CN203340032U - 一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公布了一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，包括正负充电电源、控制系统、触发器、低抖动重频快Marx发生器系统，所述正负充电电源与低抖动重频快Marx发生器系统的输入端连接，所述正负充电电源的正电源和触发器连接，所述控制系统连接在正负充电电源与触发器之间；所述低抖动重频快Marx发生器系统与触发器连接，触发器中的开关为赝火花开关；本实用新型能兼顾输出电压高且连续可调、前沿快、低抖动、重频稳定运行等众多优点；基于该触发源，可开展低抖动、重频开关技术，脉冲同步、叠加、合成技术研究；为脉冲功率源系统向更高功率水平发展奠定一定技术基础。

Description

一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源

技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源技术，该触发源可用于开展低抖动、重频开关技术，脉冲同步、叠加技术研究。

背景技术

近年来，高功率脉冲功率源的发展有两个显著特点：一是由单次向高重复频率方向发展，二是由单台向多台合成方向发展，为科学研究、工业应用提供更高功率脉冲源。要实现多台高功率脉冲源的功率合成，单台高功率脉冲源必须具备低抖动、稳定工作的特点。高功率脉冲功率源的抖动来源主要分为两个部分：一、开关带来的分散性，二、触发源自身的抖动。随着脉冲功率技术的进步，气体火花开关的抖动在某种程度上得到了极大的降低；据报道，100kV、200kV气体火花开关抖动可达1~2ns水平（单次工作）。然而，低抖动、重复工作的触发源技术发展则相对缓慢；调研发现，目前国内研制电压100kV、前沿30~40ns、抖动<10ns、重频工作的触发源还非常困难。因此，寻求一种快前沿、低抖动、重频运行的触发源对高功率脉冲源功率合成技术的发展具有非常重要的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有困难，提供了一种基于赝火花开关触发器的触发源，实现高电压、快前沿、重频、低抖动稳定输出。

本实用新型采用如下技术方案：一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，包括正负充电电源、控制系统、触发器、低抖动重频快Marx发生器系统，所述正负充电电源与低抖动重频快Marx发生器系统的输入端连接，所述正负充电电源的正电源和触发器连接，所述控制系统连接在正负充电电源与触发器之间； 

所述低抖动重频快Marx发生器系统中所有开关为三电极场畸变开关，其中第一个和第二个开关的触发极通过隔离器件和触发器的输出端连接，其余开关的触发极通过隔离器件接地；

所述低抖动重频快Marx发生器系统中从第四个电容到第n-1个电容上设置有对地电容；

所述触发器中的开关为赝火花开关；

其中：n表示低抖动重频快Marx发生器系统中所有电容的个数，且n≥5。

在上述技术方案中，所述隔离器件为电阻或电感。

在上述技术方案中，所述第一个和第二个隔离器件的特性参数与其他隔离器件不同。

在上述技术方案中，所述的对地电容的容值可调。

在上述技术方案中，所述的赝火花开关为辉光放电触发赝火花开关。

在上述的描述中，低抖动重频快Marx发生器系统中从输入端到输出端依次为第一个、第二个、直到最后一个开关，且电容也是从输入端到输出端依次为第一个、第二个、……、第n-1个、第n个（n≥5）。

本实用新型的优点在于：目前，国内研制的触发源系统还不能兼顾输出电压高且连续可调，前沿快，低抖动，重频稳定运行等众多优点；而本实用新型的基于赝火花开关触发器的触发源可同时具备上述所有优点。基于该触发源，可开展低抖动、重频开关技术，脉冲同步、叠加、合成技术研究；为脉冲功率源系统向更高功率水平发展奠定一定技术基础。

附图说明

本实用新型将通过实施例并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的模拟结果图；

其中：1是正负充电电源，2是控制系统，3是触发器，31是赝火花开关触发控制单元，32是赝火花开关，4是低抖动重频快Marx发生器系统，41是隔离器件，42是对地电容。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源包括正负充电电源1、控制系统2、触发器3、低抖动重频快Marx发生器系统4，所述正负充电电源1与低抖动重频快Marx发生器系统4的输入端连接，所述正负充电电源1的正电源和触发器3连接，所述控制系统2连接在正负充电电源1与触发器3之间，触发器3的输出端与低抖动重频快Marx发生器系统4连接。

如图1中所示，在触发器中，包括储能电容C、赝火花开关触发控制单元31、赝火花开关32以及负载，储能电容C连接在赝火花开关32的阳极与负载间，同时赝火花开关32的阳极与正负充电电源1的正电源连接，负载的另一端与赝火花开关32的阴极相连并接地；触发器输出的触发脉冲从电阻负载上获得。赝火花开关触发控制单元31由储氢加热，辉光预放电产生，主、辅助触发脉冲产生系统组成，可实现开关工作状态的调节，包括：工作气压、触发延时、开关抖动、重复频率等。辉光预放电产生的初始电子，在主、辅助触发脉冲作用下进入赝火花开关主间隙，使其发展导通；其具有工作电压高、抖动低、重频稳定工作的特点。基于赝火花开关的触发器可实现抖动1ns、重频kHz、电压1～40kV可调输出。

新型拓扑结构的低抖动重频快Marx发生器系统4（假设系统有n个储能电容）采用电感隔离正负充电，开关全为优化设计的三电极场畸变开关，每个开关的抖动约为1～2ns。系统中，所有三电极场畸变开关依次叠放在一起，前级开关击穿产生的紫外线可以使后级开关间隙气体工作介质部分电离，加速开关间隙击穿。开关与电容间电极连接采用基于传输线的布线方式，该方式极大降低了电极连接电感；相邻电极连接片间距离约1mm，之间采用高分子聚酰亚胺薄膜绝缘。快Marx系统的第一个电容C1的一端接地，最后一个电容的相对端连接负载后接地；第一个三电极场畸变开关S1和第二个三电极场畸变开关S2的触发极通过隔离器件41与触发器3的输出端相连，其余的三电极场畸变开关的触发极通过隔离器件41接地；此外，在低抖动重频快Marx发生器系统4中的第四个电容至n-1（n≥5）个电容上构造对地电容42。该低抖动重频快Marx发生器系统4具有建立速度快，输出波形前沿快、抖动低、可重频稳定运行的优点。

正负充电电源1，利用其给低抖动重频快Marx发生器系统4充电；同时，正电源还通过隔离电阻或电感给触发器3充电。当充电至设定电压V0，控制系统给出信号启动赝火花开关触发控制单元41，赝火花开关42导通；在触发器高阻负载上产生峰值约为-V0的准方波高压脉冲，用于触发低抖动重频快Marx发生器系统4。在准方波高压触发脉冲的作用下，低抖动重频快Marx发生器系统4中的第一个和第二个三电极场畸变开关迅速导通；由于接地电阻与对地电容的钳制电位作用，在第三个三电极场畸变开关上可以获得>3的过压系数。从而，快Marx发生器系统迅速建立，在负载上获得了前沿快、抖动低、稳定的高压脉冲。

制作一个输出电压为120kV、前沿30ns、抖动5ns、重频30Hz的基于赝火花开关的快前沿、低抖动、重频触发源。基于赝火花开关的触发器储能电容值为12.5nF，辉光放电触发赝火花开关最高耐压40kV、抖动1ns，负载电阻20kΩ。低抖动重频快Marx系统电容容值为12.5nF、电容个数为5，三电极场畸变开关高度40mm、外径150mm，隔离电感为100uH，触发隔离器件的阻值分别为300Ω、20kΩ，对地电容设计为平板型结构、容值30pF，回路电感为386nH，输出负载100Ω。如图2所示，对上述制作的触发源进行模拟分析，在充电±16kV条件下，实现了电压>120kV、前沿<30ns的输出。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (4)

1.一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，包括正负充电电源、控制系统、触发器、低抖动重频快Marx发生器系统，其特征为：

所述正负充电电源与低抖动重频快Marx发生器系统的输入端连接，所述正负充电电源的正电源和触发器连接，所述控制系统连接在正负充电电源与触发器之间； 

所述低抖动重频快Marx发生器系统中所有开关为三电极场畸变开关，其中第一个和第二个开关的触发极通过隔离器件和触发器的输出端连接，其余开关的触发极通过隔离器件接地，所述第一个和第二个隔离器件的特性参数与其他隔离器件不同；

所述低抖动重频快Marx发生器系统中从第四个电容到第n-1个电容上设置有对地电容；

所述触发器中的开关为赝火花开关；

其中：n表示低抖动重频快Marx发生器系统中所有电容的个数，且n≥5。

2.根据权利要求1所述的一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，其特征为所述隔离器件为电阻或电感。

3.根据权利要求1所述的一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，其特征为所述的对地电容的容值可调。

4.根据权利要求1所述的一种基于赝火花开关触发器的快前沿、低抖动、重频触发源，其特征为所述的赝火花开关为辉光放电触发赝火花开关。

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