一種初級能源中間模塊結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖功率初級能源中間模塊裝置，具體而言，是一種主要由原邊電容和固態(tài)開關組成的中間模塊裝置，該裝置前端接給小功率直流源即可給原邊脈沖電容充電，后端接脈沖變壓器就可以給容性負載充電至較高電壓。主要用于重頻脈沖加速器初級能源系統(tǒng)中。
【背景技術】
[0002]在脈沖功率系統(tǒng)中，產(chǎn)生高壓電脈沖的技術路線主要有兩種:一種通過Marx電路直接倍壓，另一種是通過LTD電路感應疊加倍壓。LTD技術由于明顯降低了原邊的絕緣壓力，具有模塊化和通用性，在某些方面呈現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。LTD單模塊產(chǎn)生脈沖的容性負載如PFN —般要求一定的充電電壓，然后通過LTD模塊疊加產(chǎn)生MV甚至更高的電脈沖。PFN對初級能源而言相當于負載，給PFN充電的初級能源一般根據(jù)PFN參數(shù)不同，設計的初級能源參數(shù)結構各不相同，不具通用性。
[0003]根據(jù)目前初級能源的情況看，絕大多數(shù)重頻脈沖加速器的初級能源的實現(xiàn)主要有三種方式:一是中間儲能方式，國內外很多加速器初級能源如SINUS和RADAN系列就是采用電容儲能的方式實現(xiàn)重頻脈沖運行的。二是直接供電恒壓充電方式，恒壓充電采用三相電網(wǎng)直接供電，經(jīng)整流二極管整流后通過限流電阻電容進行充電。但其結構簡單，控制方便，但充電效率不高。三是直接供電恒流充電方式，采用恒流充電，電容上的電壓上升速度均勻，充電時間短，回路沒有限流電阻，充電效率高，充電瞬間對電網(wǎng)沖擊小。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種需直流充電的原邊電容和固態(tài)開關集成裝置，應用于脈沖功率脈沖形成線充電脈沖變壓器復邊和恒流源之間，該集成裝置通過即中間模塊通過前端連接直流源，后端連接脈沖變壓器，就可以給容性負載提供幅值重頻數(shù)可調的充電能量。
[0005]一種初級能源中間模塊結構，中間模塊結構的前端連接直流電源，后端連接脈沖變壓器；包括固態(tài)開關、原邊電容、開關觸發(fā)電路和偏磁電路，所述固態(tài)開關與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開關與原邊電容之間用于給原邊電容充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；所述偏磁電路通過一個電感連接到脈沖變壓器的輸入端，用于后端脈沖變壓器磁芯的復位；控制信號通過開關觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開關，所述固態(tài)開關包括一個晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個反峰二級管和一組串聯(lián)的電阻和電容。
[0006]在上述技術方案中，所述控制信號輸入到晶閘管。
[0007]在上述技術方案中，所述一路串聯(lián)的電阻和電容中的電阻一端與直流電源的正極輸出端連接，電容的一端連接到地。
[0008]在上述技術方案中，所述中間模塊結構包括若干路，每一路包括獨立的一個開關觸發(fā)電路、固態(tài)開關、原邊電容，所述的直流電源的輸出端連接到每一路的原邊電容用于給原邊電容充電，每一路的原邊電容的的輸出端均連接到脈沖變壓器的輸入端，控制信號連接到每一路的開關觸發(fā)電路。
[0009]在上述技術方案中，所述開關觸發(fā)電路的觸發(fā)信號連接到晶閘管的觸發(fā)極。
[0010]在上述技術方案中，所述晶閘管耐壓值不少于5kV。
[0011]在本方案中，中間模塊外部，前端接小功率5kV直流源，由于功率小，電壓不高，可以降低設計難度。(小功率，電壓不高的直流源比較好做)
中間模塊外部，后端接一定變比的變壓器，用于對電壓的拉升。
[0012]本方案中，直流源對原邊電容充電，原邊電容的耐壓比直流源稍高即可，原邊電容的通流能力不足時，需要多路并聯(lián)。
[0013]固態(tài)開關采用大功率的SCR開關，并聯(lián)的反峰二極管起著隔離電壓電流的作用；這點十分必要。
[0014]同時并聯(lián)一路中為電阻和電容串聯(lián)電路，起著動態(tài)和靜態(tài)均壓作用，反峰二極管D，電容C，電阻R，組合成了 RCD開關保護電路。
[0015]5KV直流源對原邊電容充電完畢后，通過固態(tài)開關放電。固態(tài)開關觸發(fā)接受來自直流源的觸發(fā)信號開始放電，此時變壓器的初級相對于放電回路相當于一個電感。通過變壓器升壓，將放電能量傳遞至變壓器次級。
[0016]重頻工作狀態(tài)下，脈沖變壓器的磁芯需要復位，這通過偏磁電源提供的直流電實現(xiàn)。
[0017]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:
一、提供固定的開關和原邊電容，通過改變脈變可以提供各種電壓的脈沖充電信號。若開關和原邊電容的尺寸相差不大，可以通過改變開關和電容改變中間模塊的主要參數(shù)。
[0018]二、整體結構緊湊，便于利用空間，通過拆分前端恒流電源和后端脈沖變壓器即可充分利用加速器空間，不必單獨配置電源柜。
[0019]三、本裝置為了脈沖形成線充電實驗用，提供儲能和開關觸發(fā)功能，但只要是容性負載、通過改變脈變和恒流源的參數(shù)，都可以采用，用途很廣。
【附圖說明】
[0020]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是本發(fā)明的原理結構示意圖；
圖2是本發(fā)明的實物結構示意圖；
其中是開關觸發(fā)電路；2是后端脈變接口 ；3是固態(tài)開關；4是前端直流源接口 ；5是原邊電容；6是偏磁電源。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的主要部分為虛線中的部分，一路開關電路由開關觸發(fā)電路、固態(tài)開關、原邊電容組成，固態(tài)開關為晶閘管、反峰二極管、串聯(lián)的電阻電容并聯(lián)組成；固態(tài)開關與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開關與原邊電容之間對其充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；控制系統(tǒng)的控制信號通過開關觸發(fā)電路輸入到固態(tài)開關中的晶閘管。偏磁電路連接到脈沖變壓器的輸入端用于對磁芯的復位。
[0022]本發(fā)明的核心思想就是利用晶閘管組成開關充電電路，將多路開關充電電路集成為一體，在實用過程中只需要將其前端與后端連接，就能實現(xiàn)對其電壓的提升，達到需要的目標電壓。為了實現(xiàn)這一思想，主要在上述的原理下通過以下步驟實現(xiàn)。
[0023]一、首先設計固態(tài)開關的技術參數(shù):開關的耐壓水平直接決定了脈變的變比和直流源的充電電壓，而且在工程應用中需留有一定的余量；在耐壓滿足需求的情況下考慮開關的通流情況，主要包括峰值電流、平均電流和有效電流，單開關通流能力不足時多路并聯(lián)處理，在耐壓通流都合適的情況下一般選用高頻、高速器件，此時反向漏電流小，恢復時間短可以有效開關在高頻尖峰振蕩下的損耗。。
[0024]二、開關參數(shù)確定之后，根據(jù)負載需求可以確定脈變和直流源充電電壓，此時原邊電容的參數(shù)就根據(jù)負載和變比計算得出，其它電學參數(shù)和配置隨之確定。
[0025]三、電學參數(shù)確定之后，合理布局開關和電容及附屬電路的位置，考慮絕緣和測量，通信，散熱等問題，即可實現(xiàn)開關和電容集成裝置。
[0026]如圖2所示，按照上述方案進行設施，四只10uF/5kV的薄膜電容構成原邊電容，5kV的晶閘管開關構成主開關，開關的觸發(fā)電路置于裝置的上端，整流橋用于次級變壓器磁芯的偏磁電源。
[0027]通過外部界恒流源和脈沖變壓器，將最高充電至5kV的恒流電源經(jīng)過原邊電容和開關的作用，經(jīng)過1:35的變壓器可以產(chǎn)生30Hz的重頻充電脈沖，脈沖電壓150kV，充電時間小于20uso
[0028]本發(fā)明中，外部框架的一端為前端直流源接口，另一端后端脈變接口，在框架內，四個固態(tài)開關并聯(lián)設置，每一個固態(tài)開關上方設置一個原邊電容，偏磁電路與開關觸發(fā)電路均設置在框架的最上層。通過合理設計機械結構使得初級能源體積減小，適應能力強，運行可靠。
[0029]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種初級能源中間模塊結構，中間模塊結構的前端連接直流電源，后端連接脈沖變壓器；其特征在于:包括固態(tài)開關、原邊電容、開關觸發(fā)電路和偏磁電路，所述固態(tài)開關與原邊電容串聯(lián)，直流電源的輸出端連接到固態(tài)開關與原邊電容之間用于給原邊電容充電，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；所述偏磁電路通過一個電感連接到脈沖變壓器的輸入端，用于后端脈沖變壓器磁芯的復位；控制信號通過開關觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開關，所述固態(tài)開關包括一個晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個反峰二級管和一組串聯(lián)的電阻和電容。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種初級能源中間模塊結構，其特征在于所述一路串聯(lián)的電阻和電容中的電阻一端與直流電源的正極輸出端連接，電容的一端連接到地。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種初級能源中間模塊結構，其特征在于所述中間模塊結構包括若干路，每一路包括獨立的一個開關觸發(fā)電路、固態(tài)開關、原邊電容，所述的直流電源的正極輸出端連接到每一路的原邊電容用于給原邊電容充電，每一路的原邊電容的的輸出端均連接到脈沖變壓器的輸入端，控制系統(tǒng)的控制信號連接到每一路的開關觸發(fā)電路。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種初級能源中間模塊結構，其特征在于所述開關觸發(fā)電路的觸發(fā)信號連接到晶閘管的觸發(fā)極。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種初級能源中間模塊結構，其特征在于所述晶閘管耐壓值不少于5kV。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種初級能源中間模塊結構，其特征在于所述控制信號輸入到晶閘管。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種初級能源中間模塊結構，包括固態(tài)開關、原邊電容、開關觸發(fā)電路和偏磁電路，固態(tài)開關與原邊電容串聯(lián)，原邊電容的另一極連接到脈沖變壓器的輸入端；控制信號通過開關觸發(fā)電路輸出到固態(tài)開關，所述固態(tài)開關包括一個晶閘管，且在晶閘管的兩端并聯(lián)一個反峰二級管和一組串聯(lián)的電阻和電容。本發(fā)明整體結構緊湊，便于利用空間，通過拆分前端恒流電源和后端脈沖變壓器即可充分利用加速器空間，不必單獨配置電源柜；本裝置為了脈沖形成線充電實驗用，提供儲能和開關觸發(fā)功能，但只要是容性負載、通過改變脈變和恒流源的參數(shù)，都可以采用，用途很廣。
【IPC分類】H02M9-04
【公開號】CN104811083
【申請?zhí)枴緾N201510267267
【發(fā)明人】羅光耀, 楊曉亮, 羅敏, 金暉, 康強, 王朋
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月25日