CN205139191U - 一种全固态纳秒级脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种全固态纳秒级脉冲发生装置，包括直流电源、固态Marx电路、电流传感器、FPGA控制电路和保护控制电路；FPGA控制电路分别电连接至直流电源和固态Marx电路；直流电源电连接至FPGA控制电路和固态Marx电路，为FPGA控制电路和固态Marx电路供电；Marx电路电连接至负载，电流传感器设置在Marx电路和负载之间，且电流传感器通过保护控制电路电连接至FPGA控制电路；其中，所述保护控制电路包括电压比较电路和RS保持电路，电压比较电路与RS保持电路电连接，电流传感器电连接至电压比较电路，RS保持电路电连接至FPGA控制电路。本装置通过电压比较电路判断回路是否发生故障，然后将故障信号通过RS保持电路实现故障信号保持功能，从而提高装置的稳定性。

Description

一种全固态纳秒级脉冲发生装置

技术领域

本实用新型涉及脉冲发生装置技术领域，特别是涉及一种全固态纳秒级脉冲发生装置。

背景技术

随着经济与社会的发展，电力需求也随之增长。电力装置安全稳定运行变得愈发重要，电力一次设备作为电力装置最关键的部分，其安全稳定直接关系到电力装置的安全。电力变压器是最主要的电力一次设备，在短路电流产生的强大动力作用下，变压器绕组可能失去稳定性，导致局部扭曲、鼓包或移位等永久性变形现象，严重时将直接造成突发性损坏事故。试验证明变压器绕组变形具有累积效应，因此及时准确发现变压器绕组障碍，对电力变压器乃至整个电力装置安全运行至关重要。

现有技术中，频率响应法是电力变压器绕组变形检测较常用的方法。变压器绕组在较高频率的电压作用下，每个绕组均可视为一个由线性电阻、电感、电容等分布参数构成的无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数描述，如果绕组发生变形，绕组内部的分布电感、电容等参数必然发生变化，频率响应特性发生改变。频率响应法是通过检测变压器绕组的频率响应特性，并对检测结果进行纵向和横向比较，根据频率响应特性的变化程度，判断变压器可能发生的绕组变形情况。

频率响应法对变压器绕组变形情况进行检测时需要借助脉冲发生装置，但是脉冲发生器故障信号一般为指数衰减波，此信号经过比较器与正常值比较后输出为方波信号，若以此信号作为故障控制信号，则在高电平时装置外部表现为正常状态，低电平时装置外部表现为故障状态，这样大大降低了装置的安全性。

实用新型内容

本实用新型实施例中提供了一种全固态纳秒级脉冲发生装置，以解决现有技术中故障信号时而正常时而故障，降低装置安全性问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例公开了如下技术方案：

本实用新型公开了一种全固态纳秒级脉冲发生装置，包括：直流电源、固态Marx电路、电流传感器、FPGA控制电路和保护控制电路；

所述FPGA控制电路分别电连接至所述直流电源和固态Marx电路；

所述直流电源电连接至所述FPGA控制电路和固态Marx电路，为所述FPGA控制电路和固态Marx电路供电；

所述Marx电路电连接至负载，所述电流传感器设置在所述Marx电路和负载之间，且所述电流传感器通过所述保护控制电路电连接至所述FPGA控制电路；其中，

所述保护控制电路包括电压比较电路和RS保持电路，所述电压比较电路与所述RS保持电路电连接，所述电流传感器电连接至所述电压比较电路，所述RS保持电路电连接至所述FPGA控制电路。

优选的，所述全固态纳秒级脉冲发生装置还包括电压控制电路和同步触发控制电路，所述电压控制电路分别与所述FPGA控制电路和直流电源电连接、且控制所述直流电源的输出电压；

所述同步触发控制电路分别与所述FPGA控制电路和固态Marx电路电连接、且控制固态Marx电路输出脉冲。

优选的，所述电压比较电路包括RC整形电路、跟随电路、阈值电压设定电路和电压比较运算电路，所述RC整形电路、跟随电路和电压比较运算电路依次电连接，所述阈值电压设定电路与所述电压比较运算电路电连接；

所述电压比较运算电路与所述RS保持电路电连接。

优选的，所述电压比较电路还包括高压开关二极管，所述高压开关二极管一端与所述RC整形电路电连接、另一端与所述电流传感器连接。

优选的，所述RS保持电路包括RS触发器和复位电路，所述RS触发器与所述复位电路电连接，所述RS触发器与所述电压比较电路电连接。

优选的，所述RS保持电路还包括故障指示器，所述故障指示器与所述RS触发器电连接。

优选的，所述故障指示器包括发光二极管。

优选的，所述直流电源与固态Marx电路之间电连接有限流保护电阻。

优选的，所述同步触发控制电路包括半导体开关，所述半导体开关控制所述同步触发控制电路与固态Marx电路之间的通断。

本实用新型的有益效果包括：通过设计电压比较电路和RS保持电路实现电压比较，判断回路电压是否超过阈值，如果超过阈值则输出故障信号，故障信号在经过RS保持电路后，实现故障保持功能，直到故障解除，从而避免装置在出现故障时，外部表现为时而正常时而故障切换状态，有效的提高了装置的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种全固态纳秒级脉冲发生装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电压比较电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种RS保持电路结构示意图；

图1-图3中，符号表示：

1-直流电源，2-固态Marx电路，3-电流传感器，4-FPGA控制电路，5-保护控制电路，6-电压比较电路，7-RS保持电路，8-RC整形电路，9-跟随电路，10-阈值电压设定电路，11-电压比较运算电路，12-复位电路，13-电压控制电路，14-同步触发控制电路，15-RS触发器。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种全固态纳秒级脉冲发生装置，为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，并使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型实施例中技术方案作进一步详细的说明。

参见图1，为本实用新型实施例提供的一种全固态纳秒级脉冲发生装置结构示意图。

本实用新型公开的脉冲发生装置包括直流电源1、固态Marx电路2、电流传感器3、FPGA控制电路4和保护控制电路5。

FPGA控制电路4分别电连接至直流电源1和固态Marx电路2，直流电源1电连接至FPGA控制电路4和固态Marx电路2，为FPGA控制电路4和固态Marx电路2供电，FPGA控制电路4控制直流电源1通过保护电阻向固态Marx电路2充电，并且为FPGA控制电路4供电，同时FPGA控制电路4向固态Marx电路2发送脉冲信号控制指令。

Marx电路电连接至负载，电流传感器3设置在Marx电路和负载之间，且电流传感器3通过保护控制电路5电连接至FPGA控制电路4；其中，保护控制电路5包括电压比较电路6和RS保持电路7，电压比较电路6与RS保持电路7电连接，电流传感器3电连接至电压比较电路6，RS保持电路7电连接至FPGA控制电路4。Marx电路可在负载上形成高压纳秒脉冲，电流传感器3将检测到的放电回路中的电流信号传送给电压比较电路6，电压比较电路6判断电压是否超过阈值，如果超过阈值，电压比较电路6将故障信号传送给RS保持电路7，故障信号通过RS保持电路7，RS保持电路7可以再故障信号为低电平时能够持续保持为低电平，直到故障切除。

由图1可知，本实施例提供的固态纳秒级脉冲发生装置还包括电压控制电路13和同步触发电路，电压控制电路13分别与FPGA控制电路4和直流电源1电连接、且控制所述直流电源1的输出电压，同步触发控制电路14分别与FPGA控制电路4和固态Marx电路2电连接、且控制固态Marx电路2输出脉冲。电压控制电路13主要受FPGA控制电路4的控制，从而控制直流电源1的输出电压，同步触发控制电路14也受FPGA控制电路4的控制，从而控制固态Marx电路2输出脉冲的脉冲宽度、重复频率以及个数等。

由上述描述可知，FPGA控制电路4为本实用新型的核心，FPGA控制电路4用来控制脉冲发生装置的整个工作流程。当需要使用脉冲发生装置检测变压器绕组工况时，FPGA控制电路4接收控制指令，并导通电压控制电路13，电压控制电路13控制直流电压的输出电压，在导通电压控制电路13的同时，也导通同步触发控制电路14，同步触发控制电路14触发固态Marx电路2，使固态Marx电路2在负载上形成高压纳秒级脉冲。此时电流传感器3实时监测回路中的电流，电流传感器3将监测到的电流信号传送给电压比较电路6，如图3为本实用新型实施例提供的一种电压比较电路6结构示意图。

由图2可知，电压比较电路6包括RC整形电路8、跟随电路9、阈值电压设定电路10和电压比较运算电路，RC整形电路8、跟随电路9和电压比较运算电路依次电连接，阈值电压设定电路10与电压比较运算电路电连接，电压比较运算电路与RS保持电路7电连接。并且在电流信号进入电压标信号之前需要先经过高压开关二极管V1，高压开关二极管V1的反向击穿电压可达250V，其作用是防止电流回流以及滤除传感器中的可能出现的负半波信号。电流信号在经过高压开关二极管后进入RC整形电路8，进入RC整形电路8的信号也同样由一个高压开关二极管V2进行钳位，高压开关二极管V2的作用是将输入的电流信号钳位于0.3V-407V，这样可以有效的保护运算放大器LMH6658。信号在经过RC整形电路8后，输出的信号为毫秒级信号，大大延缓了信号的上升沿，以便运算放大器有足够的时间进行跟随，其中第一个运算放大器LMH6658主要起跟随作用，及运算放大器输入输出的信号幅值相同，RC整形电路8输出信号经过跟随电路9后由1端输出的信号进入第二个运算放大器LMH6658的反向输入端6，并与连接在正向输入端5的设定阈值进行比较，当测得的电压信号超过设定阈值时，运算比较器LMH6658的7端输出为0，此时脉冲发生器处于故障状态，反之，则7端输出为1，此时脉冲发生器处于正常状态。

经过RC整形电路8后进入运算比较器LMH6658的6端的信号为指数衰减波，则运算比较器LMH6658的输出信号为方波信号，当方波信号处于高电平时，装置外部表现为正常，当方波信号处于高电平时，装置外部表现为故障，若直接将此信号作为故障信号，装置外部表现不稳定，因此设计RS保持电路7，RS保持电路7使得故障信号输出为低电平时能够持续保持，直到故障解除。

参见图3，本实用新型实施例提供的一种RS保持电路结构示意图。由图3可知，故障保持电路采用74F00构成RS触发器15，其内部集成为与非门，当装置出现故障时，电压比较电路6此时会输出方波信号，当信号处于低电平时，RS保持电路7的1引脚为低电平，由于74F00为与非门集成芯片，此时3引脚处于高电平状态，故障信号灯亮，故障信号灯设置为发光二极管。S1为复位电路12中的复位开关，当故障信号未解除时，S1未按下，此时由图可知5号引脚处于高电平状态，4好引脚与3号引脚相连，所以电平状态为高电平，那么4号引脚与5号引脚为高电平，经过与非门后6号引脚输出为低电平，由于4号与5号引脚均为高电平，所以6号引脚可保持为电平不变。6号引脚与2号引脚相连，此时2号引脚也为低电平，此时，即使外部故障信号变为高电平(即1号引脚变为高电平)，由于2号引脚确定为低电平，经过74F00的与非门后仍然为高电平，此时及实现了低电平保持功能。当故障解除时，按下复位电路12中的复位开关S1,5号引脚就变为低电平，那么6号引脚变为高电平，外部回复正常，1号引脚此时输入高电平，那么3号引脚输出为低电平，信号故障灯灭。

由上述描述可知，FPGA控制电路4具有控制电压、控制触发脉冲以及保护电路的功能，控制直流电源1的输出电压通过调压电路实现，控制触发脉冲通过同步触发控制电路14实现，保护电路主要通过电压比较电路6和RS保持电路7实现。在使用过程中，由PC端输入脉冲参数信息，单片机处理后将数据送至FPGA控制电路4，FPGA控制电路4经过运算处理后发出电压控制信号和触发脉冲控制信号。

由上述实施例可见，本实用新型公开的全固态纳秒级脉冲发生装置通过设置电压比较电路6实现与电压阈值的比较，当电压超过阈值则输出故障信号，为防止故障时脉冲发生装置出现时而故障时而正常的切换状态，降低装置的安全性，通过RS保持电路7来实现故障信号的保持功能，从而当故障时，能够一直保持故障状态直到故障解除。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，包括：直流电源(1)、固态Marx电路(2)、电流传感器(3)、FPGA控制电路(4)和保护控制电路(5)；

所述FPGA控制电路(4)分别电连接至所述直流电源(1)和固态Marx电路(2)；

所述直流电源(1)电连接至所述FPGA控制电路(4)和固态Marx电路(2)，为所述FPGA控制电路(4)和固态Marx电路(2)供电；

所述Marx电路电连接至负载，所述电流传感器(3)设置在所述Marx电路和负载之间，且所述电流传感器(3)通过所述保护控制电路(5)电连接至所述FPGA控制电路(4)；其中，

所述保护控制电路(5)包括电压比较电路(6)和RS保持电路(7)，所述电压比较电路(6)与所述RS保持电路(7)电连接，所述电流传感器(3)电连接至所述电压比较电路(6)，所述RS保持电路(7)电连接至所述FPGA控制电路(4)。

2.根据权利要求1所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述全固态纳秒级脉冲发生装置还包括电压控制电路(13)和同步触发控制电路(14)，所述电压控制电路(13)分别与所述FPGA控制电路(4)和直流电源(1)电连接、且控制所述直流电源(1)的输出电压；

所述同步触发控制电路(14)分别与所述FPGA控制电路(4)和固态Marx电路(2)电连接、且控制固态Marx电路(2)输出脉冲。

3.根据权利要求1所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述电压比较电路(6)包括RC整形电路(8)、跟随电路(9)、阈值电压设定电路(10)和电压比较运算电路(11)，所述RC整形电路(8)、跟随电路(9)和电压比较运算电路(11)依次电连接，所述阈值电压设定电路(10)与所述电压比较运算电路(11)电连接；

所述电压比较运算电路(11)与所述RS保持电路(7)电连接。

4.根据权利要求3所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述电压比较电路(6)还包括高压开关二极管，所述高压开关二极管一端与所述RC整形电路(8)电连接、另一端与所述电流传感器(3)连接。

5.根据权利要求1所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述RS保持电路(7)包括RS触发器(15)和复位电路(12)，所述RS触发器(15)与所述复位电路(12)电连接，所述RS触发器(15)与所述电压比较电路(6)电连接。

6.根据权利要求5所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述RS保持电路(7)还包括故障指示器，所述故障指示器与所述RS触发器(15)电连接。

7.根据权利要求6所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述故障指示器包括发光二极管。

8.根据权利要求1所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述直流电源(1)与固态Marx电路(2)之间电连接有限流保护电阻。

9.根据权利要求2所述的全固态纳秒级脉冲发生装置，其特征在于，所述同步触发控制电路(14)包括半导体开关，所述半导体开关控制所述同步触发控制电路(14)与固态Marx电路(2)之间的通断。