[实用新型]一种基于GL1551G型氢闸流管的高压重频脉冲源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高压重频脉冲电源。

背景技术

具有纳秒级上升前沿的高压大电流重频脉冲电源在加速器、核爆模拟、激光等离子体诊断、高分辨率雷达、电磁脉冲模拟器等生产和科研领域都有非常广泛的应用。在一个脉冲功率系统中，直接从电网获得一定波形要求的脉冲大功率是不可能的，一般都要借助于能量储存系统先把能量在较长的时间里储存起来，然后再瞬时释放出来，以获得脉冲强电流和大功率。

传统的高功率脉冲源的输出脉冲很难兼顾高压、高重复频率和快上升前沿的要求，国内外对亚us上升前沿的高压大电流重频脉冲功率技术均进行了大量的研究，如俄罗斯科学院大电流研究所的SINUS系列加速器，是重频运行发展方向的典型代表。国内的主要有中国工程物理研究院的CHP01装置、西北核技术研究所的TPG700以及国防科技大学的GW级紧凑重频脉冲发生器装置，部分装置的性能指标达到了很高的水平。但是这些脉冲发生器基本上采用气体火花开关，体积较大，结构复杂，并且由于气体电离恢复以及开关电极表面烧蚀等因素的制约，在较高重频下难以做到稳定可靠的重复导通和关断。氢闸流管由于具有利用等离子体传导大电流，却不出现明显的电极烧蚀现象的特点，以及具有寿命较长、重复频率较高、晃动小的优点，使其成为高压重频脉冲源的主要器件而得到广泛应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于GL1551G型氢闸流管的高压重频脉冲源，能够使输出脉冲有非常快的上升前沿、稳定可靠的触发以及较小的抖动。

本实用新型的技术解决方案是：一种基于GL1551G型氢闸流管的高压重频脉冲源，由直流电源、能量储存系统、脉冲功率开关、负载组成，工作原理为：交流市电通过变压器升压后，经过一个整流模块以及限流电阻R1后给电容C充电，当氢闸流管被触发系统触发导通后形成放电回路，电容放电形成脉冲，经过脉冲变压器后输出高压脉冲。

所述能量储存系统采用电容储能方式，而相比于电感储能方式需要开断开关，电容储能的高压脉冲源需要闭合开关，氢闸流管就是属于闭合开关中的气体开关，本实用新型选用的GL1551G型氢闸流管是一种双栅极氢闸流管，其中，储氢器和阴极灯丝分别由低压电源供电，用以控制阴极发射电子数及管内气体密度，从而控制氢闸流管导通特性。

要达到高重频的需要，可以通过适当减小重频脉冲的间隔来有效增大某些频率点的值，本实用新型利用FPGA来实现多脉冲源等间距延时输出的方式，具体利用Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片EP2C35F672C6，设计出一个五路脉冲可以任意选用，且每路脉冲的周期、脉宽以及每两路之间的延迟时间均可调，通过控制五路脉冲之间的延迟时间，来实现输出高重复频率的触发脉冲。

为了保证氢闸流管可靠的触发导通并且电流有较快的上升速度，氢闸流管栅极触发脉冲应有较大的幅值、快速的前沿。

所述负载应选用无感负载，因为高压脉冲源要求纳秒级的脉冲前沿，而电路中电感量的存在会使得脉冲前沿变缓，并且输出脉冲会有振荡。

本实用新型的有益效果是：本实用新型利用FPGA实现的多脉冲源等间距延时输出可以保证高压脉冲源的高重复频率可调，可达10kHz；通过设计的氢闸流管栅极触发电路，可以使得氢闸流管可以可靠的触发导通，而主电路中电感量的减少，可以保证高压脉冲源有快速的上升前沿以及输出脉冲振荡的消除，可以实现输出脉冲上升沿小于10ns，脉冲后沿大于500ns，幅值达到50kV，重复频率达10kHZ，使得输出脉冲有非常快的上升前沿、稳定可靠的触发以及较小的抖动。

附图说明

图1为高压重频脉冲源主电路结构示意图。                 

图2为双栅极氢闸流管结构示意图。

图3为氢闸流管栅极触发电路示意图。        

图4为FPGA输出触发脉冲设计框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型技术方案做进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4所示，图1为高压重频脉冲源主电路结构示意图；            图2为双栅极氢闸流管结构示意图；图3为氢闸流管栅极触发电路示意图；图4为FPGA输出触发脉冲设计框图。