一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器制造技术

本发明专利技术提供一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，解决现有FLTD模块触发器存在的整体结构复杂、高压触发电缆故障率高、触发脉冲幅值受限、触发脉冲畸变严重不足等问题。其包括触发单元和角向传输单元；触发单元用于产生触发脉冲信号，角向传输单元用于将触发脉冲信号传输给被触发装置；触发单元和角向传输单元通过金属连接件连接；触发单元包括初级触发回路和Marx回路；初级触发回路包括初级储能电容、初级放电开关和两个触发隔离电阻；初级储能电容的一端接地，另一端分别与外部高压电源、初级放电开关的一端连接，初级放电开关的另一端均与两个触发隔离电阻的一端连接，两个触发隔离电阻的另一端与Marx回路连接。

An electric pulse trigger with high trigger amplitude

【技术实现步骤摘要】
一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器
本专利技术涉及高电压脉冲触发器，具体涉及一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，应用于脉冲功率领域中具有高电压脉冲触发控制需求的驱动源触。
技术介绍
快直线型变压器驱动源(FLTD)是一种能够产生高电压、大电流的新型驱动源，其特点是将传统的脉冲产生、压缩和成形环节集成在高20cm至35cm、直径小于3.0m的圆盘形腔体中，直接产生上升沿约100ns的电功率脉冲。理论上，单个FLTD模块的输出电流峰值可达2.0MA，较之传统的Marx结合多级水介质脉冲压缩成形技术，其体现出众多优势，已成为下一代大型驱动源研制极具竞争性技术之一。FLTD模块结构如图1和图2所示，初级由多个放电支路并联，每个放电支路由两支正负充电的电容器22和一支电触发气体开关21组成，各放电支路的放电回路均包绕磁芯24一圈，次级为一金属圆柱筒。整个模块在电路上相当于初级由多个单匝线圈并联，次级为一单匝线圈。各放电支路同步工作时，次级匹配负载上可近似获得与初级充电电压一致的峰值电压，而电流为单个放电支路电流的N倍(N为模块放电支路并联数)。FLTD模块工作过程主要分为两步：第一步给各电容器22直流充电；第二步外电路提供电触发信号，控制各电触发气体开关21同步导通。目前，FLTD模块的触发单元与模块主体呈分立状态，二者之间通过4至6根高压触发电缆25连接，触发电压介于100kV至140kV之间。从驱动源工程实践角度分析，基于该FLTD模块结构的驱动源建设，其触发单元规模将异常庞大，其规模和造价甚至可能超越驱动源本身。因此，优化FLTD模块整体结构对于建设高可靠、低造价的大型驱动源具有重要的工程应用价值。针对FLTD模块整体结构设计，国际上主要提出两种拓扑结构，但在工程实践中均存在着一定程度的不足。在ChuanLiang，LinZhou，FengjuSun等学者的《Arepetitive800kAlineartransformerdriversstageforZ-pinchdrivenfusion-fissionhybridreactor》(LaserandParticleBeams，2015，33，pp.535-540)中，提出了一种基于角向传输单元分配的触发方式。整个触发器由四部分构成：外部触发单元、高压触发电缆、高压放大单元和角向传输单元。外部触发单元采用三级脉冲放大将700V脉冲电压放大至140kV输出，触发脉冲经高压电缆传输至模块内部的高压放大单元，高压放大单元由两支20nF/100kV电容器和一支±100kV气体开关组成，该单元经触发放电后最高可产生200kV脉冲电压，高压放大单元输出脉冲再经过角向传输单元分配至模块内部各放电支路开关。该触发器的特点是：将FLTD模块传统触发器所需的4至6根高压触发电缆缩减至1根，大大简化了触发器整体规模，但工程实践中仍然存在以下方面的不足：1)整体结构复杂；该触发器从外部触发单元到模块内部的高压放大单元先后经过4级放大，实现了最高为200kV的输出电压峰值，放大电压等级分别为33kV、100kV、140kV和200kV，所需单元部件包括氢闸流管、储能电容、脉冲变压器、峰化电容、峰化开关、充电电阻、电源等数十个单元部件，结构异常复杂。此外，外部触发单元的初级控制信号为700V电脉冲，在强电磁环境下亦容易导致干扰而误动作；2)高压触发电缆故障率高；外部触发单元输出电压峰值为140kV、前沿时间约25ns，电缆绝缘材料在高频脉冲作用下存在着明显的绝缘劣化现象，而对于大型驱动源建设，所需触发电缆达数万至数十万根，电缆击穿概率明显增加，严重影响驱动源的可靠性；3)触发脉冲幅值受限；该触发器角向传输单元沿用了传统的布线位置，即位于模块放电支路电容器组之间的绝缘隔板中，受限于支路放电回路电感参数的要求，该隔板厚度一般小于15mm，而上下电容器电压分别为正负100kV直流电压，触发脉冲幅值过高会直接导致隔板的电击穿，进而损坏整个FLTD模块，因此该种角向线布线位置下，触发电压最高上限不大于200kV，考虑到长期可靠运行其阈值会更低；4)触发脉冲畸变严重；该触发器中角向传输单元由线径为数毫米的导线弯折而成，周围主要以电容器为主，在触发器等效电路中体现为集中的电感参数，未能真正的形成具有特定几何阻抗的平板传输线特性。因此，触发脉冲在该型角向传输单元中传输时会产生严重的脉冲畸变，导致前沿变缓、幅值降低，进而影响模块的触发效果。综上所述，虽然国内外针对快直线型变压器驱动源触发器提出了多种设计方案，并在工程实践中开展了直接的实验测试。但结果表明，各型设计方案均存在着一定程度的不足，尚不能完全满足大型驱动源研制需求，因此，有必要针对FLTD触发器开展更为深入的探索研究工作。
技术实现思路
本专利技术提供一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，解决现有FLTD模块触发器存在整体结构复杂、高压触发电缆故障率高、触发脉冲幅值受限、触发脉冲畸变严重不足等问题。本专利技术触发器采用两级脉冲放大，触发单元完全集成于FLTD模块之中，触发单元与角向传输单元直接连接，避免了高压电缆的使用。角向传输单元布置于FLTD模块环壁内侧，通过带状传输线结构实现了整个传输线的阻抗匹配设计，确保触发脉冲的高保真传输。此外，触发单元初级触发控制采用光纤引入式的脉冲激光触发，避免了电磁干扰误动作问题。高电压脉冲触发器的整体设计具有结构简单、触发幅值高、脉冲波形好、可靠性高等特点，对于各类具有触发控制需求的初级脉冲源研制具有重要的参考价值。本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，包括触发单元和角向传输单元；所述触发单元用于产生触发脉冲信号，所述角向传输单元用于将触发脉冲信号传输给被触发装置；所述触发单元和角向传输单元通过金属连接件连接；所述触发单元包括初级触发回路和Marx回路；所述初级触发回路包括初级储能电容、初级放电开关和两个触发隔离电阻；所述初级储能电容的一端接地，另一端分别与外部高压电源、初级放电开关的一端连接，所述初级放电开关的另一端均与两个触发隔离电阻的一端连接，两个触发隔离电阻的另一端与Marx回路连接；所述Marx回路包括结构相同的第一放电回路和第二放电回路，所述第一放电回路包括主放电开关、第一主储能电容、第二主储能电容和高压隔离电阻；所述主放电开关的触发电极与触发隔离电阻连接，所述第一主储能电容的一端与主放电开关的高压电极连接，另一端与高压隔离电阻的一端连接，所述第二主储能电容的一端与主放电开关的低压电极连接，另一端与高压隔离电阻的另一端连接，所述第一放电回路的第二主储能电容的另一端与第二放电回路的第一主储能电容的一端连接；所述第一放电回路的第一主储能电容的另一端与金属连接件连接，作为触发信号的输出，第二放电回路的第二主储能电容的另一端接地。进一步地，所述角向传输单元包括由上至下依次设置的一级线、两段二级线和三级线；所述一级线和二级线均为圆弧带状结构，所述三级线为圆环结构；所述一级线的中间部位与金属杆连接，用于输入触发信号，所述一级线的两端分别通过第一连接线连接至两段二级线的中间部位；每段二级线的两端分别通过第二连接线与三级线连接；所述三级线与脉冲功率装置连接，用于输出触发信号。进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，其特征在于：包括触发单元(1)和角向传输单元(2)；所述触发单元(1)用于产生触发脉冲信号，所述角向传输单元(2)用于将触发脉冲信号传输给被触发装置；所述触发单元(1)和角向传输单元(2)通过金属连接件(4)连接；所述触发单元(1)包括初级触发回路(5)和Marx回路(6)；所述初级触发回路(5)包括初级储能电容(7)、初级放电开关(8)和两个触发隔离电阻(9)；所述初级储能电容(7)的一端接地，另一端分别与外部高压电源(31)、初级放电开关(8)的一端连接，所述初级放电开关(8)的另一端均与两个触发隔离电阻(9)的一端连接，两个触发隔离电阻(9)的另一端与Marx回路(6)连接；所述Marx回路(6)包括结构相同的第一放电回路和第二放电回路，所述第一放电回路包括主放电开关(10)、第一主储能电容(11)、第二主储能电容(12)和高压隔离电阻(13)；所述主放电开关(10)的触发电极与触发隔离电阻(9)连接，所述第一主储能电容(11)的一端与主放电开关(10)的高压电极连接，另一端与高压隔离电阻(13)的一端连接，所述第二主储能电容(12)的一端与主放电开关(10)的低压电极连接，另一端与高压隔离电阻(13)的另一端连接，所述第一放电回路的第二主储能电容(12)的另一端同时与第二放电回路的第一主储能电容(11)的一端连接；所述第一放电回路的第一主储能电容(11)的另一端与金属连接件(4)连接，作为触发信号的输出，第二放电回路的第二主储能电容(12)的另一端接地。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现高触发幅值的电脉冲触发器，其特征在于：包括触发单元(1)和角向传输单元(2)；所述触发单元(1)用于产生触发脉冲信号，所述角向传输单元(2)用于将触发脉冲信号传输给被触发装置；所述触发单元(1)和角向传输单元(2)通过金属连接件(4)连接；所述触发单元(1)包括初级触发回路(5)和Marx回路(6)；所述初级触发回路(5)包括初级储能电容(7)、初级放电开关(8)和两个触发隔离电阻(9)；所述初级储能电容(7)的一端接地，另一端分别与外部高压电源(31)、初级放电开关(8)的一端连接，所述初级放电开关(8)的另一端均与两个触发隔离电阻(9)的一端连接，两个触发隔离电阻(9)的另一端与Marx回路(6)连接；所述Marx回路(6)包括结构相同的第一放电回路和第二放电回路，所述第一放电回路包括主放电开关(10)、第一主储能电容(11)、第二主储能电容(12)和高压隔离电阻(13)；所述主放电开关(10)的触发电极与触发隔离电阻(9)连接，所述第一主储能电容(11)的一端与主放电开关(10)的高压电极连接，另一端与高压隔离电阻(13)的一端连接，所述第二主储能电容(12)的一端与主放电开关(10)的低压电极连接，另一端与高压隔离电阻(13)的另一端连接，所述第一放电回路的第二主储能电容(12)的另一端同时与第二放电回路的第一主储能电容(11)的一端连接；所述第一放电回路的第一主储能电容(11)的另一端与金属连接件(4)连接，作为触发信号的输出，第二放电回路的第二主储能电容(12)的另一端接地。2.根据权利要求1所述的可实现高触发幅值的电脉冲触发器，其特征在于：所述角向传输单元(2)包括由上至下依次设置的一级线(14)、两段二级线(15)和三级线(16)；所述一级线(14)和二级线(15)均为圆弧带状结构，所述三级线(16)为圆环结构；所述一级线(14)的中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：呼义翔，曾江涛，丛培天，罗维熙，张信军，周文渊，
申请(专利权)人：西北核技术研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61