CN107294418A - 一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，该方案采用直流高压变换装置为高压储能装置充电，然后使用脉冲输出控制装置控制高压触发模块，使高压储能装置向负载释放高压脉冲，能够无需使用高压电输入，只需使用低压直流电输入，即可满足对多路负载同步输出电压幅值2‑4kV且电流幅值约4kA的大功率高压脉冲。

Description

一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置
技术领域
本发明涉及的是脉冲功率控制领域，尤其是一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置。
背景技术
在脉冲功率技术领域，人们常常需要多路高压脉冲（数千伏、数千安）按照设定的时序（同时、顺序）进行放电。现阶段在实现多路高压脉冲输出主要采用脉冲变压器的方式产生，但这种方案有三个缺点：一、需要各路脉冲变压器的参数高度一致才能产生同步性较好的脉冲信号；二、产生的高压脉冲能量很小（0.1mJ以下），与脉冲功率应用（大于1J）的需求差距很大，三、如要实现多路同步、顺序、分组的程控模式输出，采用单一电容储能，通过转换开关的方式理论上可以实现高压脉冲的同步、顺序、分组输出，但效率较低且同步性受充电时间的限制，大功率的转换开关的频繁切换，易受恶劣电磁环境的影响而误触发。
一方面主要通过电容储能进行时域压缩的方式还占据着主要地位，多路高压脉冲发生装置具有体积小、输出脉冲功率大、脉冲输出同步性好、输出模式多、控制简单等优点，是实现同步起爆控制的关键系统；同时多路高压脉冲发生装置在航空、航天技术、高能/高速成像、工业探伤、医学研究方面应用前景广阔，如火箭点火、工业CT、高速成像、物理研究、反导/反飞机武器系统等方面，多路高压脉冲发生装置具有不可替代的作用，同时也成为世界各国研究的热点。
发明内容
本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置的技术方案，该方案采用直流高压变换装置为高压储能装置充电，然后使用脉冲输出控制装置控制高压触发模块，使高压储能装置向负载释放高压脉冲，能够无需使用高压电输入，只需使用低压直流电输入，即可满足对多路负载同步输出电压幅值2-4kV且电流幅值约4kA的大功率高压脉冲。
本方案是通过如下技术措施来实现的：
一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，包括有圆盆状屏蔽壳体、高压储能装置、高压触发模块、直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置和负载；屏蔽壳体包括有内盆体部分和外翻边部分；高压储能装置设置在内盆体部分的外圈上；高压触发模块设置在高压储能装置侧边；直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置设置在内盆体部分的中部；负载设置在外翻边部分上；安全保险装置与直流高压变换装置电连接；直流高压变换装置与高压储能装置电连接；高压储能装置还与高压触发模块和负载电连接；高压触发模块与脉冲输出控制装置电连接。
作为本方案的优选：一个高压储能装置、一个高压触发模块和一个负载组成一套高压输出结构；所述高压输出结构为多个，均匀分部在屏蔽壳体上。
作为本方案的优选：多组高压输出结构能够同步输出。
作为本方案的优选：安全保险装置能够控制直流高压变换装置的启停。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中该方案采用直流高压变换装置为高压储能装置充电，然后使用脉冲输出控制装置控制高压触发模块，使高压储能装置向负载释放高压脉冲，能够无需使用高压电输入，只需使用低压直流电输入，即可满足对多路负载同步输出电压幅值2-4kV且电流幅值约4kA的大功率高压脉冲。
本发明实现了国内首套多路高压脉冲发生装置样机，实现了高重频大功率多路高压脉冲的同步、顺序、分组输出。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，1为高压储能装置，2为高压触发模块，3为直流高压变换装置，4为脉冲输出控制装置，5为安全保险装置，6为负载，7为壳体。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
通过附图能够看出，本方案包括有圆盆状屏蔽壳体、高压储能装置、高压触发模块、直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置和负载；屏蔽壳体包括有内盆体部分和外翻边部分；高压储能装置设置在内盆体部分的外圈上；高压触发模块设置在高压储能装置侧边；直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置设置在内盆体部分的中部；负载设置在外翻边部分上；安全保险装置与直流高压变换装置电连接；直流高压变换装置与高压储能装置电连接；高压储能装置还与高压触发模块和负载电连接；高压触发模块与脉冲输出控制装置电连接。一个高压储能装置、一个高压触发模块和一个负载组成一套高压输出结构；所述高压输出结构为多个，均匀分部在屏蔽壳体上。多组高压输出结构能够同步输出。安全保险装置能够控制直流高压变换装置的启停。
本方案的高压储能装置(1)采用高压脉冲电容器储能，输入的直流高压同时给九路高压储能装置充电，通过反馈系统实现高压充电功率的智能控制。
高压触发模块（2）主要由冷阴极触发管和专用触发回路组成，其主要功能是将低压触发信号转换为5kV~10kV高压触发脉冲，触发冷阴极触发管工作，从而将九套高压储能装置(1)上储存的能量在极短时间内向指定负载（6）释放，形成瞬间功率达6MW周期不大于2μs的高压脉冲。
直流高压变换装置(3)频率发生模块、功率控制模块、高压变压器模块、高速整流模块及外围电路组成。通过频率发生模块驱动功率控制模块在高压变压器的初级线圈中实现交变电磁场，通过磁芯耦合，在次级线圈中产生感应电势，经过高速整流，在输出端形成1kV~6kV稳定的高压输出。建立高压变换功率控制模型及稳态与瞬态下的非线性控制模型，提高了直流高压变换效率。
脉冲输出控制装置(4)主要由磁隔离模块、光电隔离模块、程序控制模块构成，通过采用高灵敏度磁隔离变压器和光电隔离模块实现了控制信号的快速采集和抗干扰处理。
安全保险装置(5)主要由机械保险、静态电子保险、动态电子保险及相应的控制部分组成，还包括外围执行电路等部分。采用基于不同物理场激励的信号作为保险解除信号避免了共因失效，提高了使用安全性。
上述所述的多路高压脉冲发生装置，是国内首套多路高压脉冲发生装置样机，采用多路同步充电，程控输出模式的设计方案，在国内首次实现2路以上同步性不大于100ns，瞬间功率达6MW周期不大于2μs的高压脉冲输出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，其特征是：包括有圆盆状屏蔽壳体、高压储能装置、高压触发模块、直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置和负载；所述屏蔽壳体包括有内盆体部分和外翻边部分；所述高压储能装置设置在内盆体部分的外圈上；所述高压触发模块设置在高压储能装置侧边；所述直流高压变换装置、脉冲输出控制装置、安全保险装置设置在内盆体部分的中部；所述负载设置在外翻边部分上；所述安全保险装置与直流高压变换装置电连接；所述直流高压变换装置与高压储能装置电连接；所述高压储能装置还与高压触发模块和负载电连接；所述高压触发模块与脉冲输出控制装置电连接。
2.根据权利要求1所述的一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，其特征是：所述一个高压储能装置、一个高压触发模块和一个负载组成一套高压输出结构；所述高压输出结构为多个，均匀分部在屏蔽壳体上。
3.根据权利要求2所述的一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，其特征是：所述多组高压输出结构能够同步输出。
4.根据权利要求1所述的一种一体化多路大功率高压脉冲发生装置，其特征是：所述安全保险装置能够控制直流高压变换装置的启停。
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