[发明专利]双层同轴结构的方波直线变压器驱动源

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线变压器驱动源(Linear Transformer Driver，简称LTD)。

背景技术

快脉冲直线变压器驱动源(FLTD)无需脉冲压缩能直接输出百纳秒的快前沿高功率脉冲，相比于传统的脉冲功率源，具有更加紧凑、模块化、造价低等优点，在近十年得到了飞速发展。目前FLTD技术已成为Z箍缩惯性约束聚变(ICF)、闪光照相、准分子激光等研究领域中驱动源的优先选择的技术路线。美国SNL在Z箍缩聚变能源项目中提出了电流60MA的FLTD驱动源概念设计；SNL与法国CEA合作的闪光照相研究中驱动源也采用FLTD技术；俄罗斯HCEI已成功将FLTD技术应用于XeF准分子激光器。

FLTD通过径向均匀排列的多个放电支路并联同步放电，利用电磁耦合，实现单级多个支路电流叠加和多级模块电压叠加，其输出波形主要由单个支路的电感电容决定，呈正弦衰减形状。而在闪光照相和准分子激光等其他研究领域中更希望驱动源的输出波形呈方波，即快的上升前沿以及平坦的平顶。俄罗斯HCEI的A.A.KIM等人提出基于方波傅立叶级数理论，在原LTD模块中并入三次谐波放电支路实现准方波脉冲输出的方法，并开展了初步实验验证。FLTD单模块由4个标准放电支路和2个三次谐波调节支路组成，当模块充电±100kV时在1.65Ω负载上获得了上升前沿30ns、半宽73ns、幅值78kV准方波脉冲。中国工程物理研究院的赵越等人也利用该方法开展了方波LTD的设计，初步模拟了谐波支路参数和开关抖动等因素对方波LTD输出参数的影响。

虽然理论分析和原理性实验验证了LTD实现方波输出的可行性，增加谐波支路数可使输出波形更加接近方波，但是由于谐波支路的引入将导致模块内放电支路数至少增加一半，放电支路若按照通常的排布方式将致使磁芯和绝缘子体积增加，性价比不高。尤其是对于产生兆安级输出电流的FLTD模块，外径已达3m，若再增加体积，磁芯和绝缘子制造难度大，模块造价将成倍增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种双层同轴结构的方波直线变压器驱动源，其空间利用率高，体积小，可显著降低驱动源造价。

本发明的技术解决方案是：所提供的双层同轴结构的方波直线变压器驱动源，包括由外至内依次同轴设置的外层放电模块、次级筒和内层放电模块；所述外层放电模块一端接地，另一端连接次级筒，构成外层基频回路；所述内层放电模块一端接地，另一端连接次级筒，构成内层谐波调节回路；所述次级筒一端接地，另一端连接负载后接地，构成内外层LTD共用回路部分。内外两层放电模块同轴布置，结构紧凑，相同体积下该驱动源可以获得更高功率的输出。

上述外层放电模块包括由内至外依次设置的外层高压电极环、外层磁芯和多个相互并联的外层放电支路；所述外层高压电极环绕过外层磁芯后与外层放电支路相连。内层放电模块包括由外至内依次设置的内层高压电极环、内层磁芯和多个相互并联的内层放电支路；所述内层高压电极环绕过内层磁芯后与内层放电支路相连。外层放电支路为基频放电支路，内层放电支路为谐波调节支路，可实现方波脉冲输出。

本发明有益效果是：

(1)本发明采用内外两层放电模块同轴布置，结构紧凑，在相同体积下可以获得更高功率的输出。

(2)本发明的外层放电支路为基频放电支路，内层放电支路为谐波调节支路，在不增加驱动源体积情况下可实现方波脉冲输出，而且模块内元件制造难度相对较小，空间利用率高，可显著降低驱动源造价。

(3)本发明放电支路布置为轮辐状，基频放电支路位于外圆周上，谐波调节支路位于内圆周上，因此谐波调节支路中的电容器和开关体积可以适当减小，放电回路电感可显著减小，输出效率相对较高。

(4)本发明可以将多个模块串联使用，在负载上获得更高电压更高功率的方波脉冲。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的三维结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的内部结构俯视图；

图3为本发明较佳实施例的局部剖视图；

图4为本发明较佳实施例模拟得到的方波输出电流波形。

具体实施方式