[发明专利]基于同轴电容器的亚纳秒前沿脉冲电源及其产生方法

说明书

本发明涉及一种脉冲电源及其产生方法，特别涉及一种基于同轴电容器的亚纳秒前沿脉冲电源及其产生方法，解决了现有脉冲电源不能既满足快前沿输出，又满足在高电压、强电场、小体积要求的设备环境中使用的问题。该电源包括壳体、设在壳体一端开口处的同轴电容器、设在壳体同轴电容器所在一端外侧的与同轴电容器同轴的传输线负载，还包括高压开关、电极调节机构及设在壳体上的电源引入单元；传输线负载包括同轴套装且固连的外筒和内筒；外筒与壳体固连；高压开关的第一电极固定在内筒靠近同轴电容器一端筒口处，第二电极同轴插装在同轴电容器内部；电极调节机构驱动第二电极轴向滑动；壳体、外筒、内筒及第一电极围成的腔体内填充有高压绝缘气体。

技术领域

本发明涉及一种脉冲电源及其产生方法，特别涉及一种基于同轴电容器的亚纳秒前沿脉冲电源及其产生方法。

背景技术

随着脉冲功率技术的发展，对脉冲电源的要求越来越高。在测量系统标定、快放电测试等领域越来越多的要求电压源的前沿要小于1ns，脉宽几十甚至上百纳秒。而快前沿脉冲电源的研制又涉及紧凑型高压电源与负载一体化技术、高压开关技术和无损传输线渐变技术等诸多技术领域。其中，高压开关是脉冲功率技术领域中的关键器件，它连接着储能器件和负载，其性能影响输出电压波形的上升时间、形状和幅值。应用在脉冲功率技术领域中的高压开关有气体开关、真空开关、半导体开关、机械开关等，不同的应用场合对高压开关的性能和类型要求也不尽相同。

常用的脉冲电源中，高压开关一般与储能器件、负载传输线分别封装，连接于电路中。脉冲电源输出脉冲的前沿由储能器件、高压开关、负载及其连接结构的回路总电感决定。储能器件一般均采用电容器储能，电容器结构通常为平板型结构，两端引出正负极；高压开关一般采用两电极对称设计，内充绝缘气体或液体，高压开关电感由结构决定，不能调节；回路中串入的电感与脉冲电源结构、连接件尺寸等因素有关。一般情况下，由于高压下的绝缘要求，器件尺寸和布局受到限制，器件间距离不能太小，距离太小会造成绝缘击穿，进而影响电源的安全性。

然而，在高电压、强电场的设备环境中，一般要求脉冲电源回路的体积尽可能小。因而，在高电压、强电场的设备环境中，若要脉冲电源输出快前沿，采用现有的平板型电容器、高压开关、负载分别封装设计的分体式设计思路，实现非常困难，在技术上和制造成本上都是不可取的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于同轴电容器的亚纳秒前沿脉冲电源及其产生方法，以解决现有脉冲电源不能既满足快前沿输出，又能满足在高电压、强电场、小体积要求的设备环境中使用的技术问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于同轴电容器的亚纳秒前沿脉冲电源，其特殊之处在于：

包括壳体、同轴电容器、传输线负载、高压开关、电极调节机构以及电源引入单元；

所述壳体由导电材料制成；

所述同轴电容器固定设置在壳体内，且位于壳体一端端头的开口处；所述同轴电容器为筒状结构；所述同轴电容器的内圆柱面为同轴电容器的高压电极端；所述同轴电容器的外圆柱面为同轴电容器的接地端；所述同轴电容器的接地端与壳体之间电连接；

所述传输线负载包括同轴套装且固连的外筒和内筒；所述外筒和内筒均由导电材料制成且二者之间设置有负载间隙；所述传输线负载设置在壳体的同轴电容器所在一端的外侧，且与同轴电容器同轴设置；所述外筒与壳体固连，且通过壳体与同轴电容器的接地端电连接；

所述高压开关包括第一电极和第二电极；

所述第一电极设置在所述内筒靠近同轴电容器一端的筒口处，与内筒固连，且二者间电连接；

所述第二电极同轴插装在同轴电容器的筒状结构内部，且可相对于同轴电容器沿轴向滑动；所述第二电极上设置有连通同轴电容器两端面外侧空腔的气流过孔；所述第二电极指向传输线负载的一端端面与所述第一电极指向同轴电容器的一端端面之间构成放电间隙；