单级电容网络、高压脉冲源装置及脉冲功率源主体结构制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单级电容网络、高压脉冲源装置及脉冲功率源主体结构。单级电容网络包括两只或三只电容，以及两个分叉数量不少于电容数量的分叉型金属片；各只所述电容的两引线端分别连接到两个所述分叉型金属片的对应末端，所述分叉型金属片的中心作为与外部连接的端口。单列式高压脉冲源装置将若干级网络通过气体火花开关依次串联，并在各气体火花开关两端分别设置极性相反的充电电感。将高压脉冲源装置通过支撑紧固结构安装到外部壳体得到脉冲功率源主体结构。本发明专利技术电容无需进行额外定制，成本低，工作可靠；各只电容器独立，波形便于调节；整体结构简明、紧凑；前沿相对较快，平顶表现好。可高效地应用于高功率微波技术研究。

Single-stage capacitor network, high voltage pulse source device and main structure of pulse power source

【技术实现步骤摘要】
单级电容网络、高压脉冲源装置及脉冲功率源主体结构
本专利技术涉及高功率微波
，尤其是一种创新型单级脉冲波形形成单元结构，以及基于该波形形成单元的单列式高压脉冲源装置和脉冲功率源主体结构。
技术介绍
脉冲功率技术，是一种将电能缓慢存储，在极短时间内向负载快速释放的高压脉冲产生技术。向负载输出的脉冲电压，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。可应用于材料研究，环境保护，高电压实验，以及高功率微波技术等领域。而小型化、长寿命是脉冲功率装置重要的发展方向。传统的脉冲功率装置依靠Marx发生器或者变压器升压，依靠同轴型脉冲形成线形成方波，体积庞大。如果波形的形成依赖于同轴型脉冲形成线，则使用该技术路线无法实现小型化，或者小型化的程度有限。典型装置参见《40GW重复频率脉冲驱动源研制进展·彭建昌·2010》、《基于螺旋线的紧凑型高压纳秒脉冲发生器·潘亚峰·2017》。用人工线网络充当Marx发生器的初级部件，直接用Marx发生器输出脉冲电压，能够实现小型化。普遍认为，人工线网络应采用足够多的电容器，至少是5只，才能保证波形质量。因此，当前的主流是采用陶瓷电容器制作人工线，为了拟合阻抗，往往采用多级人工线并联，这样一来，每级人工线使用的电容数量成倍增长。这种人工线网络的缺点在于，大量陶瓷电容器高压重频工作下，出现一只电容器损坏而导致整条人工线报废的概率大大增加，从而制约了使用寿命。典型装置参见《脉冲形成网络的设计与实验研究·王庆峰·2009》，《基于Blumlein脉冲形成网络的直线变压器驱动源设计·李名加·2011》，《光导开关级联Blumlein型脉冲网络设计·马勋·2013》，《固态化脉冲形成网络Marx脉冲发生器·李志强·2014》。CN201310153296.6公开了一种基于双电容结构的脉冲形成网络。其使用两只封装在一起的电容器，研制脉冲功率源。虽然其可以实现装置的小型化，但是，其所采用的电容器需要特别定制，兼容性不强，制造成本高。且其将双电容进行了一体封装，不便于对波形的调节。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种利用波形优化调节方便、脉宽适应广、制造成本低的单级电容网络结构，以及基于该单级电容网络结构设计的高压脉冲源装置和脉冲功率源主体结构。以解决现有脉冲形成网络调节波形困难、制造成本高、兼容性差的问题。本专利技术采用的技术方案如下：一种应用于脉冲功率源的单级电容网络结构，其包括两只或三只电容，以及两个分叉数量不少于电容数量的分叉型金属片；各只所述电容的两引线端分别连接到两个所述分叉型金属片的对应分叉的末端，所述分叉型金属片的中心作为与外部连接的端口。需要说明的是，此处的“中心”，并非指金属片的正中心，而是各分叉交点的中心。上述单级电容网络，通过一分叉型金属片分别连接到各只电容的一端，通过另一分叉型金属片分别连接到各只电容的另一端，两个分叉型金属片将各只电容并联，分叉型金属片的中心是与外界连接的位置，即可能是连接开关的位置，也可能是接地或输出脉冲波的位置。金属片中心到各分叉的末端充当电感，与对应的电容形成LC串联支路，最终实现两或三条LC串联支路的并联。这样，各只电容可以单独进行灵活的调节和替换，以灵活调节脉冲波形。此外，本专利技术对所选用的电容无定制要求，选用标准产品，无需额外的特殊加工，具有较高的兼容性，同时也减小了制造成本。进一步的，上述电容两两相邻设置在同一平面内。将各只电容两两相邻设计，进行紧凑排版，同时，将各只电容设计在同一平面上，便于在堆叠时，在同等数量上，所占用的空间最小。进一步的，上述电容的引线端均排列在与其它电容的非相邻侧。将电容引线端均设计在外围，一方面，便于与金属片连接的操作，另一方面，也便于设计金属片的形状。金属片从外围固定电容，可以提高网络的稳固性。进一步的，至少一个上述电容为脉冲薄膜电容。脉冲薄膜电容具有长寿命的特点。传统网络中至少5级的电容网络，其选用的电容为陶瓷电容，易受到高温和高频充放电应力的影响，长时间连续运行时，寿命较短。本专利技术提供了一种高压脉冲源装置，其包括若干充电电感、若干上述的单级电容网络，以及数量较所述单级电容数量少一个的气体火花开关；所述单级电容网络和所述气体火花开关交替设置，每一个气体火花开关的两端分别与紧邻的分叉型金属片的中心连接，每一个气体火花开关的两端分别连接有充电电感，最下级单级电容网络未连接气体火花开关的分叉型铜片的中心接地，最上级单级电容网络未连接气体火花开关的分叉型铜片的中心作为高压脉冲输出端。本设计的高压脉冲源装置根据实际应用的要求，可灵活配置网络的级数。并且，装置具有小型化的特点，尤其适用于高功率微波
进一步的，非端部的各级所述单级电容网络两端利用充电电感的正负极极性进行充电，或一端通过充电电感进行单极性充电，另一端接地。进一步的，上述充电电感为绕线电感。本专利技术提供了一种脉冲功率源主体结构，其包括上述的高压脉冲源装置，以及外部壳体，高压脉冲源装置通过支撑紧固结构设置于外部壳体内。进一步的，上述支撑紧固结构由绝缘材料制成。进一步的，上述脉冲功率源主体的工作绝缘介质为气体绝缘介质或液体绝缘介质。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的单级电容网络的电容无需进行额外定制，制造成本低。其结构紧凑、排列合理，具有小型化的特点。各只电容独立工作，可进行灵活调节和替换，进而实现对输出脉冲波形的灵活调整。2、本专利技术的多级网络结构的高压脉冲源装置具有小型化的特点，结构简单、配置灵活。3、本专利技术的脉冲功率源主体输出脉冲前沿相对较快，平顶表现好，可高效利用于高功率微波
4、本专利技术的产品具备长使用寿命的特点。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是由3只电容构成的单级电容网络的排列结构图。图2是单级电容网络的结构图。图3是气体火花开关与相邻单级电容网络的构造关系图。图4是两级单级电容网络的构造关系图。图5是高压脉冲源装置靠最上级单级电容网络部分的结构图。图6是15级单级电容网络所构成的高压脉冲源装置的结构图。图7是脉冲功率源主体结构图。图8是由图7的脉冲功率源主体所构成的脉冲功率装置所输出的脉冲波形图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。实施例一本实施例公开了一种脉冲功率源主体结构，其包括高压脉冲形成装置40，以及外部壳体60，高压脉冲形成装置40安装于所述外部壳体60内。高压脉冲形成装置40采用Marx发生器原理，其包括若干级电容网络、充电电感50和气体火花开关30，每一级电容网络作为单级储能部件。单级电容网络包括3只电容10和2个三分叉型金属片(本专利技术以铜片为例，其余金属在不脱离本专利技术主体思想的情况下，可合理选用)。3只电容10均采用脉冲薄膜电容器。3只电容10集中布置在同一平面，在排列时3只电容的引线端101均在外圈排列，如图1所示。各只电容10的两引线端1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于脉冲功率源的单级电容网络结构，其特征在于，其包括两只或三只电容，以及两个分叉数量不少于电容数量的分叉型金属片；各只所述电容的两引线端分别连接到两个所述分叉型金属片的对应分叉的末端，所述分叉型金属片的中心作为与外部连接的端口。

【技术特征摘要】
1.一种应用于脉冲功率源的单级电容网络结构，其特征在于，其包括两只或三只电容，以及两个分叉数量不少于电容数量的分叉型金属片；各只所述电容的两引线端分别连接到两个所述分叉型金属片的对应分叉的末端，所述分叉型金属片的中心作为与外部连接的端口。2.如权利要求1所述的单级电容网络结构，其特征在于，所述电容两两相邻设置在同一平面内。3.如权利要求2所述的单级电容网络结构，其特征在于，所述电容的引线端均排列在与其它电容的非相邻侧。4.如权利要求1-3之一所述的单级电容网络结构，其特征在于，至少一个所述电容为脉冲薄膜电容。5.一种高压脉冲源装置，其特征在于，包括若干充电电感、若干如权利要求1-4之一所述的单级电容网络，以及数量较所述单级电容数量少一个的气体火花开关；所述单级电容网络和所述气体火花开关交替设置，每一个气体火花开关的两端分别与紧邻的分叉型金属片的中心连接，每一个气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张北镇，宋法伦，李春霞，甘延青，金晓，李飞，王淦平，罗光耀，龚海涛，罗林，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51