CN110739938A - 一种电脉冲触发电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电脉冲触发电路结构。包括脉冲产生电路、充电电路和倍压电路，充电电路包括正极性高压充电电路和负极性高压充电电路；倍压电路包括一个三电极触发开关，一个等效负载电阻和两个等效电容；三电极触发开关的触发极连接到脉冲产生电路的输出端；三电极触发开关的正、负高压电极连接到正、负极性高压充电电路的输出端；三电极触发开关的正、负高压电极分别连接有一个等效电容，与正高压电极连接的等效电容的另一端为电脉冲触发电路的输出端，该输出端上连接接地的等效负载电阻；与负高压电极连接的等效电容的另一端接地。本发明可保障脉冲功率源重频长时间运行，隔离和吸收反向冲击，触发源不会产生暂停、死机或损坏的现象。

Description

一种电脉冲触发电路结构

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其是一种电脉冲触发电路结构。

背景技术

脉冲功率装置通常包括升压装置，波形形成装置，开关，强流二极管负载等几部分。其中，使用最广泛，工作最可靠的开关是气体火花间隙开关。

为了使脉冲功率装置的运行达到可控、稳定、重频工作的目的，必须使开关工作在触发导通的状态。通常使用一台高压电脉冲源作为开关的触发源，这是最普遍，成本最低的做法。

为了获得高压脉冲，最基本的电路结构有两种，一是Marx发生器型，一是脉冲变压器型。

其中Marx型高压脉冲电路，研制成本高，工艺复杂，抖动稍大，通常用于兆伏级的气体开关，以及单次工作的脉冲功率源中。

脉冲变压器型的基本原理图如图1所示，它的成本低，抖动小，适合重频工作。使用该技术路线研制触发源时，变压器的变比通常选择为1：5-1：10之间，变压器的初级储能电容，初级开关闭合后，在变压器次级输出高压脉冲，初级使用的开关，可以根据实际需要，使用闸流管或可控硅。图2是一个典型的使用闸流管作为初级开关部件的脉冲变压器型触发电路。

应当说，类似图2的脉冲变压器型触发电路，有着广泛的适用场合。但在重频长时间运行时，某些脉冲功率系统中，极易发生故障。因为该触发源触发的开关工作于高电压、大电流的环境，在开关闭合瞬间，会有一个高压快脉冲电信号，从输出端反向馈入触发电路，经变压器耦合到初级，会对闸流管造成压力，或者会干扰预调器，造成在重频工作中暂停或死机，更严重的会造成某些电路模块的损毁。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种电脉冲触发电路结构。解决触发源工作过程中易出现的暂停、死机、损坏现象，从而保障脉冲功率源的可靠重频长时间运行。

本发明采用的技术方案如下：

一种电脉冲触发电路结构，其包括脉冲产生电路、充电电路和倍压电路，其中：

充电电路包括正极性高压充电电路和负极性高压充电电路；

倍压电路包括一个三电极触发开关，一个等效负载电阻和至少两个等效电容；三电极触发开关的触发极连接到所述脉冲产生电路的输出端；三电极触发开关的正高压电极连接到所述正极性高压充电电路的输出端，负高压电极连接到所述负极性高压充电电路的输出端；三电极触发开关的正、负高压电极分别连接有一个等效电容，与三电极触发开关正高压电极连接的等效电容的另一端为电脉冲触发电路的输出端，该输出端上连接所述等效负载电阻，所述等效负载电阻的另一端接地；与三电极触发开关负高压电极连接的等效电容的另一端接地。

脉冲产生电路中，最大的干扰脉冲冲击来自于其输出端的反向电压，它直接通过变压器线圈耦合进初级电路，高压电源和预调器都非常容易受到干扰，在长时间重复运行时，易出现暂停，死机，甚至电路元件损伤的情况。本设计在此基础上，进一步设计了充电电路和倍压电路，触发电路输出端的反向电压不会对倍压电路的电容、电阻和开关造成干扰，即倍压电路对干扰脉冲起到了一定的隔离作用。本发明为整体设计的电路结构，各个子电路间相互配合，共同作用，抗干扰性强，工作稳定，不会造成暂停、死机等问题，较于Marx发生器，抖动性低，工艺和维护均较简单。

进一步的，脉冲产生电路为脉冲变压器型触发电路。其成本低、抖动小，适合重频工作，应用范围广。

进一步的，脉冲变压器型触发电路的储能电容为10nF，初级开关为闸流管，变压器变比为1:6，高压电源额定充电电压为20KV。

进一步的，所述等效负载电阻为固体电阻。

进一步的，所述三电极触发开关为场畸变气体火花开关。

进一步的，所述倍压电路中，两个所述等效电容均为高压脉冲薄膜电容器。

进一步的，两个所述等效电容器的容值均为30-40nF。

进一步的，所述正极性高压充电电路和负极性高压充电电路分别将两个所述等效电容充电至+50kV、-50kV。

进一步的，所述充电电路中，正极性高压充电电路包括第一充电电源、第一充电硅堆和第一接地硅堆；

所述第一充电电源的负极与第一接地硅堆的正极均接地，所述第一充电电源的正极与第一充电硅堆的正极串联，所述第一充电硅堆的负极与第一接地硅堆的负极并联后，作为正极性高压充电电路的输出端；

负极性高压充电电路包括第二充电电源、第二充电硅堆和第二接地硅堆；

所述第二充电电源的正极与第一接地硅堆的负极均接地，所述第二充电电源的负极与第一充电硅堆的负极串联，所述第二充电硅堆的正极与第一接地硅堆的正极并联后，作为负极性高压充电电路的输出端。

充电电路的接地硅堆进一步吸收反向冲击的能量，保护充电电源，使之反向冲击无法进入到初级电路中。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的电脉冲触发电路结构，可保障脉冲功率源重频长时间运行，至少可确保以10Hz频率连续稳定工作2分钟而不发生故障，可对反向冲击进行隔离和吸收，触发源不会产生暂停、死机或损坏的现象。

2、本发明的电路结构抗干扰性强，稳定性高，相较于脉冲变压器型的电路，没有暂停、死机等问题；相比Marx发生器型电路，抖动又低，工艺与维护都要简单较。

3、本发明设计的倍频电路可使得电路结构的有效触发能量达到百焦耳数量级。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是脉冲变压器型电路原理图。

图2是典型脉冲变压器型触发电路的一个实施例。

图3是本发明电脉冲触发电路结构的电路图。

图4是基于图2中脉冲变压器型触发电路的电脉冲触发电路结构的电路图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例一

本实施例公开了一种电脉冲触发电路结构。如图3所示，其包括脉冲产生电路、充电电路和倍压电路。

充电电路包括正极性高压充电电路和负极性高压充电电路。

倍压电路包括一个三电极触发开关，一个等效负载电阻和至少两个等效电容；三电极触发开关的触发极连接到脉冲产生电路的输出端；三电极触发开关的正高压电极连接到正极性高压充电电路的输出端，负高压电极连接到负极性高压充电电路的输出端；三电极触发开关的正、负高压电极分别连接有一个等效电容，与三电极触发开关正高压电极连接的等效电容的另一端为电脉冲触发电路的输出端，该输出端上连接等效负载电阻，等效负载电阻的另一端接地；与三电极触发开关负高压电极连接的等效电容的另一端接地。

所谓的等效，即包括单一元器件或等效电路等效为单一元器件的情况。例如等效负载电阻，可以为一个单一的负载电阻，也可以是多个电阻(或其它元器件)等效为一个负载电阻。等效电容同理。

实施例二

本实施例公开了一种电脉冲触发电路结构。如图4所示，其包括脉冲产生电路A、充电电路和倍压电路D。

脉冲产生电路A采用脉冲变压器型触发电路。

充电电路包括正、负极性高压充电电路B、C。正极性高压充电电路B包括充电电源V1、充电硅堆D2和接地硅堆D1，电源V1的负极与接地硅堆D1的正极并联后接地，电源V1的正极与充电硅堆D2的正极串联，充电硅堆D2的负极与接地硅堆D1的负极并联后，作为正极性高压充电电路B的输出端。负极性高压充电电路C包括充电电源V2、充电硅堆D3和接地硅堆D4，电源V2的正极与接地硅堆D4的负极并联后接地，电源V2的负极与充电硅堆D3的负极串联，充电硅堆D3的正极与接地硅堆D4的正极并联后，作为负极性高压充电电路C的输出端。

倍压电路C包括两只电容器C1、C2、一个负载电阻RL和一个三电极触发开关S。在一个实施例中，电容器C1、C2均为高压脉冲薄膜电容器。三电极触发开关S的触发极连接到脉冲产生电路A的输出端；三电极触发开关S的正、负高压电极分别连接到充电电路的正、负极性高压充电电路B、C的输出端。三电极触发开关S的正、负高压电极分别连接一只电容器，与三电极触发开关正高压电极连接的电容器C1的另一端作为输出端，该输出端上连接负载电阻RL，该负载电阻RL另一端接地；与三电极触发开关S负高压电极连接的电容器C2的另一端接地。

上述设计的电脉冲触发电路结构，最大的反向冲击来自输出端Out处，而倍压电路中的电容器、电阻、开关都不会受到任何干扰。倍压电路起到了一定的隔离作用。充电电路中的接地保护硅堆D1和D4会进一步吸收反向冲击的能量，从而保护充电电源V1和V2，使它们不会受到干扰而死机、故障。经过倍压电路的隔离和接地保护硅堆吸收反向冲击能量，经触发电极反向冲击脉冲产生电路的能量已经大大降低，甚至消失。

上述设计的电脉冲触发电路结构仅公开了必要的元器件，在不脱离设计要点的情况下，通过电路等效，或者通过添加其他的元器件如电感、电容或电阻，而不对基本电路原理做出改变，均应被视为与被设计等同。

实施例三

本实施例基于实施例二，公开了一种电脉冲触发电路结构：

脉冲变压型产生电路的储能电容C0为10nF，初级开关选用闸流管，变压器变比设计为1:6，高压电源额定充电电压为20KV，则其输出的脉冲能量约为2焦耳。

充电电路中，充电电源V1、V2分别对电容器C1、C2充电至+50KV、-50KV左右。

倍压电路中，电容器C1＝C2＝40nF左右，例如在30-40nF。三电极触发开关选用S采用了场畸变气体火花开关。负载电阻采用固体电阻。

采用本实施例的设计进行试验，输出脉冲的触发能量可达到百焦耳量级。且至少可以确保以10Hz的频率连续运行2分钟(共计1200次)，过程均无任何故障。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种电脉冲触发电路结构，其包括脉冲产生电路，其特征在于，还包括充电电路和倍压电路，其中：

所述充电电路包括正极性高压充电电路和负极性高压充电电路；

所述倍压电路包括一个三电极触发开关，一个等效负载电阻和两个等效电容；三电极触发开关的触发极连接到所述脉冲产生电路的输出端；三电极触发开关的正高压电极连接到所述正极性高压充电电路的输出端，负高压电极连接到所述负极性高压充电电路的输出端；三电极触发开关的正、负高压电极分别连接有一个等效电容，与三电极触发开关正高压电极连接的等效电容的另一端为电脉冲触发电路的输出端，该输出端上连接所述等效负载电阻，所述等效负载电阻的另一端接地；与三电极触发开关负高压电极连接的等效电容的另一端接地。

2.如权利要求1所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述脉冲产生电路为脉冲变压器型触发电路。

3.如权利要求2所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述脉冲变压器型触发电路的储能电容为10nF，初级开关为闸流管，变压器变比为1:6，高压电源额定充电电压为20KV。

4.如权利要求1所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述等效负载电阻为固体电阻。

5.如权利要求1所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述三电极触发开关为场畸变气体火花开关。

6.如权利要求1所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述倍压电路中，两个所述等效电容均为高压脉冲薄膜电容器。

7.如权利要求6所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，两个所述等效电容器的容值均为30-40nF。

8.如权利要求7所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述正极性高压充电电路和负极性高压充电电路分别将两个所述等效电容充电至+50kV、-50kV。

9.如权利要求1-8之一所述的电脉冲触发电路结构，其特征在于，所述充电电路中，正极性高压充电电路包括第一充电电源、第一充电硅堆和第一接地硅堆；

所述第一充电电源的负极与第一接地硅堆的正极均接地，所述第一充电电源的正极与第一充电硅堆的正极串联，所述第一充电硅堆的负极与第一接地硅堆的负极并联后，作为正极性高压充电电路的输出端；

负极性高压充电电路包括第二充电电源、第二充电硅堆和第二接地硅堆；

所述第二充电电源的正极与第一接地硅堆的负极均接地，所述第二充电电源的负极与第一充电硅堆的负极串联，所述第二充电硅堆的正极与第一接地硅堆的正极并联后，作为负极性高压充电电路的输出端。

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