CN115589219A - 基于光触发的快直线型变压器驱动源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及脉冲驱动源，具体涉及一种基于光触发的快直线型变压器驱动源，目的是解决现有的大型FLTD装置采用同轴电缆传输电触发脉冲时，所采用的同轴电缆不仅绝缘性差，引入装置内部时密封困难，而且同步触发系统庞大复杂、造价高的技术问题，本发明提供的一种基于光触发的快直线型变压器驱动源，包括驱动源腔体，其外侧设置有一个或多个光纤接头，该驱动源腔体内部周向设置有触发支路与多个放电支路，触发支路与多个放电支路内部设置有环形绝缘子，环形绝缘子内部嵌设有角向传输线，以及与之连接的触发金属环，触发支路的输出端依次与角向传输线、触发金属环连接，触发金属环上设置有多个连接点，分别与多个放电支路开关一一对应连接。

Description

基于光触发的快直线型变压器驱动源

技术领域

本发明涉及变压器驱动源，具体涉及一种基于光触发的快直线型变压器驱动源。

背景技术

快直线型脉冲变压器驱动源(Fast li多ear tra多sformer drivers，简称FLTD)，本质上是储能与脉冲形成部件位于感应腔内部、多个快放电支路并联、多级串联的感应电压叠加器，可以直接产生前沿60～300ns的高功率脉冲，具有良好的发展前景。现有的大型FLTD装置通常需要引入多路快前沿电触发脉冲，一般采用同轴电缆进行传输，而同轴电缆的引入需要穿过FLTD装置的接地腔体，才能使其所传输的电脉冲传入FLTD装置内部实现触发。现有技术中的大型FLTD装置的电脉冲触发系统庞大复杂，采用同轴电缆不仅绝缘性差，而且在将其引入FLTD装置内部时，存在密封困难的问题。

发明内容

本发明的目的是解决现有的大型FLTD装置采用同轴电缆传输电触发脉冲时，所采用的同轴电缆不仅绝缘性差，引入装置内部时密封困难，而且同步触发系统庞大复杂、造价高的技术问题，提供一种基于光触发的快直线型变压器驱动源。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

一种基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特殊之处在于：包括驱动源腔体，所述驱动源腔体外侧设置有一个或多个光纤接头，每个所述光纤接头的输入端均连接有传输光纤，所述传输光纤的输入端用于连接外部激光光源器件；所述驱动源腔体内部周向设置有触发支路与多个放电支路；所述触发支路包括光触发开关，以及与光触发开关串联的上触发支路电容器、下触发支路电容器，光纤接头的输出端通过传输光纤与光触发开关连接，所述光触发开关用于接收传输光纤所传输的激光脉冲；多个所述放电支路均包括放电支路开关，以及分别与放电支路开关串联的上放电支路电容器、下放电支路电容器，多个所述上放电支路电容器的输出端均用于连接负载；

所述上触发支路电容器与下触发支路电容器之间、多个所述上放电支路电容器分别与多个下放电支路电容器之间均设置有环形绝缘子；所述环形绝缘子内部嵌设有角向传输线，以及与角向传输线连接的触发金属环；所述上触发支路电容器的输出端与所述角向传输线连接，所述触发金属环上分布有多个连接点，分别与多个放电支路开关一一对应连接。

进一步地，所述光纤接头的数量为两个，每个光纤接头分别连接一路传输光纤；所述光触发开关采用四间隙气体开关，所述四间隙气体开关包括两个光导支路、一个接地电极、两个悬浮电极、两个高压电极及四个均压电阻；所述接地电极的两侧依次对称设置有所述悬浮电极、高压电极；两个光纤接头的输出端分别通过一路传输光纤与两个光导支路连接，所述光导支路用于接收传输光纤传输的激光脉冲；

两个所述光导支路的一端均与所述接地电极连接，另一端分别与两个所述悬浮电极连接；所述接地电极远离所述光导支路的一端与两个悬浮电极之间分别连接有均压电阻，接地电极两侧的悬浮电极与高压电极之间分别连接有均压电阻。

进一步地，两个所述光导支路均包括串联的光导开关与限流电阻；两个光纤接头的输出端分别通过一路传输光纤连接两个光导开关，光导开关用于接收传输光纤传输的激光脉冲。

进一步地，所述触发金属环上的多个连接点，分别通过隔离电阻或隔离电感与多个放电支路开关一一对应连接。

进一步地，所述传输光纤外围裹设有绝缘材料。

进一步地，每个所述光纤接头的输出端均通过一路传输光纤垂直固定在所述光导开关的被辐照表面。

本发明相比现有技术具有的有益效果：

1、本发明提供的基于光触发的快直线变压器驱动源，不再使用同轴电缆，而是创新性地采用光触发方式，利用传输光纤传输的激光脉冲来触发FLTD，由此实现触发支路的触发导通；并且该触发支路触发后输出的电脉冲，通过角向传输线及触发金属环，将该电脉冲传输至多个放电支路，实现FLTD模块内多个放电支路的同步触发放电，不仅大幅简化了大型FLTD装置对其触发系统的要求，而且解决了触发系统及其所采用的触发脉冲引入线缆的可靠性问题。

2、本发明提供的基于光触发的快直线变压器驱动源，利用光电隔离特性，使得传输光纤所传输的激光脉冲能够触发处于高电位的光触发开关，是一种变革性的触发方式，在脉冲功率领域具有重大应用价值。

3、本发明提供的基于光触发的快直线型变压器驱动源中的光触发开关采用四间隙气体开关，将光导开关与气体开关技术相结合，充分利用光导开关触发要求低及气体开关高电压、大通流的优势，根据光导开关在激光脉冲辐照的前后电阻变化来调控四间隙气体开关内部的间隙电压分配，从而实现四间隙气体开关的受控触发，进而使得FLTD模块内的触发支路产生快前沿电脉冲。

附图说明

图1为本发明提供的基于光触发的快直线型变压器驱动源实施例的示意图；

图2为本发明图1实施例中角向传输线与触发金属环的连接示意图；

图3为本发明图1实施例中四间隙气体开关的结构示意图；

附图标记说明：

1-触发支路，2-放电支路，3-角向传输线，4-触发金属环，5-环形绝缘子，6-传输线，7-负载，8-光纤接头，9-驱动源腔体，10-置地电阻，11-高压电极，12-悬浮电极，13-接地电极，14-光导开关，15-激光脉冲，16-限流电阻，17-均压电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地说明。

本发明提供的基于光触发的快直线型变压器驱动源，包括驱动源腔体9，该驱动源腔体9外侧设置有一个或多个光纤接头8，每个光纤接头8的输入端均连接有传输光纤，传输光纤的输入端用于连接外部激光光源器件，在本实施例中，外部激光光源器件采用激光二极管，用于产生激光脉冲15。外部激光光源器件产生的激光脉冲15通过传输光纤进行传输，而光纤接头对传输光纤的密封作用，能够实现传输光纤的密封引入功能。本实施例中的传输光纤采用绝缘材料包裹，不带金属保护外铠，能够触发处于高电位的光触发开关。

驱动源腔体9内部设置有触发支路1与多个放电支路2，该触发支路1包括光触发开关，以及与光触发开关串联的上触发支路电容器、下触发支路电容器，光纤接头8的输出端通过传输光纤与光触发开关连接，上触发支路电容器的一端与光触发开关的正极连接，另一端通过置地电阻10接地，下触发支路电容器的一端与光触发开关的负极连接，另一端接地。本实施例中的光触发开关采用四间隙气体开关，并且，为了能够实现四间隙气体开关的触发导通，需采用两路传输光纤，则光纤接头8的数量为两个，每路传输光纤均通过光纤接头8穿过该驱动源腔体9进入腔体9内部。该四间隙气体开关包括两个光导支路、一个接地电极13、两个悬浮电极12、两个高压电极11及四个均压电阻，接地电极13的两侧依次对称设置有悬浮电极12、高压电极11，两个光导支路的一端均与接地电极13连接，另一端分别与两个悬浮电极12连接，并且，接地电极13远离光导支路的一端与两个悬浮电极12之间分别连接有均压电阻17，接地电极13两侧的悬浮电极12与高压电极11之间分别连接有均压电阻17，均压电阻17的作用是在开关耐压过程中，将电压均匀地分配至四间隙气体开关的四个间隙中。光导支路包括串联的光导开关14与限流电阻16，本实施例中两个光纤接头8的输出端分别通过一路传输光纤连接两个光导开关14，光导开关14用于接收传输光纤所传输的激光脉冲15，限流电阻16用于限制通过光导开关14的电流，防止光导开关14过流损坏。当本实施例中的两路传输光纤所传输的激光脉冲，辐照至触发支路1中的光导开关14上，随着辐照时间的增长，光导开关14的电阻由高阻变为低阻，使得施加到四间隙气体开关上的电压，主要分配到分别与两个高压电极11相邻的两个间隙，并引起其过压击穿闭合，之后再将电压重新分配至与接地电极13相邻的两个间隙并使之击穿，最终导致四间隙气体开关完全击穿闭合，由此实现触发支路1中的四间隙气体开关在激光脉冲15作用下的触发导通。

本实施例中每个光纤接头8的输出端均通过一路传输光纤垂直固定在光导开关14的被辐照表面，使得传输光纤所输出激光脉冲15能够最大范围地辐照在光导开关14的被辐照表面，有效缩短四间隙气体开关触发导通的时间。在其它实施例中，光纤接头8的输出端也可以只固定在光导开关14的被辐照表面，而不要求垂直固定，但并不以此为限，只要能够使传输光纤所传输的激光脉冲15，到达光导开关14的被辐照表面即可。根据多路传输光纤的起始传输时间和传输长度，能够调控其所输出的激光脉冲15的到达时间，以此控制FLTD的触发，而本实施例中两路传输光纤的起始传输时间和传输长度均相等，使得其所传输的激光脉冲15同时到达，并辐照至光导开关14使其导通。

多个放电支路2均包括放电支路开关，以及分别与放电支路开关串联的上放电支路电容器、下放电支路电容器，上放电支路电容器的输入端与放电支路开关的正极连接，其输出端用于连接负载7；下放电支路电容器的输入端与放电支路开关的负极连接，其输出端接地。上触发支路电容器与下触发支路电容器之间、多个上放电支路电容器分别与多个下放电支路电容器之间均设置有环形绝缘子5，该环形绝缘子5内部嵌设有角向传输线3，以及与角向传输线3连接的触发金属环4，本实施例中上触发支路电容器的输出端与角向传输线3连接，该触发金属环4上分布有多个连接点，分别通过隔离电阻与多个放电支路开关的触发电极一一对应连接。在其它实施例中，多个放电支路开关的触发电极分别通过隔离电感与触发金属环4上的多个连接点一一对应连接。

在本实施例中，触发支路1中的光触发开关经激光脉冲15触发导通后，会使得该触发支路1放电产生电脉冲。该电脉冲依次经过角向传输线3、触发金属环4，实现多个放电支路2的同步触发。如图2所示，本实施例中触发支路1的高压输出端，即上触发支路电容器的输出端连接至角向传输线3内层的起点O处，当触发支路1中光触发开关触发闭合后，触发支路1输出端所输出的电脉冲，从起点O开始分别沿该角向传输线3的角向线OA、OB传输，使得该电脉冲等时间、等阻抗地传输至角向传输线3上的A、B两点；其次，A点处的电脉冲自其位置处分别沿角向线AC、AD，等时间、等阻抗低传输至角向传输线3上的C、D两点，B点处的电脉冲自其位置处分别沿角向线BE、BF，等时间、等阻抗低传输至角向传输线3上的E、F两点；……如此循环往复，即可将触发支路1所输出的电脉冲传输至触发金属环4上的所有连接点处，实现同步触发多个放电支路2。本实施例中多个放电支路2的同步触发，使得多个放电支路2同步放电，并将放电后产生的多路电脉冲加载至同一负载7，以此实现负载7的驱动。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：包括驱动源腔体(9)，所述驱动源腔体(9)外侧设置有一个或多个光纤接头(8)，每个所述光纤接头(8)的输入端均连接有传输光纤，所述传输光纤的输入端用于连接外部激光光源器件；所述驱动源腔体(9)内部周向设置有触发支路(1)与多个放电支路(2)；所述触发支路(1)包括光触发开关，以及与光触发开关串联的上触发支路电容器、下触发支路电容器，光纤接头(8)的输出端通过传输光纤与光触发开关连接，所述光触发开关用于接收传输光纤所传输的激光脉冲；多个所述放电支路(2)均包括放电支路开关，以及分别与放电支路开关串联的上放电支路电容器、下放电支路电容器，多个所述上放电支路电容器的输出端均用于连接负载(7)；

所述上触发支路电容器与下触发支路电容器之间、多个所述上放电支路电容器分别与多个下放电支路电容器之间均设置有环形绝缘子(5)；所述环形绝缘子(5)内部嵌设有角向传输线(3)，以及与角向传输线(3)连接的触发金属环(4)；所述上触发支路电容器的输出端与所述角向传输线(3)连接，所述触发金属环(4)上分布有多个连接点，分别与多个放电支路开关一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：所述光纤接头(8)的数量为两个，每个光纤接头(8)分别连接一路传输光纤；所述光触发开关采用四间隙气体开关，所述四间隙气体开关包括两个光导支路、一个接地电极(13)、两个悬浮电极(12)、两个高压电极(11)及四个均压电阻；所述接地电极(13)的两侧依次对称设置有所述悬浮电极(12)、高压电极(11)；两个光纤接头(8)的输出端分别通过一路传输光纤与两个光导支路连接，所述光导支路用于接收传输光纤传输的激光脉冲；

两个所述光导支路的一端均与所述接地电极(13)连接，另一端分别与两个所述悬浮电极(12)连接；所述接地电极(13)远离所述光导支路的一端与两个悬浮电极(12)之间分别连接有均压电阻(17)，接地电极(13)两侧的悬浮电极(12)与高压电极(11)之间分别连接有均压电阻(17)。

3.根据权利要求2所述的基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：两个所述光导支路均包括串联的光导开关(14)与限流电阻(16)；两个光纤接头(8)的输出端分别通过一路传输光纤连接两个光导开关(14)，光导开关(14)用于接收传输光纤传输的激光脉冲。

4.根据权利要求3所述的基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：所述触发金属环(4)上的多个连接点，分别通过隔离电阻或隔离电感与多个放电支路开关一一对应连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：所述传输光纤外围裹设有绝缘材料。

6.根据权利要求5所述的基于光触发的快直线型变压器驱动源，其特征在于：每个所述光纤接头(8)的输出端均通过一路传输光纤垂直固定在所述光导开关(14)的被辐照表面。

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