一种脉冲形成电路及LTD模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种脉冲形成电路及LTD模块，所述电路包括：两个基波电容、两个谐波电容、一个开关，其中，每个基波电容和对应的一个谐波电容并联构成一组电容器，第一组电容器一端接地，第一组电容器另一端与开关的一端连接，开关的另一端与第二组电容器一端连接，第二组电容器另一端接地，解决了现有的方波LTD空间设计不合理，开关数量较多，规模大成本高的技术问题，实现了简化了脉冲形成电路及LTD模块，使得LTD模块结构简单紧凑，开关数量较少，成本较低，保障运行可靠性的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲形成电路及LTD模块
本技术涉及脉冲功率技术研究领域，具体地，涉及一种脉冲形成电路及LTD模块。
技术介绍
脉冲功率技术是通过将能量在时间和空间上的压缩，产生极高功率电脉冲的技术。直线变压驱动源(LinearTransformerDriver,LTD)是俄罗斯强流电子学研究所(HighCurrentElectronicsInstitute，HCEI)技术的一种新型脉冲功率技术，其技术的核心是：通过将容量较大的储能电容“化整为零”，分为很多容量较小的电容器并联，每个电容器配置独立的开关，构成很多并联的基本放电单元，每个基本放电单元的放电周期很短，可以直接产生快前沿的脉冲，不需要传统脉冲功率技术庞大复杂的脉冲压缩网络。通过多个基本放电单元的并联组成一个模块输出大电流，再通过多个模块的串联输出高电压。LTD的电路本质上是一RLC振荡电路，电流上升时间τ～(LC)1/2。要缩短电流上升时间，必须减小LC之积。通过优化开关、电容器及回路设计来减小电感已近极限且潜力甚小；而要保证一定的储能，在不提高充电电压的前提下，电容C不能太小。为解决这个问题做如下考虑：电容器C在充电电压为U时，储能为：电容器通过开关放电，设电容器的内电感为Lc，开关电感为Ls，则电流上升时间为：将C均分为n等份，每个小电容器电容量为C/n，每个小电容器通过独立的开关放电。由于电容器内部采用无感绕法，其内电感主要取决于引出电极的结构，不会因电容量减小而增大，姑且设其仍为Lc；忽略开关火花通道电感随电流大小的变化，设其仍为Ls，则电流上升时间为：此时总的储能为可见，总储能未变，而电流上升时间减小为原来的n-1/2。将电容“化整为零”，电流通过多个开关多路并联汇流，本质上减小了单位电容量对应的电感，这就是LTD的快脉冲输出原理。在脉冲功率技术的很多重要应用领域，需要方波脉冲。LTD技术虽然能够直接产生快前沿脉冲，且装置体积较小，但其基于电容器放电的技术只能产生类似正弦的波形(图2)，无法产生近似方波脉冲。近年来，俄罗斯HCEI的Kim提出一种能够产生近似方波的LTD技术，其原理是将LTD模块中的多个基本放电单元分成两类，一类为基波单元，提供输出脉冲的主要能量，一类为谐波支路，能够产生更快振荡周期的脉冲，通过合理设计两类基本放电单元的电参数，并合理配置两类基本放电单元的个数，按照傅里叶理论，两类基本放电单元输出的脉冲可以叠加为近似的方波脉冲。现有的方波LTD技术需要独立的谐波单元，该放电单元电容器很小，对输出脉冲贡献的能量很小，却占据同样的空间，且需要独立的开关。这样的配置不利于空间的利用，且很大程度是增加了开关的数量。开关数量的增加使装置规模和造价增加，同时，使得系统复杂程度增加，运行可靠性下降。由于LTD中所有开关均需要外触发，开关数量的增加直接导致对触发系统技术要求的提高，增加了触发系统的技术难度和复杂程度。
技术实现思路
本技术提供了一种脉冲形成电路及LTD模块，解决了现有的方波LTD空间设计不合理，开关数量较多，规模大成本高的技术问题，实现了简化了脉冲形成电路及LTD模块，使得LTD模块结构简单紧凑，开关数量较少，成本较低，保障运行可靠性的技术效果。为解决上述技术问题，本申请提供了一种简化脉冲形成电路，所述电路包括：两个基波电容、两个谐波电容、一个开关，其中，每个基波电容和对应的一个谐波电容并联构成一组电容器，第一组电容器一端接地，第一组电容器另一端与开关的一端连接，开关的另一端与第二组电容器一端连接，第二组电容器另一端接地。简化的脉冲形成电路，其基本原理基于傅里叶谐波叠加，该脉冲形成电路仅包含基波支路和一次谐波支路，省略了所有高次谐波支路，在基于基波和一次谐波叠加的框架下，通过调整基波和一次谐波的细微参数，实现在一定负载条件下输出近似方波的目的。本申请中的技术方案以简化的脉冲形成电路为基本单元，产生初级方波脉冲，采用传统直线变压驱动源的电路框架进行功率叠加，产生近似方波的高功率电脉冲；优势是电路简单，所需开关个数少，能够提高运行可靠性。进一步的，基波电容和对应的谐波电容并联与负载连接后接地。进一步的，本申请还提供了一种LTD模块，所述LTD模块由多个权利要求1所述的脉冲形成电路并联组成，所有脉冲形成电路的输出端正极连接LTD模块的输出端正极，所有脉冲形成电路的输出端负极连接LTD模块的输出端负极。进一步的，多个脉冲形成电路的排列呈轮辐状，且按照圆周均匀排列。主要是由于次级需采用同轴结构的传输线，初级只有如此排列才能使各个支路的结构参数相同，同时使结构电感最小。本申请提供了基于简化脉冲形成电路的方波LTD，利用一种新型的简化的脉冲形成电路取代前述传统LTD中的基本放电单元，这种新型的简化的脉冲形成电路基波电容和谐波电容直接并联，且共用同一个开关放电，能够直接输出近似方波脉冲。每个基本放电单元仅包含一个开关，不增加开关个数和系统复杂程度。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：解决了现有的方波LTD空间设计不合理，开关数量较多，规模大成本高的技术问题，实现了简化了脉冲形成电路及LTD模块，使得LTD模块结构简单紧凑，开关数量较少，成本较低，保障运行可靠性的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定；图1a-b是本申请中LTD电路原理示意图；图2是传统LTD输出的类正弦波形示意图；图3是本申请中基于简化的脉冲形成电路的基本放电单元电路图；图4a-b是本申请中LTD模块构成示意图；图5是本申请中LTD模块模拟输出波形示意图。具体实施方式本技术提供了一种脉冲形成电路及LTD模块，解决了现有的方波LTD空间设计不合理，开关数量较多，规模大成本高的技术问题，实现了简化了脉冲形成电路及LTD模块，使得LTD模块结构简单紧凑，开关数量较少，成本较低，保障运行可靠性的技术效果。为了能够更清楚地理解本技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。请参考图1a-b，本技术的核心是利用一种新型的简化的脉冲形成电路取代前述传统LTD中的基本放电单元，这种新型的简化的脉冲形成电路包含两个基波电容和两个谐波电容，其中每个基波电容和谐波电容并联构成一组，两组电容器与一个开关串联构成放电回路，能够直接输出近似方波脉冲。通过多个基本放电单元并联构建LTD模块，由于每个基本放电单元仅包含一个开关，这种LTD模块能够输出方波却不增加开关个数和系统复杂程度。基于简化的脉冲形成电路的基本放电单元电路图如图3所示，图中C、Rc和Lc依次串联表示基波电容，其中C为基波电容的电容量，Rc为基波电容的内阻，Lc为基波电容的内部寄生电感；C1、Rc1和Lc1依次串联表示谐波电容，其中C1为谐波电容的电容量，Rc1为谐波电容的内阻，Lc1为谐波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲形成电路，其特征在于，所述电路包括：两个基波电容、两个谐波电容、一个开关，其中，每个基波电容和对应的一个谐波电容并联构成一组电容器，第一组电容器一端连接电路正输出端，第一组电容器另一端与开关的一端连接，开关的另一端与第二组电容器一端连接，第二组电容器另一端连接电路负输出端。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲形成电路，其特征在于，所述电路包括：两个基波电容、两个谐波电容、一个开关，其中，每个基波电容和对应的一个谐波电容并联构成一组电容器，第一组电容器一端连接电路正输出端，第一组电容器另一端与开关的一端连接，开关的另一端与第二组电容器一端连接，第二组电容器另一端连接电路负输出端。2.根据权利要求1所述的脉冲形成电路，其特征在于，基波电容和对应的谐波电容并联与负载连接后接地。3.根据权利要求1所述的脉冲形成电路，其特征在于，C、Rc和Lc依次串联组成基波电容，其中，C为基波电容的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周良骥，王勐，刘宏伟，陈林，邹文康，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51