[发明专利]一种混合模式直线型变压器驱动源模块

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率装置的脉冲功率驱动源领域，具体涉及一种从初级储能到产生高压电脉冲的混合模式直线型变压器驱动源模块。

背景技术

脉冲功率系统共同特点都是，以脉冲功率技术为基础，将各种形式的初始储能经过脉冲形成系统和转换开关，快速释放出高功率、短脉冲的能量，再经过传输和能量变换器而提供所需要的应用。目前主流的脉冲功率装置中，一般有两种结构形式的脉冲功率驱动源，一是Marx发生器储能系统，二是直线型变压器驱动源（以下用LTD表示）。Marx发生器与LTD的本质都是基于电容储能加闭合开关的电路形式，不同的是，Marx发生器采用的是纯串联的拓扑结构，而LTD采用的是纯并联的拓扑结构。电路拓扑结构的不同，注定了二者在工作特性上的极大差别。

Marx发生器优点是将多级电容器直接串联，电压倍增，负载上可得到高电压，且后级开关过压击穿，触发简单；而其缺点是建立时间抖动较大，且对系统绝缘要求较高。对应LTD的优点是将电容器化整为零，直接实现快脉冲输出，且由多支路进行并联，负载上得到大电流；其缺点是需要对数量庞大的开关进行同步触发，触发要求很高，且电压需感应叠加。因此，在脉冲功率技术面临系统重频、长寿命、可维护性、高可靠性等需求的情况下，如果可以在纯串联和纯并联的电路拓扑结构中间找到一个合适的工作模式，既能充分发挥两个极端状态的优势，又能回避各自面临的技术难点，将开辟一条全新的脉冲功率装置技术路线，并对脉冲功率技术的发展产生重要影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种混合模式直线型变压器驱动源模块。

本发明的混合模式直线型变压器驱动源模块，其特点是：所述混合模式直线型变压器驱动源模块由n个Marx回路并联而成；所述Marx回路由串联直线型变压器驱动源模块每一模块同一位置对应的单级放电回路串联而成；所述模块单级放电回路由2个脉冲电容器和1个高压开关构成。

为了充分发挥现有脉冲功率装置中Marx和LTD两种现有技术路线的优势，同时规避各自面临的技术难点，本发明独创性提出了混合模式LTD模块的技术路线。

本发明解决Marx和LTD两种现有技术路线存在的问题所采用的技术方案中心思想就是：将串联LTD模块每一模块同一位置对应的单级放电回路进行串联，构成独立的m级串联Marx回路，再将n个Marx回路并联，构成一个混合模式LTD模块。

在相同原器件数量和参数情况下，考虑2m×n个电容器（电容量为C₀，充电电压为V₀）、m×n个开关的情况。传统LTD路线是由n个回路并联构成一个单模块，再将m个模块串联形成LTD串联组件。在LTD模块串联情况下引入Marx电路之后，将LTD每个模块同一位置m个回路进行组合，构成一个独立的Marx回路，这样n个Marx回路并联，即为一个混合模式LTD模块。

 

经过计算之后，得到混合模式LTD模块的输出参数与原LTD串联组件的输出参数完全一致。在一定的m范围内，这种混合模式LTD模块的电路拓扑结构正是介于纯串联和纯并联之间的一种电路结构，与传统LTD设计相比，本发明设计方案的优点在于：所有回路均为插接式设计，有利于更换维护；支路间相互独立，空间干扰小，有利于故障诊断；Marx型回路后两级开关采用过压自击穿，可适当降低触发路数需求；中心汇流耦合区（包括LTD箱体、磁芯以及初级内筒等）直径相对较小，可适当降低成本；对于同样的重频实验样机输出电压要求，该方案需要的串联模块数相对较少。不过，为了规避新的技术问题，Marx放电支路的设计应注意以下几点：建立电压适中，降低高压绝缘难度；级数不宜过多，以使建立时间的抖动在可接受范围内；级数应该能够使后级开关能够过压导通，降低系统的触发路数要求及复杂性；应该采取电感最小化设计。

本发明的有益效果是：在不改变元器件的数量和参数情况下，对现有LTD串联模块进行优化，引入Marx支路后，混合模式LTD能够有效减小对多路同步触发的要求，降低工程难度，且综合了Marx和LTD两种技术路线的优势，在大型脉冲功率装置中有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的混合模式直线型变压器驱动源模块结构示意图；

图2是本发明中的单级放电回路电路图；

图中：1.单级放电回路    2.Marx回路     3. LTD模块。 

具体实施方式