CN207765337U - 一种单侧引出一体封装双电容pfn模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，解决了现有PFN模块采用两侧引出结构，过度狭长型的形状和布局给充气的压力容器外壳带来制造工艺复杂，以及空间利用不合理的问题，包括一个内部充有绝缘介质的密封腔、在密封腔外的同一侧设置有两个接线端子和一个绝缘端子，所述绝缘端子用于隔离两个接线端子，所述密封腔内封装有两个并联的电容器，所述每个电容器的两个电极各自连接到接线端子。本实用新型采用上述结构，将储能器件和脉冲形成功能进行了集成，外部电连接点仅为2个，可直接输出百纳秒级准方波脉冲波形，储能密度高，结构简单紧凑，能使脉冲功率在横向上的尺寸减少20%，利于实现脉冲功率装置小型化。

Description

一种单侧引出一体封装双电容PFN模块

技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，尤其是涉及一种特殊的储能原件，具体是一种单侧引出一体封装双电容PFN模块。

背景技术

脉冲功率装置，是一种将电能在短时间内向负载快速释放的装置，向负载输出的脉冲宽度通常约几十至数百纳秒，输出功率通常在数吉瓦（10⁹瓦）以上。它可应用于材料，环保，高电压，高功率微波等领域。

采用Marx发生器技术路线研制脉冲功率装置时，可以实现直接驱动负载，无需经过脉冲形成线作为脉冲形成部件，关键在于作为基础的储能元件。它的基本要求是，能够对阻抗匹配的负载释放出具备一定脉冲宽度，一定平顶的波形。传统的薄膜电容器具有储能密度高，工作可靠等优点，用它作为基础，我们研制成功有了发明《一种基于双电容结构的脉冲形成网络》201310153296.6，以及实用新型《一种两侧四端头式低电感脉冲储能与形成模块》201621420566.0。前述发明及实用新型均使用了两侧引出的设计，如图1所示的现有两侧四端头引出的PFN模块结构示意图，具有两个引出端头，即模块的两侧设置有接线端子，模块其中的一侧的接线端子为两个相互独立输出端子，另一侧的接线端子为两个相互独立输入端子。在研制脉冲功率装置时，一侧的引出用于充电，另一侧的引出用于放电，即一侧为充电端，另一端侧为放电端，在结构设计上比较便利。

然而，这种形态的PFN模块因为采用了两侧引出的结构，外观呈狭长型，在布局时，两侧的之外又分别排列充电、放电部件，造成横向尺寸过长。当研制气体绝缘的马克斯发生器装置时，过度狭长的形状和布局会给充气的压力容器外壳的制造带来不便，且不利于空间的合理利用。

实用新型内容

本实用新型公开了一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，解决了现有PFN模块采用两侧引出结构，过度狭长型的形状和布局给充气的压力容器外壳带来制造工艺复杂，以及空间利用不合理的问题，该模块将储能器件和脉冲形成功能进行了集成设计，外部电连接点仅为2个，可被高压电源充电，并且能够直接对匹配负载输出幅值约几十kV、脉冲宽度约100ns的脉冲方波，其结构简单紧凑，利于实现脉冲功率装置小型化。

本实用新型为实现上述目的，本实用新型主要通过以下技术方案实现：一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，包括一个内部充有绝缘介质的密封腔、在密封腔外的同一侧设置有接线端子和绝缘端子，所述绝缘端子用于隔离两个接线端子，所述密封腔内封装有两个并联的电容器，所述每个电容器的两个电极各自连接到接线端子。

进一步地，所述密封腔内包括两块平行的铜片，所述电容器设置在铜片之间且电容器两极各自与铜片连接，所述两块铜片各自连接到接线端子。

进一步地，所述两块铜片分别穿出密封腔的一端与其对应的接线端子连接。

进一步地，所述两个电容器在密封腔内沿密封腔的轴线方向并列放置。

进一步地，所述绝缘端子内部为充有绝缘介质的中空结构，所述绝缘端子内部与密封腔连通。

进一步地，所述绝缘端子为工字形绝缘端子。

进一步地，所述两个接线端子在绝缘端子上下两侧对称设置。

进一步地，所述两个接线端子均为表面光滑且两端切削成半球结构的长方体，

进一步地，所述长方体由不锈钢材料制备而成。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

与现有的双侧引出PFN模块相比，本实用新型中的单侧引出一体封装双电容PFN模块中的低感储能与成形模块将电容、电感等元件进行了集成，模块整体设计为矩形平板状，外观看上去是一个薄膜电容器，实际上内部封装有两个电容器，构成一个二级PFN，总电容量约为12nF，除了具有储能密度高、可匹配负载输出类方波、成本低、工作可靠的优点外，其削减了一个引出端头，进而影响了整体布局，使得脉冲功率装置在横向上的尺寸能够比同规格的双端头PFN模块减少20%以上，尤其适用于在狭小空间内研制脉冲功率装置，利于实现脉冲功率装置小型化。并且利用本实用新型中的单侧引出一体封装双电容PFN模块成功研制出的一台小型化轻量脉冲功率装置，该装置的横向尺寸为600mm，与采用双侧引出的PFN模块研制的尺寸达到720mm以上脉冲功率装置比较，沿PFN模块长度方向的尺寸减少了120mm。

附图说明

图1是现有两侧四端头引出的PFN模块结构示意图。

图2是本实用新型单侧引出一体封装双电容PFN模块整体结构示意图。

图3是本实用新型单侧引出一体封装双电容PFN模块局部剖视结构示意图。

图4是本实用新型单侧引出一体封装双电容PFN模块平面设计图。

图5是本实用新型单侧引出一体封装双电容PFN模块原理电路图。

其中：1、接线端子，2、密封腔，3、铜片，4、绝缘端子，5、电容器，6、矩形壳体。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图2和图3所示，一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，包括一个矩形壳体、两个接线端子、一个绝缘端子和两个电容器。矩形壳体的内部包括一个密封腔，接线端子、绝缘端子在密封腔外的同一侧设置，绝缘端子用于隔离两个接线端子，并且两个接线端子在绝缘端子的上下两侧对称设置。单侧引出的情况下，接线端子既作为输出端子又作为输入端子，即一个接线端子可以作为输出端子与模块外部的放电回路连接，也能够作为输入端子与模块外部的充电回路连接。密封腔内封装有两个并联的电容器，每个电容器的两个电极各自连接到接线端子。电容器包括低感脉冲电容器C₁和低感脉冲电容器C₂，且两个低感脉冲电容器在密封腔内沿密封腔的轴线方向并列放置。

密封腔内还包括两块平行的铜片，两个电容器在两块铜片之间设置，并且电容器的两极各自与铜片连接，两块铜片分别穿出密封腔的一端与其对应的接线端子连接，铜片包括上铜片和下铜片，即其中一个接线端子与上铜片连接，另一个接线端子与下铜片连接，每个低感脉冲电容器的一个电极与上连接铜片连接，每个低感脉冲电容器的另一个电极与下连接铜片进行连接。

如图4所示的单侧引出一体封装双电容PFN模块平面设计图，左幅小图对应同一侧的接线端子和绝缘端子的侧视图。绝缘端子在壳体外设置，在绝缘端子的上下两侧对称设置有接线端子，接线端子的数量为两个，即为单侧双端头模块。模块的设计目标为低成本、小体积、高耐压。壳体和绝缘端子的材质均采用普通工程塑料，具有加工难度小，成本低廉的优点。由于普通工程塑料的耐高压性能较差，因此将绝缘端子设计为中空结构，并且与密封腔连通，内部充满绝缘介质以提高模块的绝缘性，绝缘介质可用气体绝缘，以提高其击穿场强，同时与采用变压器油的绝缘介质相比，大大降低了模块的重量。接线端子采用表面不光滑的长方体，长方体由不锈钢材料制备而成，长方体的两端切削成半球结构，并且半球结构上的所有棱均为圆弧状，以避免尖端放电。

为了在有限的空间内提高模块的耐压强度，绝缘端子的内部设置为中空结构，因此绝缘端子采用工字形绝缘端子，该工字型绝缘端子将接线端子三面环绕，并且绝缘端子的表面有周期性凸起结构，能有效增加沿面距离。绝缘端子内部充满绝缘气体，可在约150×80×60（mm）的尺寸内将两个接线端子之间的耐压强度最高提升至120kV，这种设计既能实现可靠绝缘，又不增加接线难度，利于安装维护。单侧引出一体封装双电容PFN模块的总电容量约12nF，阻抗约3欧姆，脉宽约100ns。如果采用双侧引出的PFN模块制出的脉冲功率装置，该装置的横向尺寸将达到720mm以上，整个模块的典型尺寸为720×155×62（mm），而利用本单侧引出一体封装双电容PFN模块研制出一台小型化轻量化脉冲功率装置，该装置的横向尺寸为600mm，整个模块的典型尺寸为600×155×62（mm），最高耐压强度可达120kV，装置更加紧凑，能够以任意姿势放置和固定，不论安装还是维护都非常方便。

单侧引出一体封装双电容PFN模块的原理电路图如图5所示，图中的C₁ 和C₂对应附图3中的低感脉冲电容器C₁ 和低感脉冲电容器C₂ ，其中L_C1 、L_C2 分别为低感脉冲电容器C₁ 和低感脉冲电容器C₂ 的自感，L₁ 为上铜片与上接线端子之间的铜片的自感，L₃为上铜片与两个低感脉冲电容器之间连接形成接触点之间的铜片的自感，L₂为下铜片下接线端子之间的铜片的自感，L₄为下铜片与两个低感脉冲电容器之间连接形成接触点之间的铜片的自感，由于铜片本身的厚度、长度不同，电感存在差异，并且铜片的长度越长电感越大，铜片的横截面积越大电感越小，因此各个电感值均可以通过每段铜片的长度实现精确调节，比如改变两个低感电容器与连接铜片的接触位置，或位于两个低感电容器接触点之间的连接铜片的截面积、距离等方式。

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 (9)

1.一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于包括一个内部充有绝缘介质的密封腔、在密封腔外的同一侧设置有两个接线端子和一个绝缘端子，所述绝缘端子用于隔离两个接线端子，所述密封腔内封装有两个并联的电容器，所述每个电容器的两个电极各自连接到接线端子。

2.根据权利要求1所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述密封腔内包括两块平行的铜片，所述电容器设置在铜片之间且电容器两极各自与铜片连接，所述两块铜片各自连接到接线端子。

3.根据权利要求2所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述两块铜片分别穿出密封腔的一端与其对应的接线端子连接。

4.根据权利要求1所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述两个电容器在密封腔内沿密封腔的轴线方向并列放置。

5.根据权利要求1所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述绝缘端子内部为充有绝缘介质的中空结构，所述绝缘端子内部与密封腔连通。

6.根据权利要求5所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述绝缘端子为工字形绝缘端子。

7.根据权利要求1所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述两个接线端子在绝缘端子上下两侧对称设置。

8.根据权利要求7所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在于所述两个接线端子均为表面光滑且两端切削成半球结构的长方体。

9.根据权利要求1所述的一种单侧引出一体封装双电容PFN模块，其特征在所述连接端子由不锈钢材料制备而成。