[实用新型]基于传输线变压器耦合多开关驱动变阻线的脉冲功率系统

说明书

技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于传输线变压器耦合多开关驱动变阻线的脉冲功率系统。 

背景技术

脉冲功率技术是对能量在空间和时间上进行压缩，使得在极短的时间内能够释放出大量的能量以产生特定的物理或者化学效应的新兴技术，广泛应用于军事、勘探、医疗、能源、环境等领域。 

常规的脉冲功率系统对电容性器件高压充电，在空间上对能量进行压缩，通过闭合开关的快速导通放电，在时间上对能量进行压缩。一般电容性器件通过变压器进行充电，但考虑到变压器的成本和体积，以及绝缘防护要求，初级充电电压会有一定限制。 

在需要较高电压输出的场合下，目前有一类脉冲功率系统是利用开关的迅速导通特性使并联的电容性器件瞬间转换成串联状态，以获得电压的叠加。但使用多开关瞬态转换技术对开关的同步性要求非常苛刻，不同开关之间的导通延时必须控制在纳秒量级，因此需采用外置触发电路以保证开关的同步导通，这就增加了系统的成本和复杂性，当开关数量较多时，技术难度会非常大。 

另一类脉冲功率系统是采用变阻抗传输线(简称变阻线)，利用变阻线自身处处不匹配的特性，电压波在线内不断反射振荡，最后获得电压的升高输出。虽然采用变阻线可以从较低的电压输入获得较高的电压输出，但因本身的不匹配特性，其能量损耗也是十分巨大的。 

发明内容

本实用新型提供了一种基于传输线变压器耦合多开关驱动变阻线的脉冲功率系统，通过传输线变压器(TLT，Transmission Line Transformer)耦合多开关驱动变阻线，解决了上述技术难题，能获得可靠的高压脉冲输出。 

一种基于传输线变压器耦合多开关驱动变阻线的脉冲功率系统，包括多级 TLT开关脉冲系统、负载和连接多级TLT开关脉冲系统与负载的变阻线。 

所述的多级TLT开关脉冲系统由n个TLT开关脉冲器组成，n为级数，且n为大于等于2的自然数； 

所述的TLT开关脉冲器由电容性储能器、闭合开关和TLT依次连接构成；其中，所述的电容性储能器的一端为所述的TLT开关脉冲器的第一输入端，所述的电容性储能器的另端与所述的闭合开关的第一端相连，所述的闭合开关的第二端与所述的TLT的内层导体的一端相连，所述的TLT的外层导体的一端为所述的TLT开关脉冲器的第二输入端，所述的TLT的内层导体的另端为所述的TLT开关脉冲器的第一输出端，所述的TLT的外层导体的另端为所述的TLT开关脉冲器的第二输出端，所述的电容性储能器接受外部初级电源对其充电，所述的闭合开关的控制端接收外部设备提供的触发信号； 

所述的TLT由若干根传输线组成；其中，所有传输线的内层导体的一端相连构成所述的TLT的内层导体的一端，所有传输线的外层导体的一端相连构成所述的TLT的外层导体的一端，所有传输线的内层导体的另端相连构成所述的TLT的内层导体的另端，所有传输线的外层导体的另端相连构成所述的TLT的外层导体的另端； 

第i级TLT开关脉冲器的第一输入端与第(i-1)级TLT开关脉冲器的第二输入端相连，第i级TLT开关脉冲器的第二输入端与第(i+1)级TLT开关脉冲器的第一输入端相连，第一级TLT开关脉冲器的第一输入端与第n级TLT开关脉冲器的第二输入端相连；第一级TLT开关脉冲器的输出端至第n级TLT开关脉冲器的输出端依次串联或并联，串联的连接方式为上一级TLT开关脉冲器的第二输出端与下一级TLT开关脉冲器的第一输出端相连；并联的连接方式为所有TLT开关脉冲器的第一输出端相连，所有TLT开关脉冲器的第二输出端相连；第一级TLT开关脉冲器的第一输出端为所述的多级TLT开关脉冲系统的第一输出端，第n级TLT开关脉冲器的第二输出端为所述的多级TLT开关脉冲系统的第二输出端，i为小于n且大于1的自然数； 

所述的多级TLT开关脉冲系统的第一输出端与所述的变阻线的内层导体的输入端相连，所述的多级TLT开关脉冲系统的第二输出端与所述的变阻线的外层导体的输入端相连，所述的变阻线的内层导体的输出端与所述的负载的一端相连，所述的变阻线的外层导体的输出端与所述的负载的另端相连。 

所述的传输线可以为同轴传输线、平板传输线、平行传输线、水介质传输 线或变阻线等。优选的技术方案中，所述的传输线为同轴传输线，结构紧凑，性能可靠。