[发明专利]一种电容分压式自触发直线变压驱动源

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种应用电容分压实现开关自触发的直线变压器驱动源（Linear Transformer Driver, LTD）。 

背景技术

LTD是一种新的脉冲功率技术，能够产生上升时间约100ns的高功率脉冲直接驱动负载而不需要任何脉冲压缩段。

LTD由一个开关和一个电容器（单向充电）或两个电容器（正负充电）串联组成一个子块，若干个子块并联构成一个感应腔，若干个感应腔通过感应叠加串联为一个模块，图1为单个感应腔剖面图。通过增加子块并联的个数，可以产生更大脉冲电流输出，可建造大型脉冲功率装置。LTD的原理和脉冲变压器相似。每一个感应腔相当于一个初级绕组，若干个感应腔串联共用一个次级导体，相当于一个由多个初级绕组和一个单匝次级绕组组成的变压器。图1中，电容器110、111、112和113正负充满电后，外部触发信号120、121使气体火花开关118、119导通，电容器通过气体火花开关118、119放电，放电电流的路径为图中的箭头所指的路径，其中101、102和103构成金属外壳并接地。电容器通过开关放电提供初级电流，能量通过磁芯108、109从初级耦合到次级中心汇流杆107上。图2是一个7级LTD模块的工作原理图，7个感应腔的电容同步放电，通过磁芯将能量耦合到次级中心汇流杆上，实现电压叠加。

由LTD的工作原理知，每一个子块就有一个开关需要触发。随着感应腔中子块个数以及串联感应腔级数的增加，须同步触发的开关数目呈几何倍数增加，大规模开关同步与触发是一大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容分压式自触发直线变压驱动源。

本发明运用电容分压原理，将LTD中心汇流杆上的高压通过电容耦合到气体开关触发极上，从而实现LTD的自触发过程。 

本发明提供的电容分压式自触发直线变压驱动源，由两部分经次级中心汇流杆串联组成，一部分为由若干个现有的如1所示的普通感应腔组成的普通感应腔模块，位于LTD的前级，另一部分为自触发感应腔模块；每个自触发感应腔的结构如图3所示。与普通感应腔结构不同的是，自触发感应腔是在普通感应腔中的内层金属和中心汇流杆之间增加一个金属触发筒，并在两个间隙中填充绝缘介质而获得，增加的金属触发筒可用于实现电容分压。

所述的自触发感应腔中，通过电容分压获得的电压由金属导线和隔离电阻引到气体火花开关的触发电极。

所述的金属导线和隔离电阻在自触发感应腔的径向上，与触发电极处于同一水平面，位于绝缘介质中间。 

本发明中，LTD的前级普通感应腔的数目和后级自触发感应腔的数目可根据实际需要调整。

本发明中，对于一个LTD装置来说，普通感应腔和自触发感应腔能够相间置于LTD中，即前几级感应腔由普通感应腔组成，接着是自触发感应腔，然后是普通感应腔，再放置自触发感应腔，依次串联放置下去，直到获得所需的电压。

本发明提供电容分压式自触发直线变压驱动源，工作时只需触发前几级普通感应腔，即可实现整个LTD模块的触发。因此，本发明可有效减少外部触发脉冲的数量，实现LTD的可靠触发。

图3为自触发LTD感应腔轴向切面示意图。工作时，先将电容器313、314、315和316正负充电到工作电压，然后使用外部触发信号触发前级感应腔，使其放电，中心汇流杆306通过电磁感应获得感应电压。一方面，中心汇流杆306与触发筒310之间设有绝缘套管307，所以触发筒310与中心汇流杆306之间存在电容，同时金属触发筒310与感应腔外壳301（处于地电位）之间也存在分布电容，故通过电容分压作用触发筒上存在对地高压，其值与分布电容的大小有关，另一方面，由于子块中两电容器充电电压相等，极性相反，故触发极处于虚地电位，所以当中心汇流杆306上存在感应电压时，触发筒上也会出现耦合电压，该电压可通过限流电阻325、326用于触发气体开关321、322。随着自触发感应腔的增多，中心汇流杆306上的感应电压也越来越大，其后的自触发LTD感应腔的触发筒上的耦合电压也越来越高，气体开关的导通也会越来越快，最终随着脉冲电压在次级汇流杆306上的传播，自触发LTD感应腔的气体开关依次导通，从而实现LTD模块的自触发。虽然触发气体开关会导致次级汇流杆306上的输出总能量有所减少，但减少的能量相对较少，可以忽略不计。