[发明专利]共用腔体的多级串联LTD及其触发方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多级串联直线变压器驱动源(LinearTransformerDriver，简称LTD)，以及该驱动源的触发方法。

背景技术

LTD脉冲源通过径向均匀排列的多个低电感支路并联，利用电磁耦合，实现单级多个支路电流叠加和多级串联模块电压叠加，可直接获得前沿50－200ns的高功率脉冲，它在Z箍缩惯性约束聚变(ICF)/聚变能源(IFE)、闪光照相、等熵压缩(ICE)、强激光、X箍缩等领域具有重要应用。要实现Z箍缩ICF/IFE，需要数十至几百路输出电压达数兆伏的LTD并联，每路LTD需要数十级电流MA级LTD模块串联。如美国圣地亚国家实验室(SNL)提出的用于Z箍缩ICF的电流60MALTD型驱动源概念设计，共210路并联，每路60级串联。俄罗斯大电流所研制的1MALTD模块是大型Z箍缩ICF/IFE的LTD脉冲驱动源概念设计的基础单元，每级模块为一独立模块，内部只含类似Marx的一级电路。每级1MALTD模块需要4路前沿约25ns幅值120kV的触发脉冲，则210路并联、每路60级串联、电流60MALTD型脉冲源共需提供50400路上述参数的触发脉冲，而且要求触发脉冲按一定时序使串联模块开关触发闭合，以达到高效叠加与传输，这对触发系统提出了严峻挑战。

LTD常用多间隙气体开关从施加触发脉冲到击穿闭合的延时约30-40ns，要实现多级串联模块电流、电压的有效叠加，开关要求按照标准IVA时序触发闭合。专利CN201310380076.7和CN201410577917.8公开了一种基于内部支路与角向线的同级模块，以及次级为水介质传输线的多级串联LTD的触发方法，简化了LTD脉冲源对触发系统的要求，但独立模块串联的电路拓扑结构导致触发脉冲只能在同一模块内发生作用，每级模块需要分别引入充电电缆和触发电缆。中物院王勐等提出混合式LTD模块电路拓扑结构，每个支路由4级Marx电流串联，采用前2级开关外触发，其余开关过压自击穿的方式，支路为同轴结构，输出高压及外筒与模块腔体与模块内部的高压电极连接，1MALTD模块共50个支路，该拓扑结构本质上为传统的IVA，脉冲储能与形成单元位于模块之外，单级模块需要的触发路数仍较多。

常规多级串联LTD由独立的单级接地腔体压紧在一起，模块单独激磁、每级独立，多级串联沿轴向压紧密封，次级电极杆通过电磁感应获得电压叠加，其结构如图1所示。每级模块和模块内每个支路的工作条件相同，模块初级外壳在电容器充电和开关触发闭合后处于地电位，多级模块输出电压由电磁感应在次级金属电极杆叠加，脉冲高电压仅存在次级区域。通过分析常规3级串联LTD模块的电流流向和每级模块开关闭合后的脉冲电位分布可知，当模块电气参数与尺寸相同，且模块开关同时触发闭合，则相邻模块之间的激磁电流幅值相等、流向相反，相互抵消，因此相邻模块之间的2块接地盖板不传导电流，仅起到密封模块腔体及保持地电位作用。多余的接地盖板必然增加了多级串联LTD模块的制造成本，而且每级模块均需要单独从外部分别引入充电电缆和触发电缆，不仅增加了制造成本，同时安装不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种共用腔体的多级串联LTD及其触发方法，解决了常规多级串联LTD触发电路繁多，制造成本高且触发时序难以保证的技术问题。

本发明的技术解决方案是：所提供的共用腔体的多级串联LTD包括多个串联叠放的LTD模块；所述LTD模块位于一个共用的无磁性金属壳体内；每两个相邻的LTD模块间设置有一个镂空的接地电极板；

每个LTD模块均包括呈圆周状均匀设置的一个触发支路和多个放电支路；所述触发支路通过角向传输线与一个金属触发环相连；所述金属触发环通过隔离电感或电阻与放电支路相连；

所述触发支路通过触发电缆与外部触发电源连接；

所述放电支路通过充电电缆与外部充电电源连接。

上述触发支路包括电容器CT1、电容器CT2、开关ST和电阻Rg；所述电容器CT1一端与开关ST的负高压电极连接，另一端接地；所述电容器CT2一端与开关ST正高压电极连接，另一端通过电阻Rg与接地电极板相连；所述开关ST的触发极通过隔离电感ZS与触发电缆相连；所述电阻Rg与电容器CT2之间为高压输出端H。

上述放电支路包括电容器C1、电容器C2和开关S；所述电容器C1和电容器C2分别与开关S的正高压电极和负高压电极相连。