权利要求10所述的高压磁压缩调制器，其中至少一个所述第一磁开关实现为绕在具有矩形磁化曲线的铁磁铁芯上的高压变压器。
CNB2004800160734A 2003-06-09 2004-06-09 高压磁压缩调制器 Expired - Fee Related CN100466472C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US47685303P 2003-06-09 2003-06-09
US60/476,853 2003-06-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1802790A CN1802790A (zh) 2006-07-12
CN100466472C true CN100466472C (zh) 2009-03-04

Family

ID=33511822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800160734A Expired - Fee Related CN100466472C (zh) 2003-06-09 2004-06-09 高压磁压缩调制器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7459806B2 (zh)
CN (1) CN100466472C (zh)
WO (1) WO2004109915A1 (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7844154B2 (en) * 2007-05-07 2010-11-30 Corning Incorporated Optical fiber for optical power transmission
CN102684664A (zh) * 2012-05-11 2012-09-19 华中科技大学 一种开关触发器
CN103036146B (zh) * 2012-11-28 2014-10-29 华中科技大学 一种准分子激光器脉冲电源
CN103166613B (zh) * 2013-01-29 2015-12-09 华中科技大学 一种低延时分散磁开关压缩脉冲电源复位电路
EP3528386B1 (en) * 2014-07-11 2022-12-21 Eagle Harbor Technologies, Inc. High voltage nanosecond pulser with variable pulse width and pulse repetition frequency
CN104935306B (zh) * 2015-06-02 2018-06-01 沈阳理工大学 一种高功率脉冲气体开关触发器
CN107659200A (zh) * 2017-11-15 2018-02-02 西安交通大学 用于真空灭弧室老炼的级联型亚微秒级高压脉冲发生器
CN108173450B (zh) * 2018-02-06 2024-03-12 中国工程物理研究院流体物理研究所 一种集高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路
CN108964487B (zh) * 2018-07-19 2019-08-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种用于磁压缩等离子体聚变的电源系统
IL263724B2 (en) 2018-12-16 2023-11-01 Wadis Ltd System and method for treating liquid wastewater
CN111525817A (zh) * 2020-05-04 2020-08-11 诸暨市天洁电子科技有限公司 一种工频变压器控制系统
CN112366975A (zh) * 2020-11-14 2021-02-12 大连理工大学 一种多脉宽输出的磁压缩电源
CN112366976A (zh) * 2020-11-14 2021-02-12 大连理工大学 一种多级磁脉冲压缩电源

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612455A (en) * 1984-05-10 1986-09-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Distributed pulse forming network for magnetic modulator
US20020003820A1 (en) * 1997-10-03 2002-01-10 Daisuke Yoshida Discharge circuit for pulsed laser and pulsed power source

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4623957A (en) * 1984-10-19 1986-11-18 The Bridgeport Metal Goods Manufacturing Company Battery powered auxiliary lighting fixture with a timer
US6362604B1 (en) * 1998-09-28 2002-03-26 Alpha-Omega Power Technologies, L.L.C. Electrostatic precipitator slow pulse generating circuit
US6999492B2 (en) * 2002-11-20 2006-02-14 Lambda Physik Ag Reduced-maintenance excimer laser with oil-free solid state pulser

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4612455A (en) * 1984-05-10 1986-09-16 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Distributed pulse forming network for magnetic modulator
US20020003820A1 (en) * 1997-10-03 2002-01-10 Daisuke Yoshida Discharge circuit for pulsed laser and pulsed power source

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004109915A1 (en) 2004-12-16
CN1802790A (zh) 2006-07-12
US20060131964A1 (en) 2006-06-22
US7459806B2 (en) 2008-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100466472C (zh) 高压磁压缩调制器
CN201315550Y (zh) 基于三极点火开关的高电压脉冲发生器
US5138622A (en) Apparatus and method for generating high-power, high-voltage pulses, particularly for te gas lasers
CN103036146B (zh) 一种准分子激光器脉冲电源
Prager et al. A high voltage nanosecond pulser with variable pulse width and pulse repetition frequency control for nonequilibrium plasma applications
CN102931867B (zh) 一种重复频率的脉冲倍压发生装置
Rao et al. All solid-state nanosecond pulsed generators based on Marx and magnetic switches
CN111431509B (zh) 一种基于漂移阶跃恢复二极管的重频纳秒脉冲产生电路
CN109404138B (zh) 一种稳频固态放电点火装置
US4975921A (en) Integrated prepulse circuits for efficient excitation of gas lasers
CN102594127B (zh) 基于Fitch电路的重复频率紧凑脉冲倍增器
CN101924490B (zh) 电感储能微秒级高功率脉冲电流源
Liu et al. An efficient, repetitive nanosecond pulsed power generator with ten synchronized spark gap switches
Pemen et al. Synchronous pulse systems
CN112366976A (zh) 一种多级磁脉冲压缩电源
Rim et al. Fast high-voltage pulse generation using nonlinear capacitors
EP0637133B1 (en) Apparatus and method for generating repetitive pulses
CN110198067A (zh) 一种lc谐振充电电源及提高其能量效率的方法
Tang et al. Design of 60kV, 2Ons Solid-state Pulse Generator Based on Magnetic Reactor Driven Diode Opening Switch
CN209805475U (zh) 一种lc谐振充电电源
Collier et al. Solid state linear transformer driver (LTD) development for HPM sources
Borovina et al. Switching the stacked Blumlein pulsers status and issues
Davanloo et al. High power, sub-nanosecond rising waveforms created by the stacked Blumlein pulsers
Matsumura et al. Study of short-pulse compression circuit using a fast recovery diode
CN113691239A (zh) 一种用于电脉冲破岩的磁开关脉冲发生器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090304

Termination date: 20180609