[发明专利]一种脉冲功率发生装置

说明书

本发明涉及高功率脉冲技术。本发明公开了一种带有复位电路的脉冲功率发生装置，不仅能够实现多个模块磁芯的复位，还能够回收脉冲过后磁芯中剩余的能量，提高系统的能量利用率。本发明的脉冲功率发生装置，包括直线型变压器驱动源，所述直线型变压器驱动源包括k个模块，每个模块的初级线圈通过磁芯与次级线圈耦合，所述初级线圈上连接有复位电路，所述复位电路包括复位电容、复位开关和续流二极管，所述复位电容一端与复位开关的一端及续流二极管负极连接，所述复位电容另一端与所述初级线圈热端连接，所述复位开关的另一端接地，所述续流二极管正极接地；k为整数，k＞1。本发明的复位电路，结构简单，工作可靠，效果明显。

技术领域

本发明涉及高功率脉冲技术，特别涉及脉冲功率发生装置，具体涉及直线型变压器驱动源(英文缩写为：LTD)磁芯复位电路。

背景技术

随着大功率元器件的发展，近年以来高功率脉冲技术发展非常迅猛，应用领域不断扩大，特别是在激光技术领域、等离子技术领域等的应用取得了长足的发展。

脉冲功率技术的本质是能量在时间和空间上的压缩，实现功率的增益，提高能量密度。通过设计、优化电路拓扑结构，产生了多种脉冲发生装置，其中最具有代表性的就是LTD。研究效率更高、系统更紧凑的LTD已经成为脉冲功率技术的一个重要方向。

LTD技术是基于感应叠加和感应隔离原理，采用多个模块串联而成，每个模块都有一个储能元件，如电容等，通过开关的闭合在脉冲变压器初级产生一个脉冲电压，通过脉冲变压器磁芯耦合到次级。脉冲变压器次级共用一个线圈，因此次级输出电压等于所有模块输出电压的叠加。

通常各个模块都具有相同的结构参数。

图1是包含三个模块的LTD原理图。当开关S_M1闭合时，电容C_S1通过脉冲变压器T₁初级线圈放电，电压V₁通过脉冲变压器T₁耦合到次级线圈。如果三个模块结构参数相同，负载电阻R_L两端的电压V_L可以表达为：V_L＝3nV₁，n为脉冲变压器的传输比。图1中，二极管D_L为负载整流二极管。

在LTD中，磁芯材料价格昂贵，磁芯体积过大不仅成本高，而且会严重影响装置的输出性能，因此，在满足所需磁通密度增量的条件下，希望磁芯的体积尽可能小。提高磁通密度增量的最有效的办法就是复位，即外加磁场使磁芯反向磁化直至反向饱和。

LTD传统的复位方式有两种，即直流复位和脉冲复位。

直流复位的原理是利用直流源U_re对LTD模块的磁芯进行复位，每个模块的次级都需要增加一个复位绕组N_re，和直流电源U_re，电路原理如图2所示。

为了避免主回路的高压脉冲损坏直流电源，需要在直流电源U_re和LTD磁芯之间加入隔离装置，通常采用扼流圈L_ch，与此同时必然引入线阻R_ch。此外，每个LTD模块的磁芯都需要一路独立的复位电流，因此往往需要直流电源提供U_re数百安培的电流，所以用于LTD磁芯复位的能耗巨大，效率低下。

脉冲复位是利用外部电路产生的单向脉冲为脉冲变压器磁芯复位，电路原理如图3所示。

复位电容C_R通过电源U_re、限流电阻R₁充电储能。在脉冲间隔期，闭合开关S，脉冲变压器磁芯通过回路产生的单向脉冲完成复位。为了使回路中产生单向脉冲，需要使脉冲变压器复位线圈电感L₁、电阻R以及复位电容C_R谐振电路工作在过阻尼状态，因此需要选择一个合适阻值的电阻R。