[发明专利]具有可调节斜率的基本四边形形状的大功率脉冲的发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种LTD(“直线型变压器驱动源”)系列的大功率脉冲发生器，更具体地涉及能够提供四边形形状的脉冲的发生器，其中脉冲上部的斜率是可调节的。

背景技术

“大脉冲功率”的技术领域所使用的发生器能够提供几百万伏特的电压和几百万安培的电流强度的极短脉冲。已知的发生器例如马克思发生器，在马克思发生器中借助于称为开关的受控放电器来使电容器并联充电以及串联放电。这种开关例如在法国专利申请FR2879842中是已知的，可参考该专利申请以得到这种开关的更详细的描述。

最近使用由多个模块构成的“直线型变压器驱动源”或LTD型的发生器，每个模块包括在两个电容器之间串联布置的开关，当开关闭合时，使电容器并联充电和串联放电，如此产生的电流脉冲与所有其它模块的电流脉冲和，以形成大功率脉冲。然而，这些脉冲通常具有几乎为正弦曲线的形状，对于一些应用，需要具有基本四边形或梯形形状的脉冲。

已知由KIM，MAZARAKIS等人发表在2012年4月3号的第15期Physical Review Special Topics-Accelerators and Beams杂志中的“Square pulse linear transformer driver”一文中，LTD型发生器包括两个功率模块组，其中第一标准模块组包括具有第一电容值的一对电容器，所述电容器适用于产生第一频率的脉冲，以及第二变化模块组包括具有第二电容值的一对电容器，所述电容器适用于在开关闭合时产生频率为第一频率三倍的脉冲。通过应用傅氏定理，这两个脉冲在负载上的组合提供了基本矩形的合成脉冲，所述脉冲具有上升斜线、平台(plateau)和下降斜线。然而作者建议这种脉冲的平台具有上升或下降斜率，这种脉冲可最佳适用于例如氢聚变(轴向缩颈机)、快速射线照相(强X辐射)、又或大功率微波的一些应用。

该文章建议可通过改变变化模块的电感、例如通过改变将电容器与负载连接的导线的宽度来调节平台斜率。然而，该方法具有以下缺点：导致模块电感下降的导线宽度的增大由于体积和导线间绝缘的原因而被限制。此外，导线宽度的减小降低了最大容许功率，以及由于电感增大而增大了脉冲宽度，因此破坏了发生器的性能。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种LTD型发生器，所述发生器适用于传送四边形形状的大功率脉冲，其中脉冲的平台斜率可被调节而不具有现有技术的缺点。

本发明的目的在于提供的这种发生器能够保持最佳输出性能，更具体地保持最佳输出功率。

本发明的目的还在于在提供的这种发生器中，可无改动地、更具体地不增加发生器的电感而实施脉冲形状的调节。

本发明的目的还在于在提供的这种发生器中，可容易地实施脉冲的平台斜率调节而无需加工或改变发生器零件。

本发明的目的还在于这种发生器的调节可在制造结束时执行，同时保留最多的标准零件。

为此，本发明涉及一种大功率脉冲发生器，其包括：

-第一功率模块组，即标准模块组，每个标准模块包括开关，即标准开关，所述标准开关设置有触发电极并且与具有第一电容值的至少一个电容器串联布置，所述标准模块适用于在开关闭合时产生具有第一频率的脉冲，

-第二功率模块组，即变化模块组，每个变化模块包括开关，即变化开关，所述变化开关设置有触发电极并且与具有第二电容值的至少一个电容器串联布置，所述变化模块适用于在开关闭合时产生具有第二频率的脉冲，所述第二频率基本为第一频率的三倍，

-包括磁核的心核，所述磁核包括至少一个铁磁环，所述至少一个铁磁环适用于在与所述铁磁环同心的负载中实施由标准模块和变化模块产生的脉冲的和，并且得到包括上升斜线、平台和下降斜线的基本四边形的合成脉冲，

-适用于通过应用于触发电极的触发信号来控制标准开关和变化开关的触发装置，

其特征在于，所述触发信号通过与开关的触发电极连接的触发阻抗被应用至开关，变化开关的触发阻抗、即变化阻抗与标准开关的触发阻抗、即标准阻抗不同，以及脉冲的平台斜率取决于标准阻抗值和变化阻抗值之间的差值。

为了试图解决所有其它问题，在开关触发的时间快进(gigot)的情况下，发明人意外观察到变化开关的触发脉冲的变化对脉冲的平台斜率存在影响。发明人还观察到影响参数为变化开关与标准开关之间的触发阻抗值的差值。由于该意外的技术影响，现在可实施能够提供平台斜率可调节的大功率四边形脉冲的脉冲发生器而无需改变功率模块的结构。脉冲的简单改变还能够根据所考虑的用途来使脉冲发生器适用，例如对于轴向缩颈机采用上升平台脉冲发生器。