CN103490662B - 高隔离度高压脉冲电源 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高隔离度高压脉冲电源。包括高隔离变压器、低压触发信号、光纤隔离传输电路、整流电路、储能电路、可控硅、脉冲变压器和放电气隙负载。分别利用高隔离变压器和光纤隔离传输电路实现与市电的隔离和低压触发信号的隔离，隔离后的市电经过整流之后给储能电路充电，并由可控硅导通而通过脉冲变压器产生高压脉冲释放到放电气隙负载上。本发明能够实现输出高压脉冲与市电和低压触发信号的高度隔离，并且输出的高压负脉冲能够满足触发火花隙开关等应用的要求。

Description

高隔离度高压脉冲电源

技术领域

本发明涉及一种高隔离度高压脉冲电源，其适用于脉冲功率领域，特别适用于为火花隙开关提供触发信号。

背景技术

利用脉冲功率技术能够在时间和空间上对电能进行压缩，并在极短的时间内以极大的功率进行释放，产生出很多极端的物理环境，在军事、工业上催生出较多应用。

脉冲功率技术能够实现前述极端物理环境的关键在于组成脉冲功率系统的开关、储能单元、脉冲形成单元、负载等。其中开关的性能（如载流能力、切换时间等）极大地影响到整个系统的性能。以在脉冲功率系统中常用的火花隙开关为例，其载流能力强大，开关切换时间极短，导通电阻很小，寿命长，非常适合在脉冲功率系统中作为主开关使用。

火花隙开关在工作时需要一个幅值与其工作电压相当的脉冲触发信号使其导通。另外，考虑到火花隙开关中，触发电极通常安装在阴极中，与开关阴极共地，因而触发信号的地电位会随着开关的导通而提升至系统电源电压，所以在设计高压脉冲电源时应考虑产生的高压触发信号与控制系统和市电进行隔离，隔离强度应高于系统电源电压。

与市电隔离通常采用的元件是隔离变压器，其具有结构简单，隔离强度高，寿命长，经久耐用等优点，并可根据隔离强度的要求，采用不同的制作工艺来满足实际应用需求。通常采用树脂浇灌密封工艺制作的隔离变压器，其隔离强度可达数十千伏以上，能够满足高压脉冲电源与市电隔离的要求。

另外，高压脉冲电源产生高压脉冲触发信号需要一个低压脉冲信号，对其进行放大。而低压脉冲信号一般是由控制系统产生的，为了保证人身和设备安全，还需要在控制系统和高压脉冲电源之间对低压脉冲信号进行隔离。目前光耦很难达到如此高电压的隔离，可以采用在控制系统端把电信号转成光信号，经光纤传输到高压脉冲电源端，再把光信号转成电信号，此时的隔离强度由控制系统与高压脉冲电源的距离决定，可以根据需求做到极大强度的隔离。

对低压脉冲信号的放大一般采用脉冲变压器进行，信号幅值的放大倍数由脉冲变压器的匝数比决定，可以根据需求选择合适的脉冲变压器，输出满足触发火花隙开关的脉冲高压。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高隔离度高压脉冲电源，该高压脉冲电源能够实现与市电和低压触发信号的高强度隔离，并能够对低压触发信号进行放大，输出幅值为数十千伏的高压脉冲信号，有效并可靠地触发火花隙开关。

本发明是这样实现的：高隔离度高压脉冲电源包括高隔离变压器、低压触发信号、光纤隔离传输电路、整流电路、储能电路、可控硅、脉冲变压器和放电气隙负载。

该电源的供电来源于市电；市电经高隔离变压器隔离之后由整流电路进行整流，产生的直流给电容组成的储能电路充电；储能电路上存储能量的释放是通过可控硅的导通实现的。

低压触发信号经光纤隔离传输电路隔离后连接到可控硅的控制端，一定宽度的高电平会使可控硅导通，储能电路上的能量通过可控硅释放到脉冲变压器的原边，经过副边升压后形成高压脉冲能量释放到放电气隙负载上。

可控硅的截止是在储能电路上的电能释放完之后，隔离后的市电经半波整流在可控硅的阳极与阴极之间形成的反向电压实现的。所以该电源形成的高压脉冲宽度不受低压触发信号宽度的影响。

本发明的有益效果：

1）通过脉冲变压器对低压触发信号进行放大，可以形成数十千伏的高压触发信号，能够可靠、有效地触发火花隙开关，本发明具有结构简单，可靠性高等优点。

2）分别采用隔离变压器和光纤实现高压脉冲电源与市电和低压触发信号间的隔离，从而解决触发火花隙开关时，该高压脉冲电源的输出端地电位升高造成的安全问题。

3）采用可控硅作为释放储能电路能量的开关元件，可控硅的截止不受低压触发信号控制，所以该高压脉冲电源输出的脉冲宽度不受低压触发信号宽度的影响，降低控制难度。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的主回路部分原理图。

图3是本发明的低压触发信号经光纤隔离部分原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明用于提供触发火花隙开关的高压脉冲。如图1所示，本发明包括高隔离变压器、低压触发信号、光纤隔离传输电路、整流电路、储能电路、可控硅、脉冲变压器和放电气隙负载。

本发明主回路中各元件的连接方式见图2，市电经高隔离度变压器T1隔离后，由二极管D2进行半波整流，然后经限流电阻R1和R2，脉冲变压器T2的原边电感L1对储能电路里的电容C1充电。可控硅Q1的控制极接收到来自光耦隔离后的低压触发信号使Q1导通，C1上存储的电能经Q1、L1释放，并在L2两端感生出一个负脉冲高压。此负脉冲高压与L1两端的电压叠加后施加到火花隙开关的触发电极与阴极间。

本发明的低压触发信号经光纤隔离传输电路原理图见图3，低压触发信号经反相器U3A反相后连接到晶体管Q1的基极上，Q1的集电极连接至电光转换元件U1的第2脚，那么U1的2脚接收到的信号与低压触发信号同相，并且经Q1提高了驱动能力。经光纤隔离传输电路隔离后的电信号由光电转换元件U2的1脚和4脚输出，且与隔离前的低压触发信号同相。

本发明在连接火花隙开关工作时，在低压触发信号的同步下，由脉冲变压器副边输出负脉冲高压，并连接至火花隙开关的触发电极与阴极之间，使火花隙开关的触发电极与阴极间的气隙被击穿，并在此作用下导致火花隙开关阳极与阴极击穿导通，最终火花隙开关被触发导通。

Claims (1)

1.一种高隔离度高压脉冲电源，其特征在于高隔离度高压脉冲电源包括高隔离变压器、低压触发信号、光纤隔离传输电路、整流电路、储能电路、可控硅、脉冲变压器和放电气隙负载；

该电源的供电来源于市电；市电经高隔离变压器隔离之后由整流电路进行整流，产生的直流给电容组成的储能电路充电；储能电路上存储能量的释放是通过可控硅的导通实现的；

低压触发信号经光纤隔离传输电路隔离后连接到可控硅的控制端，一定宽度的高电平会使可控硅导通，储能电路上的能量通过可控硅释放到脉冲变压器的原边，经过副边升压后形成高压脉冲能量释放到放电气隙负载上；

可控硅的截止是在储能电路上的电能释放完之后，隔离后的市电经半波整流在可控硅的阳极与阴极之间形成的反向电压实现的；该电源形成的高压脉冲宽度不受低压触发信号宽度的影响。