一种脉冲功率发生装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及高功率脉冲技术。本发明专利技术公开了一种带有复位电路的脉冲功率发生装置，不仅能够实现多个模块磁芯的复位，还能够回收脉冲过后磁芯中剩余的能量，提高系统的能量利用率。本发明专利技术的脉冲功率发生装置，包括直线型变压器驱动源，所述直线型变压器驱动源包括k个模块，每个模块的初级线圈通过磁芯与次级线圈耦合，所述初级线圈上连接有复位电路，所述复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管，所述复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接，所述复位电容另一端与所述初级线圈热端连接，所述复位开关的另一端接地，所述续流二极管正极接地；k为整数，k＞1。本发明专利技术的复位电路，结构简单，工作可靠，效果明显。

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲功率发生装置
本专利技术涉及高功率脉冲技术，特别涉及脉冲功率发生装置，具体涉及直线型变压器驱动源(英文缩写为：LTD)磁芯复位电路。
技术介绍
随着大功率元器件的发展，近年以来高功率脉冲技术发展非常迅猛，应用领域不断扩大，特别是在激光
、等离子
等的应用取得了长足的发展。脉冲功率技术的本质是能量在时间和空间上的压缩，实现功率的增益，提高能量密度。通过设计、优化电路拓扑结构，产生了多种脉冲发生装置，其中最具有代表性的就是LTD。研究效率更高、系统更紧凑的LTD已经成为脉冲功率技术的一个重要方向。LTD技术是基于感应叠加和感应隔离原理，采用多个模块串联而成，每个模块都有一个储能元件，如电容等，通过开关的闭合在脉冲变压器初级产生一个脉冲电压，通过脉冲变压器磁芯耦合到次级。脉冲变压器次级共用一个线圈，因此次级输出电压等于所有模块输出电压的叠加。通常各个模块都具有相同的结构参数。图1是包含三个模块的LTD原理图。当开关SM1闭合时，电容CS1通过脉冲变压器T1初级线圈放电，电压V1通过脉冲变压器T1耦合到次级线圈。如果三个模块结构参数相同，负载电阻RL两端的电压VL可以表达为：VL＝3nV1，n为脉冲变压器的传输比。图1中，二极管DL为负载整流二极管。在LTD中，磁芯材料价格昂贵，磁芯体积过大不仅成本高，而且会严重影响装置的输出性能，因此，在满足所需磁通密度增量的条件下，希望磁芯的体积尽可能小。提高磁通密度增量的最有效的办法就是复位，即外加磁场使磁芯反向磁化直至反向饱和。LTD传统的复位方式有两种，即直流复位和脉冲复位。直流复位的原理是利用直流源Ure对LTD模块的磁芯进行复位，每个模块的次级都需要增加一个复位绕组Nre，和直流电源Ure，电路原理如图2所示。为了避免主回路的高压脉冲损坏直流电源，需要在直流电源Ure和LTD磁芯之间加入隔离装置，通常采用扼流圈Lch，与此同时必然引入线阻Rch。此外，每个LTD模块的磁芯都需要一路独立的复位电流，因此往往需要直流电源提供Ure数百安培的电流，所以用于LTD磁芯复位的能耗巨大，效率低下。脉冲复位是利用外部电路产生的单向脉冲为脉冲变压器磁芯复位，电路原理如图3所示。复位电容CR通过电源Ure、限流电阻R1充电储能。在脉冲间隔期，闭合开关S，脉冲变压器磁芯通过回路产生的单向脉冲完成复位。为了使回路中产生单向脉冲，需要使脉冲变压器复位线圈电感L1、电阻R以及复位电容CR谐振电路工作在过阻尼状态，因此需要选择一个合适阻值的电阻R。由于复位电流很大，电路损耗非常大，而且这种复位电路需要开关S承受来自主回路放电的高压，对开关器件要求高，结构复杂。上述复位方式都需要额外的电源提供大量的能量，系统的能量利用效率较低；为了降低脉冲过后负载承受的反向电压，通常在电路中加入续流路径(如续流二极管等)将磁芯中剩余的能量释放掉，进一步造成能量的浪费；此外为了防止脉冲期间的高压损坏电源，需要建立高压隔离电路，并选用结构复杂的耐高压开关器件，不利于系统的紧凑化设计。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种带有复位电路的脉冲功率发生装置，不仅能够实现多个模块磁芯的复位，还能够回收脉冲过后磁芯中剩余的能量，提高系统的能量利用率。为了实现上述目的，根据本专利技术具体实施方式的一个方面，提供了一种脉冲功率发生装置，包括直线型变压器驱动源，所述直线型变压器驱动源包括k个模块，每个模块的初级线圈通过磁芯与次级线圈耦合，其特征在于，所述初级线圈上连接有复位电路，所述复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管，所述复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接，所述复位电容另一端与所述初级线圈热端(非接地端)连接，所述复位开关的另一端接地，所述续流二极管正极接地；k为整数，k＞1。进一步的，所述k个模块具有相同结构。具体的，所述复位开关采用IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor绝缘栅双极型晶体管)构成。进一步的，所述复位电容与初级线圈电感谐振于复位开关触发频率。具体的，所述复位电容为极性电容，其负极与初级线圈热端连接。进一步的，所述复位电容由两个以上电容并联构成。进一步的，所述复位开关由两个以上开关并联构成。进一步的，所述续流二极管有k只，每只续流二极管正极分别与对应模块的初级线圈冷端(接地端)连接。进一步的，所述续流二极管并联有电阻。本专利技术的有益效果是，不仅能实现变压器磁芯的复位，还能回收脉冲过后励磁电感中剩余的能量，提高了能量的利用效率。此外，由于复位电路设置在变压器初级端，承受的脉冲电压较低，因此可以采用功率较小的开关，如IGBT等，有利于系统的紧凑化和模块化设计。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是现有技术LTD结构示意图；图2是直流复位电路原理示意图；图3是脉冲复位电路原理示意图；图4是本专利技术实施例1电路结构示意图；图5是不带复位电路时变压器T1初级电流波形；图6是不带复位电路时变压器T2初级电流波形；图7是带复位电路时变压器T1初级电流波形；图8是带复位电路时变压器T2初级电流波形；图9是实施例2电路结构示意图。其中，100为复位电路。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本专利技术。为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术具体实施方式、实施例中的附图，对本专利技术具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术针对直流复位和脉冲复位存在的问题，对LTD的磁芯复位进行了以下几个方面改进：(1)为了避免使用额外的绕组，将复位电路搭建在初级绕组或次级绕组上；(2)为了降低复位电路承受的来自主回路的脉冲高压，将复位电路搭建在匝数较低的绕组上；(3)将主回路脉冲过后磁芯中的能量回收利用，提高了整个系统的能量利用效率。本专利技术的脉冲功率发生装置，包括由k个模块构成的直线型变压器驱动源，每个模块产生的脉冲电流流过脉冲变压器初级线圈，通过磁芯耦合到次级线圈，在次级线圈中形成电压叠加，根据不同的脉冲变压器传输比和模块数量，可以提供极高密度的能量输出。本专利技术的脉冲功率发生装置，初级线圈上连接有复位电路。本专利技术的复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管。复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接。复位电容另一端与每个初级线圈热端连接，复位开关的另一端接地，续流二极管正极接地。其中，k为整数，k＞1。本专利技术的这种复位电路，复位电容、复位开关和续流二极管为各个模块的共用元件，可以为k个模块提供复位电流，使得脉冲功率发生装置电路结构大大简化。实施例1如图4所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲功率发生装置，包括直线型变压器驱动源，所述直线型变压器驱动源包括k个模块，每个模块的初级线圈通过磁芯与次级线圈耦合，其特征在于，所述初级线圈上连接有复位电路，所述复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管，所述复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接，所述复位电容另一端与所述初级线圈热端连接，所述复位开关的另一端接地，所述续流二极管正极接地；k为整数，k＞1。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲功率发生装置，包括直线型变压器驱动源，所述直线型变压器驱动源包括k个模块，每个模块的初级线圈通过磁芯与次级线圈耦合，其特征在于，所述初级线圈上连接有复位电路，所述复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管，所述复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接，所述复位电容另一端与所述初级线圈热端连接，所述复位开关的另一端接地，所述续流二极管正极接地；k为整数，k＞1。2.根据权利要求1所述的一种脉冲功率发生装置，其特征在于，所述k个模块具有相同结构。3.根据权利要求1所述的一种脉冲功率发生装置，其特征在于，所述复位开关采用IGBT构成。4.根据权利要求1所述的一种脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庆峰，陈鑫玉，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51