一种紧凑型强电流脉冲驱动源制造技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型强电流脉冲驱动源，涉及脉冲驱动技术领域，包括：触发信号源产生触发信号；激光二极管根据触发信号发出光信号触发光触发多门极半导体开关；激光二极管与触发信号源连接；光触发多门极半导体开关控制高压电源产生电流脉冲提供给负载；光触发多门极半导体开关连接在高压电源与负载之间；本发明专利技术在现有的强电流脉冲驱动技术的基础上，进行结构上的改进，以光触发多门极半导体开关实现大电流、快前沿的脉冲电流输出，解决了气体开关使用带来的固有技术问题，基于激光二极管实现脉冲放电的触发控制，触发元件驱动电压低，同时以激光二极管作为触发元件，具有可靠性高、结构紧凑等优势。结构紧凑等优势。结构紧凑等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型强电流脉冲驱动源


[0001]本专利技术涉及脉冲功率
，具体涉及一种紧凑型强电流脉冲驱动源。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术将一定能量在极短时间内释放以产生极高的瞬时输出功率，通常以高电压、强电流的形式表现出来，可以形成极端的电磁条件，在国防、科研、国民经济领域均有着广泛的应用。
[0003]脉冲驱动源是用于产生电脉冲的装置，在脉冲强磁场产生、电爆炸作业等领域需要使用强电流脉冲驱动特定负载，具有一定应用需求。例如，金属桥箔电爆炸过程中，施加在桥箔上的电流峰值可达2kA～4kA，电流信号周期一般小于3μs，对应电流上升速率最高5.3kA/μs。这一电流脉冲的特点有两方面：电流幅度高，电流变化率高。要产生这样的强电流脉冲，通常使用电容器进行储能，将气体放电管作为开关，在触发电脉冲的作用下进行导通放电来实现电流脉冲输出。这一技术方案的存在一些不足之处，包括：
[0004]1、气体放电管存在一定自击穿概率，不利于在高可靠性场合中使用；
[0005]2、气体放电管使用高电压脉冲(通常大于1kV)进行触发，需要单独配套相应的触发装置，集成性、便携性不足；
[0006]3、气体放电管工作后会造成电极污染，性能逐渐退化，使用寿命有限。
[0007]半导体固态开关器件不存在上述问题，可能用于替代上述气体放电管。典型固态开关器件(例如晶闸管、IGBT、MOSFET开关等)难以实现4kA电流、5kA/μs电流上升率这样电脉冲参数，或实现结构复杂、体积庞大；电触发固态开关在复杂电磁环境下存在一定误触发风险。综合来看，典型固态开关对比气体放电管系统不占优势，因此未能实现广泛的应用。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是：传统的电流脉冲驱动技术，在触发电脉冲的作用下进行导通放电来实现电流脉冲输出过程，存在可靠性和集成性较低的问题；本专利技术目的在于提供一种紧凑型强电流脉冲驱动源，在现有的强电流脉冲驱动技术的基础上，进行结构上的改进，以光触发多门极半导体开关实现大电流(典型4kA)、快前沿(大于10kA/μs)的脉冲电流输出，解决了气体开关使用带来的固有技术问题，同时以激光二极管作为触发元件，具有可靠性高、结构紧凑、操作简便等优势。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]本方案提供一种紧凑型强电流脉冲驱动源，包括：
[0011]触发信号源，用于产生触发信号；
[0012]激光二极管，用于根据触发信号发出光信号，以触发光触发多门极半导体开关；所述激光二极管与触发信号源连接；
[0013]光触发多门极半导体开关，用于控制高压电源产生电流脉冲提供给负载；所述光触发多门极半导体开关连接在高压电源与负载之间。
[0014]本方案工作原理：传统的电流脉冲驱动技术，在触发电脉冲的作用下进行导通放电来实现电流脉冲输出过程，存在可靠性和集成性较低的问题；本专利技术目的在于提供一种紧凑型强电流脉冲驱动源，在现有的强电流脉冲驱动技术的基础上，进行结构上的改进，以光触发多门极半导体开关实现大电流(典型4kA)、快前沿(大于10kA/μs)的脉冲电流输出，解决了气体开关使用带来的固有技术问题，同时以激光二极管作为触发元件，具有可靠性高、结构紧凑、操作简便等优势；基于激光二极管实现脉冲放电的触发控制，触发元件驱动电压低。
[0015]用典型固态开关器件(例如晶闸管、IGBT、MOSFET开关等)代替替代传统气体开关，存在难以实现4kA电流、5kA/μs电流上升率等电脉冲参数，或实现结构复杂、体积庞大容易误触发的问题；本方案以光触发多门极半导体开关替代传统气体开关，在避免传统固态开关缺点的同时解决了气体开关使用带来的固有技术问题，具有可靠性高、一致性好、使用简便等优势。
[0016]可以使用激光器作为光触发多门极半导体开关的触发源，激光器发射激光能量高、触发时间短(低于1ns)，但是体积较大、使用环境要求高；而以激光二极管亦可实现开关触发，其发射激光能量较低、触发时间较长(200ns左右)，但便携性更好，适用于大电流(典型4kA)、长周期(大于1μs)的脉冲电流输出的场景，且可以实现快前沿(大于10kA/1μs)电流输出。本专利技术中光触发多门极半导体开关、激光二极管等可以集成在印制电路板上，集成后体积较小，结构紧凑，便于携带使用。
[0017]进一步优化方案为，所述光触发多门极半导体开关包括多门极光控晶闸管和二极管；
[0018]所述二极管的阳极连接多门极光控晶闸管的阴极，二极管的阴极连接多门极光控晶闸管的阳极；
[0019]所述多门极光控晶闸管的门极区域设置在所述多门极光控晶闸管的阴极侧，所述门极区域用于接收激光二极管的光信号。
[0020]本方案中触发电路与脉冲产生电路实现物理隔离，因而抗电磁干扰能力强，更加便捷安全。
[0021]进一步优化方案为，所述多门极光控晶闸管的门极区域有多个门极结构。门极结构受激光照射后多门极光控晶闸管转变为正向导通。
[0022]进一步优化方案为，所述多门极光控晶闸管的阳极连接高压电源的正极，高压电源的负极接地，多门极光控晶闸管的阴极连接负载后接地。
[0023]进一步优化方案为，还包括第一电容器，所述第一电容器的正极连接高压电源的正极，第一电容器的负极接地。
[0024]进一步优化方案为，所述多门极光控晶闸管的阳极连接高压电源的正极，高压电源的负极接地，多门极光控晶闸管的阴极接地。
[0025]进一步优化方案为，还包括第二电容器，所述第二电容器连接在高压电源的正极与负载之间。
[0026]进一步优化方案为，还包括输出连接器，所述负载并联在输出连接器两侧，所述光触发多门极半导体开关通过输出连接器连接负载，所述负载通过输出连接器接地。
[0027]进一步优化方案为，所述触发信号源包括信号源和驱动模块，所述信号源通过驱
动模块与激光二极管连接，信号源的正极通过驱动模块与激光二极管的正级连接，信号源的负极通过驱动模块与激光二极管的负级连接。
[0028]进一步优化方案为，所述激光二极管发射激光信号时，单次发射激光能量不小于100μJ，激光脉宽小于等于200ns，激光的波长范围为266nm～1064nm，激光信号照射到任一个门极结构上的激光功率大于最大功率的95％。
[0029]本专利技术方案中，使用高压电源对第一电容器或第二电容器充电以进行初始储能，使用光触发多门极半导体开关进行放电控制，并通过输出连接器对负载输出电流脉冲；光触发多门极半导体开关通常情况下正向为高阻，当激光照射到其光控门极时开关正向导通，允许电流通过；光触发多门极半导体开关反向为导通，以便充入电容器的反向电压释放。
[0030]光触发光触发多门极半导体开关的光控门极区域包括多个门极结构，任一门极结构受到激光照射均可使光触发光触发多门极半导体开关导通，但对多个门极结构照射时导通速度更快，即电流上升率更高。
[0031]使用驱动模块驱动激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型强电流脉冲驱动源，其特征在于，包括：触发信号源，用于产生触发信号；激光二极管，用于根据触发信号发出光信号，以触发光触发多门极半导体开关；所述激光二极管与触发信号源连接；光触发多门极半导体开关，用于控制高压电源产生电流脉冲提供给负载；所述光触发多门极半导体开关连接在高压电源与负载之间。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型强电流脉冲驱动源，其特征在于，所述光触发多门极半导体开关包括多门极光控晶闸管和二极管；所述二极管的阳极连接多门极光控晶闸管的阴极，二极管的阴极连接多门极光控晶闸管的阳极；所述多门极光控晶闸管的门极区域设置在所述多门极光控晶闸管的阴极侧，所述门极区域用于接收激光二极管的光信号。3.根据权利要求2所述的一种紧凑型强电流脉冲驱动源，其特征在于，所述多门极光控晶闸管的门极区域有多个功能相同的门极结构。4.根据权利要求2所述的一种紧凑型强电流脉冲驱动源，其特征在于，所述多门极光控晶闸管的阳极连接高压电源的正极，高压电源的负极接地，多门极光控晶闸管的阴极连接负载后接地。5.根据权利要求4所述的一种紧凑型强电流脉冲驱动源，其特征在于，还包括第一电容器，所述第一电容器的正极连接高压电源的正极，第一电容器的负极接地，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何泱，栾崇彪，刘宏伟，徐乐，付佳斌，杨杰，王凌云，袁建强，谢卫平，耿力东，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：