CN103001609B - 一种电磁感应式自触发直线变压器驱动源 - Google Patents

Abstract

本发明属于脉冲功率技术领域，具体为一种电磁感应式自触发直线变压器驱动源。该自该驱动源由触发感应腔模块、普通感应腔模块、自触发感应腔模块三部分组成，其三部分通过次级中心汇流杆相互串联，触发感应腔模块组成一路LTD装置的前几级，自触发LTD模块组成一路LTD装置的后几级，工作时只需触发同步触发的感应腔模块组的第一级感应腔模块，即可实现整路LTD的触发。本发明所需外触发信号非常少，不再需要考虑外触发信号的同步性问题；系统可靠性强；不需要多路外触发装置，体积小，结构紧凑，成本低廉；并具有很好的可扩展性，感应腔模块的数目可以自由调整而不需要增加外触发数目，非常适合大规模的LTD装置。

Description

一种电磁感应式自触发直线变压器驱动源

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种应用电磁感应产生触发信号自触发开关，实现自触发的直线变压器驱动源（LinearTransformerDriver,LTD）。

背景技术

LTD是一种新的脉冲功率技术，具有成为下一代主流脉冲功率技术的潜质。利用LTD技术能够产生上升时间约100ns的高功率脉冲直接驱动负载而不需要任何脉冲压缩段。

LTD由一个开关和一个电容器（单向充电）或两个电容器（正负充电）串联组成一个子块，若干个子块并联构成一个模块，若干个模块通过感应叠加串联为一路。若需更大电流，采用多路并联，可建造大型装置。LTD的原理和脉冲变压器相似。每一个模块相当于一个初级绕组，若干个模块串联共用一个次级导体，相当于一个由多个初级绕组和一个单匝次级绕组组成的变压器。电容通过开关放电提供初级电流，能量通过磁芯从初级耦合到次级，实现叠加。

然而，LTD在运用于超大型装置时，须同步触发的开关达到十万量级，大阵列开关同步触发是一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低廉，可靠性强的电磁感应式自触发直线变压器驱动源。

本发明运用磁芯感应耦合原理，通过在LTD的感应腔磁芯上加上副绕组实现同步产生高压快脉冲信号，并且将信号作为触发信号触发气体开关，从而实现LTD的自触发。

本发明提供的一种电磁感应式自触发直线变压器驱动源，由触发感应腔模块、普通感应腔模块、自触发感应腔模块三部分组成，其三部分依次通过次级中心汇流杆相互串联，其中：

在触发感应腔模块中，磁芯上绕有一组线圈，该线圈一端通过外壳接地，另一端通过导线将高压触发信号从触发感应腔模块引出；

在普通感应腔模块中，开关触发端接收从触发感应腔模块中引出的高压触发信号；

在自触发感应腔模块中，磁芯上绕有一组线圈，线圈一端通过外壳接地，另一端通过隔离电阻与开关的触发端相连接。

本发明中，在触发感应腔模块和普通感应腔模块中，整个感应腔都被密闭在外壳中，环状磁芯置于外壳内，与外壳同轴放置，外壳的一端和电容、触发开关依次相连；外壳的另一端与次级中心汇流杆相连、次级中心汇流杆与外壳同轴放置。

本发明中，普通感应腔模块为一个以上；自触发感应腔模块为一个以上。

本发明中，自触发LTD装置第一级模块为触发感应腔模块，其后连接着一定数目的普通感应腔模块，之后就接入的就全部都是自触发感应腔模块。

本发明中，自触发LTD装置工作时，先将所有的感应腔模块中的充电电容充电到工作电压，然后给触发感应腔模块中的开关触发信号，触发感应腔模块中的开关导通，充电电容放电，通过电磁感应中心汇流杆和副绕组都能获得一个高压快脉冲。中心汇流杆上感应电压沿中心汇流杆向后传播，而副绕组上产生的高压则被引入其后的普通感应腔模块中作为其开关触发信号。该信号模块中气体开关触发，普通感应腔模块的电容放电，将储存的能量输出到中心汇流杆上，这样就实现了触发感应腔模块和普通感应腔模块的同步触发，两种模块也将能量汇聚到中心汇流杆上向后传播。在中心汇流杆上的脉冲波的电压经过自触发感应腔模块时，由于电磁感应作用，在自触发感应腔模块的副绕组上会同步感应产生一个高压脉冲，也就是自触发感应腔模块的气体开关的触发极会同步获得一个触发电压，使气体开关触发，自触发感应腔模块的电容放电，将储存的能量输出到次级导体上。随着脉冲电压在中心汇流杆上的传播，自触发感应腔模块的气体开关依次导通，从而实现整路LTD装置的自触发。虽然触发气体开关会导致中心汇流杆上的输出总能量有所减少，但减少的能量很少，可以忽略不计。

由工作原理知，该自触发LTD只需触发1个触发感应腔模块即可实现整路LTD的触发。它具有所需触发硬件少，工作稳定可靠，能有效实现电压叠加等优点。当该自触发LTD运用于超大型装置时，可解决常规LTD面临的十万量级气体开关的同步触发问题。

本发明所述的技术方案具有以下优点：

(1)本发明所需外触发信号非常少，不再需要考虑外触发信号的同步性问题；

(2)系统可靠性强，感应腔模块中的开关能够被有效触发；

(3)不需要多路外触发装置，体积小，结构紧凑，成本低廉；

(4)具有很好的可扩展性，感应腔模块的数目可以自由调整而不需要增加外触发数目，非常适合大规模的LTD装置。

附图说明

图1为普通感应腔模块的电路结构示意图。

图2为触发感应腔模块感应腔电路结构示意图。

图3为自触发感应腔模块感应腔电路结构示意图。

图4为本发明中电磁感应式自触发直线变压器驱动源的原理图。

图中标号：1-触发感应腔模块；2-普通感应腔模块；3-自触发感应腔模块；101，201，202-导线；102，205，431，302，451，461-电容；103-外壳和金属盖板等组成的电路回路；104，210，306-磁芯；105，207，305-触发隔离电阻；106，206，303，430，450，460-开关；107-次级中心汇流杆；203，301-外壳（接地），204，304-金属盖板等组成的电路回路（虚线部分）；208，307，452,462-线圈；404-负载。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细阐述。

本发明的实施方式可以适用于各种规模的LTD装置，可以通过控制感应腔的数目，电容的大小和充电电压来控制输出脉冲的能量。

本发明提供的一种电磁感应式自触发直线变压驱动源，由触发感应腔模块1、普通感应腔模块2、自触发感应腔模块3三部分组成，其三部分通过次级中心汇流杆107相互串联，其中：

图2示出用于产生同步触发脉冲的感应腔1的电路结构示意图。该与普通的感应腔模块1的结构基本相同，区别在于磁芯上有加绕一定匝数的线圈208。

触发感应腔模块1中，整个感应腔都被密闭在外壳203中，环状磁芯210置于外壳203内，与外壳203同轴放置。外壳203的一端和电容205、触发开关206依次相连。这样，外壳203，电容205和触发开关206就组成一个环绕环状磁芯210的放电回路。外壳203的另一端与次级中心汇流杆107相连、次级中心汇流杆107与外壳203同轴放置。

在触发感应腔模块1中，磁芯210上绕有一组线圈208，该线圈208一端通过外壳203接地，另一端通过导线202将高压触发信号从触发感应腔模块1引出。具体工作时，首先对电容205充电，在电容205充电完成之后，外触发信号通过导线201来触发开关206，开关206导通之后电容205放电，通过电磁感应，在次级中心汇流杆107和绕组线圈208上都会产生感应脉冲，次级中心汇流杆107上的感应脉冲通过次级中心汇流杆107向后传播，绕组线圈208上的感应脉冲则通过导线202作为触发脉冲传输给其它普通感应腔模块。

图1所示为普通感应腔模块2的电路结构。该感应腔为圆柱形，内部的子块数目可以根据需要设置，该图假设其为偶数。

在普通感应腔模块2中，开关106触发端接收从触发感应腔模块1中引出的高压触发信号；该感应腔模块的具体工作过程为：先给电容102充电，然后开关106上接收到触发感应腔模块通过导线202传输的触发脉冲，开关106导通，电容102放电，因为电磁感应，在次级中心汇流杆107上产生感应脉冲。

图3示出能够同步感应的自触发感应腔模块3的电路结构示意图。自触发感应腔模块3的结构与普通感应腔模块结构也基本一致。区别在于，在自触发感应腔模块3中，磁芯306上绕有一组线圈307，线圈307一端通过外壳301接地，另一端通过触发隔离电阻305与开关303的触发端相连接。具体工作时，首先给电容302充电，之后在中心汇流杆308上会经过一个高电压、大电流的快脉冲，此时因为电磁感应的作用，在绕组线圈307上会同步产生一个高压快脉冲，从而开关303导通，电容302放电，又通过电磁感应的作用，在中心汇流杆107上会产生感应脉冲，然后这个脉冲同步叠加到前一个脉冲上，实现了功率的叠加。

图4示出本发明中电磁感应式自触发直线变压器驱动源的工作原理图，其中普通感应腔模块2为一个以上；自触发感应腔模块3为一个以上。如图所示，电容205、102、431、302、451、461存储能量，在工作中，首先对电容205、102、431、302、451、461充电，在充电完成之后，外触发信号通过导线201来触发导通开关206，开关206导通之后电容205放电。由于存在电磁感应，所以在次级中心汇流杆107上产生感应快脉冲A，该电磁感应脉冲A向后传播，同时也通过电磁感应，绕组线圈208上也有一个感应开脉冲通过导线202传递到开关106、430这些普通感应腔模块开关上，开关106、430导通，对应的电容102,431放电，这样在脉冲A经由中心汇流杆在经过这些普通感应腔模块时就有感应电压叠加到脉冲A上，实现了电压的叠加。脉冲A经过触发感应腔和普通感应腔模块的部分之后，进入自触发感应腔模块部分的中心汇流杆，因为电磁感应的作用，在绕组线圈307、452、462上会产生与脉冲A同步的高压快脉冲，这些高压快脉冲作为触发电压触发开关303、450、460，开关导通导致电容302、451、461放电，又因为电磁感应的作用，在次级中心汇流杆107上会产生感应脉冲，然后这些就能实现脉冲同步叠加到脉冲A上，从而实现了功率的叠加，最后输出到负载404上。

本发明的实施方式其优势在于，不再需要传统LTD装置中需要的同步触发脉冲发生装置，同时，通过磁芯上副绕组的电磁感应作用产生的脉冲作为触发信号触发开关，从而实现LTD的同步自触发。此外，去除了同步触发脉冲发生装置降低了装置的成本和技术实现难度，有效提高了LTD装置的灵活性和扩展性。

Claims (4)

1.一种电磁感应式自触发直线变压器驱动源，其特征在于：该驱动源由触发感应腔模块、普通感应腔模块、自触发感应腔模块三部分组成，其三部分通过次级中心汇流杆相互串联；其中：所述触发感应腔模块、普通感应腔模块、自触发感应腔模块内均独立设置开关；

所述触发感应腔模块中，磁芯上绕有一组线圈，所述线圈一端通过外壳接地，另一端通过导线将高压触发信号从触发感应腔模块引出；

所述普通感应腔模块中，开关的触发端接收从所述触发感应腔模块中引出的高压触发信号；

所述自触发感应腔模块中，磁芯上绕有一组线圈，所述线圈一端通过外壳接地，另一端通过隔离电阻与开关的触发端相连接。

2.根据权利要求1所述的电磁感应式自触发直线变压器驱动源，其特征在于：在所述触发感应腔模块和所述普通感应腔模块中，整个感应腔都被密闭在外壳中，环状磁芯置于外壳内，与外壳同轴放置，外壳的一端和电容、开关依次相连；外壳的另一端与次级中心汇流杆相连、次级中心汇流杆与外壳同轴放置。

3.根据权利要求1所述的电磁感应式自触发直线变压器驱动源，其特征在于：所述普通感应腔模块为一个以上。

4.根据权利要求1所述的电磁感应式自触发直线变压器驱动源，其特征在于：所述自触发感应腔模块为一个以上。