CN101924490A - 电感储能微秒级高功率脉冲电流源 - Google Patents

电感储能微秒级高功率脉冲电流源 Download PDF

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本发明涉及一种电感储能微秒级高功率脉冲电流源，包括电感充电电路、电感放电电路和箝位电路，所述的电感充电电路是由励磁电源V2、电感L和开关管组成的串联回路，所述的电感放电电路是由负载、续流二极管D1和电感L组成的串联回路，所述的箝位电路跨接在电感充电电路上。本发明可以在负阻性负载上产生电流可控的高功率脉冲电源，并且引弧电压可以调节；本发明不仅具有很好的恒流特性，而且能迅速对等离子体弧产生响应，实现引弧和恒流的超快速切换。

Description

电感储能微秒级高功率脉冲电流源
技术领域
本发明涉及一种电流源，尤其是一种电感储能微秒级高功率脉冲电流源。
背景技术
目前，高能物理、核聚变研究领域广泛使用高压脉冲电源，特别是对于离子源性质的负载，由于其伏安特性为负阻性质，且等离子体放电的物理过程在几十纳秒量级之短，既要求电源系统有良好的稳态电流特性，又要求其具备极快的动态响应特性。
传统的高压脉冲电源一般采用MARX发生器或PFN产生高压脉冲输出，它们都是电压源输出，没有良好的电流输出特性。目前也有采用基于快速电流反馈的高频电源实现脉冲电流输出，但是仅限于毫秒级的脉宽和百微秒级的响应时间，无法满足快脉冲的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的恒流特性、响应时间短的电感储能微秒级高功率脉冲电流源。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种电感储能微秒级高功率脉冲电流源，包括电感充电电路、电感放电电路和箝位电路，所述的电感充电电路是由励磁电源V2、电感L和开关管组成的串联回路，所述的电感放电电路是由负载、续流二极管D1和电感L组成的串联回路，所述的箝位电路跨接在电感充电电路上。
由上述技术方案可知，本发明在励磁电源V2发出的触发脉冲的激励下，通过开关管对电感L储能，电感L的电流线性上升，当电感L的电流上升至设定值时，开关管关断，因而电感L的电流经续流二极管D1向负载释放，若负载呈现高阻态，则输出电压被箝位电路箝住，待高压引弧成功，电感L的电流流经负载。本发明可以在负阻性负载上产生电流可控的高功率脉冲电源，并且引弧电压可以调节；本发明不仅具有很好的恒流特性，而且能迅速对等离子体弧产生响应，实现引弧和恒流的超快速切换。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
一种电感储能微秒级高功率脉冲电流源，包括电感充电电路1、电感放电电路和箝位电路2，所述的电感充电电路1是由励磁电源V2、电感L和开关管组成的串联回路，励磁电源V2为电感L注入磁场能量。所述的电感放电电路是由负载、续流二极管D1和电感L组成的串联回路，所述的箝位电路2跨接在电感充电电路1上，如图1所示。所述的开关管包括场效应管S1，以及由多个场效应管串联组成的场效应管S2，在本发明中，所述的场效应管S2由3～5个场效应管串联而成，励磁电源V2、开关管S1、电感L以及场效应管S2组成串联回路。场效应管S1用于控制电感L储能的大小，场效应管S2在闭合时和场效应管S1共同为电感L励磁，关断时电感L能量向负载释放。
如图1所示，所述的励磁电源V2的正极与场效应管S1的漏极相连，场效应管S1的栅极接用于控制场效应管S1关断或闭合的驱动电路，场效应管S1的源极接电感L的一端，电感L的另一端接场效应管S2的漏极，场效应管S2的栅极接用于控制场效应管S2关断或闭合的驱动电路，场效应管S2的源极接励磁电源V2的负极。所述的负载为负阻性的负载，如等离子体弧，等离子体负载并接在场效应管S2上，所述的续流二极管D1的负极接在场效应管S1的源极与电感L之间，续流二极管D1的正极接在励磁电源V2的负极与场效应管S2的源极之间。所述的箝位电路2包括可调箝位电压源V1，可调箝位电压源V1使脉冲电流源的空载电压箝位于可控范围之内，可调箝位电压源V1的正极接箝位二极管D2的负极，箝位二极管D2的正极接场效应管S2的漏极，所述可调箝位电压源V1的负极接励磁电源V2的负极。箝位二极管D2在输出空载时配合可调箝位电压源V1对输出电压进行箝位。
在工作时，场效应管S2处于常闭状态，平时输出被短接，因此无输出电压电流。当激励脉冲到来时，励磁电源V2通过场效应管S1和场效应管S2为电感L励磁，电感L的电流因此线性上升，经过几十毫秒的励磁时间，电感L的电流到达设定的脉冲电流峰值时，场效应管S2和场效应管S2同时断开，电感L感应出的高压被可调箝位电压源V1和箝位二极管D2所箝位，当高压引弧成功时，电感L的电流流经负载，即等离子体，维持脉冲周期内的等离子体弧。在引弧之前，负载等效为空载，则电感L的电流由箝位二极管D2返回至电压源，箝位电压可调，从而使得输出空载电压连续可调，引弧后，负载呈低阻态，箝位二极管D2截止。

Claims (6)

1.一种电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：包括电感充电电路(1)、电感放电电路和箝位电路(2)，所述的电感充电电路(1)是由励磁电源V2、电感L和开关管组成的串联回路，所述的电感放电电路是由负载、续流二极管D1和电感L组成的串联回路，所述的箝位电路(2)跨接在电感充电电路(1)上。
2.根据权利要求1所述的电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：所述的开关管包括场效应管S1，以及由多个场效应管串联组成的场效应管S2，励磁电源V2、开关管S1、电感L以及场效应管S2组成串联回路。
3.根据权利要求2所述的电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：所述的励磁电源V2的正极与场效应管S1的漏极相连，场效应管S1的栅极接驱动电路，场效应管S1的源极接电感L的一端，电感L的另一端接场效应管S2的漏极，场效应管S2的栅极接驱动电路，场效应管S2的源极接励磁电源V2的负极。
4.根据权利要求1或2所述的电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：所述的负载为等离子体，等离子体并接在场效应管S2上，所述的续流二极管D1的负极接在场效应管S1的源极与电感L之间，续流二极管D1的正极接在励磁电源V2的负极与场效应管S2的源极之间。
5.根据权利要求1或2所述的电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：所述的箝位电路(2)包括可调箝位电压源V1，可调箝位电压源V1的正极接箝位二极管D2的负极，箝位二极管D2的正极接场效应管S2的漏极，所述可调箝位电压源V1的负极接励磁电源V2的负极。
6.根据权利要求2所述的电感储能微秒级高功率脉冲电流源，其特征在于：所述的场效应管S2由3～5个场效应管串联而成。
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