CN102427346A - 一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器，包括直流高压电源、电阻、脉冲形成线、脉冲传输线、水银开关和控制电路；直流高压电源依次与电阻、脉冲形成线、水银开关、脉冲传输线和负载连接；控制电路控制水银开关开合。本发明能准确标定分压器的分压比和响应时间。本发明不但保证了输出方波的上升时间，还实现了对直流高压电源的输出电压的连续可调。本发明实现了低压控制电路与高压主电路的电气隔离，使用的水银开关实现了当控制端断点时水银开关必然处在断开的位置上，切开了电气连接，使整体装置更加安全。

Description

一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器
技术领域：
本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器。
背景技术：
高压方波脉冲发生器作为标定信号源，在高压领域广泛应用，如用于标定分压器的分压比和响应时间、用于标定甚高频法局部放电检测信号等。在标定分压器的响应时间时，高压方波脉冲发生器输出信号上升时间越短，分压器响应时间的测量越准确。在标定甚高频法局部放电检测信号时，高压方波脉冲发生器输出信号上升时间越短，包含的甚高频分量越多，越利于实现准确标定。输出的方波脉冲的幅值应可在较大范围内调节，以满足各种不同的应用。方波脉冲平顶部分纹波系数应尽量小，便于准确测量。运用电子器件产生方波脉冲的电压幅值最高只能达到10V左右，上升沿最高只能达到微秒级，无法满足高压标定的要求。采用Marx发生器可产生十纳秒级上升沿的脉冲信号，但所产生的波形一般为双指数波形，无平顶部分，且电压幅值太高，用于标定可能损坏标定对象。
发明内容：
针对现有技术的不足，本发明提供一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器，能准确标定分压器的分压比和响应时间，保证了输出方波的上升时间。
本发明提供的一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器，包括直流高压电源、电阻、脉冲发生电路和脉冲传输线；所述直流高压电源、电阻、脉冲发生电路和脉冲传输线构成回路；其改进之处在于，所述高压方波脉冲发生器包括水银开关、控制电路和脉冲形成线；
所述直流高压电源依次与电阻、脉冲形成线、水银开关、脉冲传输线和负载连接；控制电路控制水银开关开合；所述水银开关为玻璃管封装式水银开关。
其中，所述脉冲形成线为初级储能元件，所述脉冲形成线与所述脉冲传输线的波阻抗匹配。
其中，所述控制电路为低压脉冲控制电路。
其中，所述直流高压电源包括斩波器和滑动变阻器，所述斩波器将低压直流直接升为高压直流，通过所述滑动变阻器得到可调的输出电压。
其中，所述低压脉冲控制电路包括555定时器。
其中，所述低压脉冲控制电路通过连杆与所述水银开关连接；所述连杆上设置电磁铁；所述低压脉冲控制电路通过控制电磁铁吸合完成对所述水银开关的分合控制。
其中，滑动变阻器最大可调值为10kΩ。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
本发明能准确标定分压器的分压比和响应时间。
本发明保证了输出方波的上升时间。
本发明实现了对直流高压电源的输出电压的连续可调。
本发明使用的水银开关实现了当控制端断点时水银开关必然处在断开的位置上，切开了电气连接，使整体装置更加安全。
本发明实现了低压控制电路与高压主电路的电气隔离。
附图说明
图1为本发明提供的高压方波脉冲发生器的框图。
图2为本发明提供的高压方波脉冲发生器的结构图。
图3为本发明提供的水银开关控制方式的示意图。
图中，1为直流高压电源；2为充电电阻；3为脉冲形成线；4为水银开关；5为控制电路；6为脉冲传输线；7为负载；8为电磁铁；9为电磁铁轴；10为水银开关套筒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
图1是本实施例提供的高压方波脉冲发生器的框图，具体结构电路如图2所示。高压方波脉冲发生器包括直流高压电源、脉冲形成线、水银开关、脉冲传输线和低压脉冲控制电路。直流高压电源、脉冲形成线、水银开关和脉冲传输线行程一个回路。水银开关通过电磁铁轴和低压脉冲控制电路连接。其中电磁铁轴上面装有电磁铁。图2中，高压直流电源和脉冲形成线之间设有充电电阻，起限流作用。
本实施例的高压方波脉冲发生器的具体工作原理是：
水银开关一直为断开状态。直流高压电源输出电压给脉冲形成线充电，低压脉冲控制电路通过控制电磁铁吸合控制水银开关的断开和导通，脉冲形成线的电压通过水银开关变成脉冲电压传给脉冲传输线和负载。
其中低压脉冲控制电路使用555定时器来实现控制。其产生可调的重复频率脉冲，通过控制电磁铁的吸合来实现水银开关的分、合操作，使得发生器可重复频率输出，且重复频率可调。
水银开关采用玻璃管封装式水银开关来实现开关作用。本实施例的水银开关控制方式如图3所示，电磁铁通过电磁铁轴与水银开关相连，低压脉冲控制电路通过控制电磁铁吸合来完成对水银开关的分合控制。选用水银开关作为开关元件，利用其时间常数小的特点保证输出方波的上升时间短，上升时间可小于1纳秒。
脉冲形成线和脉冲传输线使用同轴电缆实现。脉冲形成线和脉冲传输线可以减小回路电感，降低输出方波的上升时间。
本实施例的直流高压电源通过斩波器，利用DC/DC变化将低压直流直接升压为高压直流。这种方法得到的高压直流电源体积紧凑，调节方便。最终使用的直流模块，其输入电压为直流12V，输出电压为直流最高3kV，通过调节一个可调电阻的阻值来实现对输出电压的连续调节，达到0-1Kv连续可调。斩波器和滑动变阻器并联。滑动变阻器最大可调值为10kΩ。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (7)

1.一种纳秒级上升沿高压方波脉冲发生器，包括直流高压电源、电阻、脉冲发生电路和脉冲传输线；所述直流高压电源、电阻、脉冲发生电路和脉冲传输线构成回路；其特征在于，所述高压方波脉冲发生器包括水银开关、控制电路和脉冲形成线；
所述直流高压电源依次与电阻、脉冲形成线、水银开关、脉冲传输线和负载连接；控制电路控制水银开关开合；所述水银开关为玻璃管封装式水银开关。
2.如权利要求1所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲形成线为初级储能元件，所述脉冲形成线与所述脉冲传输线的波阻抗匹配。
3.如权利要求1所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，所述控制电路为低压脉冲控制电路。
4.如权利要求1所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，所述直流高压电源包括斩波器和滑动变阻器，所述斩波器将低压直流直接升为高压直流，通过所述滑动变阻器得到可调的输出电压。
5.如权利要求3所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，所述低压脉冲控制电路包括555定时器。
6.如权利要求3所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，所述低压脉冲控制电路通过连杆与所述水银开关连接；所述连杆上设置电磁铁；所述低压脉冲控制电路通过控制电磁铁吸合完成对所述水银开关的分合控制。
7.如权利要求4所述的高压方波脉冲发生器，其特征在于，滑动变阻器最大可调值为10kΩ。
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