CN113411071A - 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 - Google Patents
一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113411071A CN113411071A CN202110598855.9A CN202110598855A CN113411071A CN 113411071 A CN113411071 A CN 113411071A CN 202110598855 A CN202110598855 A CN 202110598855A CN 113411071 A CN113411071 A CN 113411071A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- brick
- circuit
- branch
- synchronism
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011449 brick Substances 0.000 claims description 41
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 14
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/53—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of an energy-accumulating element discharged through the load by a switching device controlled by an external signal and not incorporating positive feedback
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M11/00—Power conversion systems not covered by the preceding groups
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种LTD模块及提高其内部支路放电同步性的电路，本发明的电路包括N个Brick支路，且N个Brick支路串联连接后通过LTD模块磁芯与次级负载耦合连接。本发明的LTD模块采用串联自同步连接结构，利用LTD模块磁芯实现模块支路输出电压隔离，从而降低其他模块开关导通建立时间和抖动，减小由此引起开关抖动引起的输出脉冲前沿变缓的效应。
Description
技术领域
本发明属于脉冲功率源技术领域，具体涉及一种LTD模块及提高其内部支 路放电同步性的电路。
背景技术
脉冲功率源可以用于产生X射线、超高温度和压强，在工业和国防领域有 着广泛的应用。近年来提出的快直线变压驱动源，是一种结构紧凑、能量利用 效率较高的驱动源技术。
Kim等人提出的LTD技术与传统的多级压缩技术不同，它直接将模块产生 的多个小功率电脉冲进行时间和空间的合成，获得高电压、大电流的电脉冲。 通常的LTD技术驱动器从上至下分为：装置、支路、模块。
直线变压驱动源(Linear transformer driver,LTD)为高压脉冲产生装置，典 型的LTD驱动器源的基本单元是LTD模块，每个LTD模块由多个Brick支路(由 1个开关和2个电容器/1个电容器，如图1所示由电容C(电容C是模块内并联 Brick的等效并联电容)和开关S构成，多个Brick支路并联后通过磁芯耦合将 能量传输到次级负载上。
当模块含有N个参数相同的Brick时，开关导通后每个Brick导通电流为IB。 LTD模块内部磁芯是环形的，Brick并联输出与次级是单匝的，且磁耦合系数高 近似为1，Brick并联输出与次级的等效变比为1:1，即次级获得的电流为N×IB。 由于开关导通时间抖动以及开关之间的差异，导致LTD模块中的多个开关导通 时间存在一定的分散性，这将引起模块输出的电脉冲前沿变缓。且典型的LTD 模块中每个Brick支路的开关都需要一个触发信号，以保证每个Brick将存储能 量输出。
具体如图2所示的并联连接结构的LTD模块中Brick连接的电路连接原理 图。模块中Brick支路中电容器充电后，当Brick支路开关导通，并联Brick支 路产生的电脉冲通过磁芯耦合(等效为1:1变压器)传输到负载上。多个Brick 并联输出存在的主要缺点：①多个Brick的开关导通时间本身存在分散性，由于 Brick输出端并联在一起，先导通的Brick支路会在并联输出端产生幅值为V的 电压，这将造成还未导通Brick开关上的电压差由U0变为U0-V，导致开关的延 迟增大，从而进一步增大了Brick开关导通时间分散性。模块内Brick开关导通 分散性，将导致模块输出电脉冲前沿变缓；②LTD模块内部每个Brick的开关都 需要外部输入的触发信号，总体上需要的触发信号多。
发明内容
为了解决现有LED模块由于开关导通时间抖动以及开关之间的差异，从而 影响LED模块输出前沿的问题，本发明提供了解决上述问题的一种提高LTD模 块内部支路放电同步性的电路，本发明通过改变LTD模块内部Brick支路电路 连接方式，采用自同步连接方式使得所有Brick支路同时对次级负载放电，消除 多个开关导通时间分散性对LTD模块输出前沿的影响。
本发明通过下述技术方案实现：
一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，包括N个Brick支路，且 N个Brick支路串联连接后通过LTD模块磁芯与次级负载耦合连接。
优选的，本发明的Brick支路包括开关和电容器。
优选的，本发明的LTD模块磁芯为环形磁芯。
优选的，本发明串联连接的N个Brick支路缠绕所述LTD模块磁芯上，共 有N圈，次级为单圈，LTD模块内部电流与次级输出电流比为1：N，则次级负 载获得的电流为N×IB；
当所述LTD模块内部支路导通后，从接地电端开始，通过第一级Brick支 路后输出端电压为U，通过磁芯耦合输出，电压降为0，再连接到下一级Brick 支路后输出端电压为U，通过磁芯后再降为0，这样周期循环直到第N级Brick 支路。
优选的，本发明的开关采用气体开关。
优选的，本发明提供m个Brick支路开关触发信号即可实现LTD模块内N 个Brick支路开关导通，其中，m<N。
另一方面，本发明还提出了一种LTD模块，采用本发明所述的电路实现。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的LTD模块采用串联自同步连接结构，利用LTD模块磁芯实现 模块支路输出电压隔离，从而降低其他模块开关导通建立时间和抖动，减小由 此引起开关抖动引起的输出脉冲前沿变缓的效应。
2、本发明的LTD模块内的Brick支路的开关，可以只触发部分开关，其他 开关利用电压自击穿，从而减少LTD模块所需的外部触发信号数量。；
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的 一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为LTD模块电路原理示意图。
图2为传统的LTD模块内部Brick并联输出结构电路原理示意图。
图3为本发明的LTD模块内部自同步电路原理示意图。
图4为传统的LTD模块和本发明的LTD模块输出电流波形对比图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括” 指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作 或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具 有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述 项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、 操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步 骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括 同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中 的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰 在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表 述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元 件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽 管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下， 第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第 一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件 之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一 组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元 件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并 非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形 式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包 括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通 常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将 被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具 有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限 定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于 解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
相较于传统典型的LTD模块，本实施例提出了一种提高LTD模块内部支路 放电同步性的电路，本实施例的电路采用串联自同步电路连接方法在初级功率 源段串联连接，只有串联回路中的所有开关都导通后，Brick串联组成的初级源 中才有电流流过，即产生电脉冲，此时电脉冲通过磁芯耦合在次级上产生同样 的电脉冲。
具体如图3所示，本实施例的电路包括N个Brick支路，且N个Brick支路 串联连接后通过LTD模块磁芯与次级负载耦合连接。
本实施例中N取值为6～40。
本实施例的Brick支路包括开关和电容器。
本实施例的LTD模块磁芯为环形磁芯。
本实施例的N个串联连接的Brick支路缠绕在LTD模块磁芯上，共有N圈， 次级为单圈，LTD模块内部电流与次级输出电流比1：N，即次级负载获得电流 为N×IB，与传统的LTD模块内部Brick并联结构，次级功率源段获得电流相同。
本实施例的LTD模块内部采用自同步电路结构充电时模块内部最大电压为 ±U0，模块内部Brick内部支路导通后，从接地电端开始，通过第一级Brick支 路后输出端电压为U(电压幅值为V)，通过1圈磁芯耦合输出，电压降为0， 再连接到下一级Brick支路后输出端电压为U，通过磁芯后再降为0，这样周期 循环直到最后一个Brick支路，如图3所示的初级电压分布示意图。
因此，本实施例采用自同步连接方式的LTD模块在充电和输出过程中模块 内部电压相同，消除了传统LTD模块中Brick开关导通分散性对输出波形的影 响。
同时N个Brick支路串联结构，充电电压为±U0，当m(m<N)个开关导通后， 理论上Brick串联支路无电流流过，此时缠绕磁芯的部分无电压降，m个Brick 输出m×2U0电压将加载在邻近的未导通Brick的开关上，对气体开关而言这将 导致开关自击穿。这将有利于减少串联Brick支路的建立时间；同时利用后续开 关过电压的特点，实现开关自击穿，减少Brick支路触发信号数量。
即本实施例的LTD模块内的Brick支路的开关，可以只触发部分开关，其 他开关利用电压自击穿，从而减少LTD模块所需的外部触发信号数量。
实施例2
本实施例通过对典型LTD模块和上述实施例提出的自同步LTD模块在同样 参数条件下进行测试，其中，两个模块均有10个相同的Brick支路，且模块内 部开关导通的时间采用同样设置，最大时间间隔为60ns，峰值电流约为400kA， 典型LTD模块的由于模块内部开关抖动的影响，输出电流前沿为97ns，本发明 的自同步LTD模块由于避免开关抖动的影响，输出电流前沿为89ns。
由如图4所示的输出结果表明，本发明提出的采用自同步连接方式的LTD 模块输出明显晚于典型的LTD模块，即本发明的自同步LTD模块当最后一个开 关导通后，模块才有输出。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了 进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已， 并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，包括N个Brick支路，且N个Brick支路串联连接后通过LTD模块磁芯与次级负载耦合连接。
2.根据权利要求1所述的一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，所述Brick支路包括开关和电容器。
3.根据权利要求1所述的一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，所述LTD模块磁芯为环形磁芯。
4.根据权利要求1所述的一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，串联连接的N个Brick支路缠绕所述LTD模块磁芯上，共有N圈，次级为单圈，LTD模块内部电流与次级输出电流比为1：N，则次级负载获得的电流为N×IB；
当所述LTD模块内部支路导通后，从接地电端开始，通过第一级Brick支路后输出端电压为U，通过磁芯耦合输出，电压降为0，再连接到下一级Brick支路后输出端电压为U，通过磁芯后再降为0，这样周期循环直到第N级Brick支路。
5.根据权利要求2所述的一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，所述开关采用气体开关。
6.根据权利要求5所述的一种提高LTD模块内部支路放电同步性的电路，其特征在于，提供m个Brick支路开关触发信号即可实现LTD模块内N个Brick支路开关导通，其中，m<N。
7.一种LTD模块，其特征在于，采用如权利要求1-6任一项所述的电路实现。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110598855.9A CN113411071A (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110598855.9A CN113411071A (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113411071A true CN113411071A (zh) | 2021-09-17 |
Family
ID=77675281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110598855.9A Pending CN113411071A (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113411071A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102769407A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-07 | 浙江大学 | 一种基于ltd自同步开关的脉冲功率源 |
| CN105099209A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-11-25 | 航天长峰朝阳电源有限公司 | 一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器 |
| EP3017996A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-11 | ABB Technology AG | Vehicle with a power distribution system and power distribution system |
| CN108809274A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-13 | 西南交通大学 | 一种脉冲功率发生装置 |
| CN109557356A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-04-02 | 南京博兰得电能技术发展有限公司 | 隔离式电能变换器的电流采样电路 |
| CN215378883U (zh) * | 2021-05-31 | 2021-12-31 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 |
-
2021
- 2021-05-31 CN CN202110598855.9A patent/CN113411071A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102769407A (zh) * | 2012-08-02 | 2012-11-07 | 浙江大学 | 一种基于ltd自同步开关的脉冲功率源 |
| EP3017996A1 (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-11 | ABB Technology AG | Vehicle with a power distribution system and power distribution system |
| CN105099209A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-11-25 | 航天长峰朝阳电源有限公司 | 一种集成一体化串联并联组合式双反激电路变换器 |
| CN108809274A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-13 | 西南交通大学 | 一种脉冲功率发生装置 |
| CN109557356A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-04-02 | 南京博兰得电能技术发展有限公司 | 隔离式电能变换器的电流采样电路 |
| CN215378883U (zh) * | 2021-05-31 | 2021-12-31 | 中国工程物理研究院流体物理研究所 | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A. J. M. PEMEN: "synchronous pulse systems", 《IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE》, 30 April 2012 (2012-04-30), pages 1198, XP011440971, DOI: 10.1109/TPS.2012.2185510 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107124163B (zh) | 一种复合模式固态脉冲源 | |
| US5481447A (en) | Switched capacitance voltage multiplier with commutation | |
| CN104467795B (zh) | 多级串联的ltd驱动源及其同步触发方法 | |
| CN202565195U (zh) | 一种产生高压纳秒脉冲的装置 | |
| US8232682B2 (en) | High power bipolar pulse generators | |
| CN108471254A (zh) | 一种模拟饱和电抗器绝缘电气应力的模块化固态微秒脉冲发生器 | |
| CN215378883U (zh) | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 | |
| CN115208229B (zh) | 一种电感储能脉冲发生器 | |
| CN110098740A (zh) | 降压电路及电子设备 | |
| CN102931867A (zh) | 一种重复频率的脉冲倍压发生装置 | |
| CN108365743A (zh) | 一种磁隔离型带负电压偏置的多路同步触发电路 | |
| CN108462482B (zh) | 一种产生双极性高压脉冲的装置和方法 | |
| CN103501170B (zh) | 一种ltd模块及其同步触发的方法 | |
| CN105577147A (zh) | 一种高压脉冲电源的顶降补偿电路及其顶降补偿方法 | |
| CN113411071A (zh) | 一种ltd模块及提高其内部支路放电同步性的电路 | |
| Qiu et al. | Stray parameters in a novel solid state pulsed power modulator | |
| CN108063549B (zh) | 一种隔离控制电路 | |
| CN114068162B (zh) | 一种两级脉冲变压器串级型重复频率触发器 | |
| CN212695919U (zh) | 基于感应叠加原理的高压脉冲发生装置 | |
| CN112532212A (zh) | 脉冲发生电路、脉冲发生装置及方法 | |
| KR101230862B1 (ko) | 단일 전원으로 구동되는 멀티레벨 인버터 장치 | |
| CN103066957B (zh) | 一种分组自触发式直线变压器驱动源 | |
| Collier et al. | Solid state linear transformer driver (LTD) development for HPM sources | |
| CN221328816U (zh) | 一种高频高效长脉宽多匝直线型变压器驱动源 | |
| Zou et al. | AV/N gas switch working in multi-channel discharge mode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |