[发明专利]一种轻小型快脉冲高压电源

说明书

本发明提供了一种轻小型快脉冲高压电源，包括炸药平面波发生器、铁电陶瓷组、高压脉冲电容器、触发开关和负载，铁电陶瓷组与高压脉冲电容器两端连接，高压脉冲电容器、开关和负载依次串联闭合，炸药平面波发生器起爆产生的平面冲击波压缩上方铁电陶瓷组，陶瓷组在垂直于冲击方向上产生脉冲电流给高压脉冲电容器充电，高压脉冲电容器再通过开关对负载放电产生高电压的快脉冲电源。本发明采用上述便携式脉冲高压电源，利用爆炸冲击压力将铁电陶瓷去极化释放电荷提供初始电流，由脉冲电容和快速导通开关进行脉冲调制，在电阻负载上实现了高电压、大电流快脉冲输出，应用于野外X射线探测、超宽带辐射等无市电、需要紧凑轻小型快脉冲高压电源的场合。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种轻小型脉冲高压电源。

背景技术

基于冲击压力去极化释放电荷的炸药驱动铁电体脉冲发生器（EDFEG）技术自从上世纪由Neilson等提出以来，引起了国内外的广泛关注。该类型脉冲发生器通过铁电陶瓷的剩余极化提供初始储能，该剩余极化可以在常温大气条件下长时间保持不变，且具有较高的能量密度，因此脉冲发生器工作时不需要外部电源提供初级能源，携带方便，可作为单独的小型脉冲电源。

EDFEG采用锆钛酸铅类铁电陶瓷作为初始储能材料，简称PZT铁电陶瓷。PZT铁电陶瓷的初始储能密度由剩余极化强度和介电系数决定，理论上可达20 J/cm3以上。

EDFEG作为独立的小型化脉冲电源，学界已进行了长期而深入的研究，而如何利用EDFEG给脉冲电容器充电以及对负载直接进行放电也是需要深入研究的问题。

发明内容

本发明提供了一种利用铁电陶瓷受冲击压力去极化原理产生电流给高压脉冲电容器充电，然后电容器通过触发开关或者自击穿开关直接对负载放电，或再由脉冲锐化开关进行脉冲压缩和功率放大，从而在负载上产生纳秒或亚纳秒级快前沿的高电压电脉冲。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：一种轻小型快脉冲高压电源，其特征在于包括炸药平面波发生器、铁电陶瓷组、高压脉冲电容器、触发开关和负载，所述铁电陶瓷组与高压脉冲电容器连接形成充电回路，所述高压脉冲电容器、开关和负载依次串联闭合形成放电回路，所述铁电陶瓷组设置在炸药平面发生器的冲击面上，炸药平面波发生器起爆产生的平面冲击波压缩上方的铁电陶瓷组，陶瓷组在垂直于冲击方向上产生脉冲电流，高压脉冲电容器通过开关对负载放电产生高电压的快脉冲电源。

进一步地，所述铁电陶瓷组由多级铁电陶瓷在水平方向堆叠紧密压接而成且形成串联电路，所述每级铁电陶瓷在同一轴线上设置。

进一步地，所述铁电陶瓷组的第一级铁电陶瓷、末级铁电陶瓷各自连接到高压脉冲电容器。

进一步地，所述每级铁电陶瓷两侧的表面镀银为银电极，所述第一级铁电陶瓷、末级铁电陶瓷的银电极通过焊接的导线各自与高压脉冲电容器连接。

进一步地，所述脉冲电流从第一级铁电陶瓷流至末级铁电陶瓷为高压脉冲电容器进行充电。

进一步地，负载和触发开关之间连接有锐化开关。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

与现有的脉冲高压电源相比，本发明采用具有高出能密度的铁电陶瓷作为初始储能材料，利用爆炸冲击压力去极化铁电陶瓷释放电荷提供初始电流，由脉冲电容和快速导通开关进行脉冲调制，在电阻负载上实现了高电压、大电流快脉冲输出。通过调节脉冲电容器参数可以调节输出脉冲前沿到亚纳秒、电压高达百千伏特以上，该脉冲电源的工作完全脱离市电并且取消了高压直流充电系统，大幅度缩小了装置体积，适用于野外X射线产生、超宽带辐射等要求体积小、重量轻等高压快脉冲的使用场所。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。