CN208424326U - 一种脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脉冲发生器，包括脉冲变压器、储能电容器、可控开关、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一调节电阻以及第二调节电阻；所述脉冲变压器包括原方绕组、副方电压绕组以及副方电流绕组；所述储能电容器、可控开关以及原方绕组依次串联，原方反向二极管与原方绕组反向并联，外部电源的正负极与储能电容器的两端相连；所述副方电压绕组的一端连接第一调节电阻，另一端与副方电流绕组的一端相连，副方电压绕组和副方电流绕组的公共端再串联副方触发续流二极管和第二调节电阻，然后再与第一调节电阻的另一端相连。本实用新型的电路结构简单，能同时输出较高触发电压和较大触发电流。
Description
技术领域
本实用新型属于高电压电工电器技术领域，尤其涉及用于触发火花间隙类闭合开关导通的一种脉冲发生器。
背景技术
火花间隙类闭合开关是强功率脉冲电源中常用的重要元件，常见的火花间隙类开关包括触发真空开关、气体火花间隙开关、引燃管开关等。火花间隙类闭合开关无法自导通，需要由专门的高压脉冲发生器提供外施触发信号，以实现开关本体的可控导通。
脉冲发生器输出的电压或电流的电气特性对火花间隙开关的导通性能有显著的影响。通常脉冲发生器提供的开关触发信号是一个较高的触发电压，使开关的触发间隙击穿导通。对于某些火花开关，既需要较高的触发电压导通触发间隙，也需要较大的触发电流来增大和维持触发间隙内的等离子体浓度，提高开关主间隙导通的概率和效率。例如三电极气体火花开关就属于此类开关，这类火花开关的触发需要外部提供较大的触发电压和较大的触发电流。
常用于产生触发信号的高压脉冲发生器有Marx型、传输线倍压型、脉冲变压器型。脉冲变压器型脉冲发生器由于其体积小、重量轻、可实现重复频率运行的优点，近年来得到了快速发展。脉冲变压器型脉冲发生器中，脉冲变压器虽然工作在暂态过程中，但其基本原理和普通变压器基本相同。如果一个基于脉冲变压器制作而成的脉冲发生器要同时输出较高的触发电压和较大的触发电流，那其功率容量势必要按照触发电压和触发电流的峰值考虑，因此容量要选择得很大。而变压器容量越大，制作起来体积、成本就越高。一些设计者考虑在变压器副方再增加一个储能电容器，通过开关导通后副方储能电容器的放电提供较大触发电流。但此种做法不仅会降低脉冲变压器的输出效率，此外由于副方电容器的储能限制，其所能提供的电流比较有限，因此某些情况下还不得不为这个副方电容器增加额外的充电电路以补充其储能，反而增大了触发器的设计和制作难度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提出一种脉冲发生器，解决现有技术中为产生脉冲导通时所需的较高触发电压和较大触发电流，存在储能有限、结构复杂、制作成本高的技术问题。
为达到上述技术目的，本实用新型的技术方案提供一种脉冲发生器，包括脉冲变压器、储能电容器、可控开关、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一调节电阻以及第二调节电阻；所述脉冲变压器包括原方绕组、副方电压绕组以及副方电流绕组；所述储能电容器、可控开关以及原方绕组依次串联，原方反向二极管与原方绕组反向并联，电源的正负极与储能电容器的两端相连；所述副方电压绕组的一端连接第一调节电阻，另一端与副方电流绕组的一端相连，副方电压绕组和副方电流绕组的公共端再串联副方触发续流二极管和第二调节电阻，然后再与第一调节电阻的另一端相连，第一调节电阻和第二调节电阻的公共端再连接到脉冲发生器的高压触发脉冲输出端，副方电流绕组的另一端连接到脉冲发生器的另一个高压触发脉冲输出端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果包括：
1、由于脉冲发生器的高触发电压和大触发电流分别由两个相对独立的绕组及其独特的副方电路提供，因此脉冲变压器的整体容量不必做的很大，也无须增加额外的副方电容器及其附属器件，从而简化了结构、降低了造价；
2、由于副方电路包含了调节电阻，可进行副方触发电流的调节，因此输出的触发电流适应范围广，可适应各种火花间隙类开关触发电流的需要。
附图说明
图1是本实用新型的等效电路图；
图2是副方电压绕组与副方电流绕组同名端相同时的等效电路图；
图3是副方电压绕组与副方电流绕组同名端相反时的等效电路图。
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。
本实用新型提供了一种脉冲发生器，如图1所示，包括脉冲变压器、储能电容器C、可控开关VT、原方反向二极管D1、副方触发续流二极管D2、第一调节电阻R1以及第二调节电阻R2。所述脉冲变压器包括原方绕组T0、副方电压绕组T1以及副方电流绕组T2。图1中G表示接地点。
所述储能电容器C与串联的可控开关VT和原方绕组T0并联，原方反向二极管D1与脉冲变压器的原方绕组T0反向并联。电源的正负极与储能电容器C的两端相连，可实现对储能电容器C充电时的效率最高、能耗损失最小。
所述副方电压绕组T1的一端连接第一调节电阻R1，另一端与副方电流绕组 T2的一端相连，副方电压绕组T1和副方电流绕组T2的公共端再串联副方触发续流二极管D2和第二调节电阻R2，然后再与第一调节电阻R1的另一端相连，第一调节电阻R1和第二调节电阻R2的公共端再连接到脉冲发生器的高压触发脉冲输出端4，副方电流绕组T2的另一端连接到脉冲发生器的另一个高压触发脉冲输出端4’。高压触发脉冲输出端4和4’分别接于火花间隙类闭合开关5的触发极 5.3和阴极5.2，图1中标号5.1是火花间隙类闭合开关5的阳极。
作为优选的，所述副方电压绕组T1与原方绕组T0之间的变比大于副方电流绕组T2与原方绕组T0之间的变比。根据变压器原理，通过原、副方绕组的电压和变比成正比，电流和变比成反比，故提供触发高压的原、副方绕组变比应比提供大电流输出的原、副方绕组变比大。
作为优选的，所述副方电压绕组T1与原方绕组T0的变比为16:1，副方电流绕组T2与原方绕组T0的变比为2:1。当变比为前述比值时，产生的触发电压值和维持电流值最优。
作为优选的，所述副方电压绕组T1和副方电流绕组T2的同名端相同或相反，如图2和图3所示，图中箭头方向为电流方向。
作为优选的，所述可控开关VT导通后的电流流通方向与储能电容器C的放电电流方向一致。
作为优选的，所述可控开关VT是脉冲晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
作为优选的，所述副方触发续流二极管D2导通后的电流流通方向与副方电流绕组T2的输出电流方向一致。
作为优选的，所述电源与储能电容器C之间设置整流充电单元3，以实现储能电容器C充电前的整流。
作为优选的，从所述脉冲发生器的外部来看，该脉冲发生器具有电源输入端口1-1’，可控开关VT的触发导通信号输入端口2-1’，以及高压触发脉冲输出端口4-4’，电源输入端口1-1’与交流供电电源相连，触发导通信号输入端口的高压端与可控开关VT相连(如脉冲晶闸管的门极)，低压端与电源输入端口的负极共用。
本实用新型提供的一种脉冲发生器，其工作原理如下：
电源输入端口1-1’连接一个整流充电单元3，以得到符合设计要求的直流电压，即电源输入端口不需要连接直流供电单元，只需要连接220V或380V交流市电即可为储能电容器C进行充电。储能电容器C达到一定电压，即储存一定能量和电荷后，触发电信号通过触发信号输入端口2-1’至可控开关VT(如脉冲晶闸管的门极)，使可控开关VT由断开状态转为导通状态，储能电容器C 放电，在脉冲变压器的原方绕组T0中产生放电电流和感应电压，T0和副方绕组 (即副方电压绕组T1、副方电流绕组T2)间形成电磁耦合。原方反向二极管D1与脉冲变压器的原方绕组T0反向并联，使储能电容器C反向放电时，脉冲变压器的原方绕组T0中产生的放电电流和感应电压方向不变。
在具体实现时，进入触发信号输入端口2-1’的触发导通电信号可以通过光电转换器件，由光信号激发相关电子电路转换为电信号产生。
脉冲变压器制作时要实现副方双绕组，可以采用副方绕组增加引出抽头的方法，也可以分别绕两个绕组串联或并联。
脉冲变压器的原方绕组与两个副方绕组的变比是不一样的。由电路理论可知，当原方绕组T0通过放电电流、产生感应电压后，副方电压绕组T1和副方电流绕组T2上会分别感应出一个较高电压和一个较低电压，两个电压分别通过第一调节电阻R1和第二调节电阻R2施加到高压触发脉冲输出端4和4’。使用脉冲发生器时，触发脉冲输出端口4-4’和被火花间隙类闭合开关的触发间隙相连。脉冲发生器的输出电压实为副方电压绕组T1和副方电流绕组T2输出电压的叠加。
火花间隙类闭合开关5的触发极5.3和阴极5.2之间的触发间隙被这个触发高压脉冲击穿导通后，高压触发脉冲输出端4和4’形同短路，副方电压绕组 T1和副方电流绕组T2分别通过第一调节电阻R1和第二调节电阻R2对触发间隙放电。脉冲发生器的输出电流实为副方电压绕组T1和副方电流绕组T2输出电流的叠加。因此副方电流绕组T2虽然耦合电压低，但可以产生比副方电压绕组T1更大的输出电流。
由电压和电流的叠加关系，可以实现触发电压主要由副方电压绕组T1承担，触发电流主要由电流绕组T2承担的功能目的。
通过改变第一调节电阻R1和第二调节电阻R2的大小可以实现调整触发电流大小的目的。
因变压器容量与其对负载提供的电压和电流乘积相关，而变压器制造成本近似与容量成指数上升关系。本实用新型中的高压绕组不必通过大电流，低压绕组不必产生高电压，因此容量都不必做得很大，可以显著降低整台脉冲发生器的成本与工艺复杂度。
若一个脉冲发生器要同时触发导通多个火花间隙类闭合开关，在脉冲变压器的副方还可以并联多个电压绕组和电流绕组，同时提供多个高压和大电流触发脉冲。这可以视作基于本发明思想的合理变形。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种脉冲发生器，其特征在于：包括脉冲变压器、储能电容器、可控开关、原方反向二极管、副方触发续流二极管、第一调节电阻以及第二调节电阻；
所述脉冲变压器包括原方绕组、副方电压绕组以及副方电流绕组；
所述储能电容器与串联的可控开关和原方绕组并联，原方反向二极管与原方绕组反向并联，电源的正负极与储能电容器的两端相连；
所述副方电压绕组的一端连接第一调节电阻，另一端与副方电流绕组的一端相连，副方电压绕组和副方电流绕组的公共端再串联副方触发续流二极管和第二调节电阻，然后再与第一调节电阻的另一端相连，第一调节电阻和第二调节电阻的公共端再连接到脉冲发生器的高压触发脉冲输出端，副方电流绕组的另一端连接到脉冲发生器的另一个高压触发脉冲输出端。
2.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述副方电压绕组与原方绕组之间的变比大于副方电流绕组与原方绕组之间的变比。
3.根据权利要求2所述的脉冲发生器，其特征在于：所述副方电压绕组与原方绕组的变比为16:1，副方电流绕组与原方绕组的变比为2:1。
4.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述副方电压绕组和副方电流绕组的同名端相同或相反。
5.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述可控开关导通后的电流流通方向与储能电容器的放电电流方向一致。
6.根据权利要求1或5所述的脉冲发生器，其特征在于：所述可控开关是脉冲晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
7.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述副方触发续流二极管导通后的电流流通方向与副方电流绕组的输出电流方向一致。
8.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：所述电源与储能电容器之间设置整流充电单元。
9.根据权利要求1所述的脉冲发生器，其特征在于：从所述脉冲发生器的外部来看，该脉冲发生器具有电源输入端口，可控开关的触发导通信号输入端口，以及高压触发脉冲输出端口。
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