[发明专利]基于初级脉冲源充电的快响应电脉冲触发系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够产生高电压、快前沿、长脉宽电脉冲的快响应触发系统及方法，应用于大型脉冲功率装置中同初级脉冲源(Marx或LTD发生器)工作时序相关联的各类受控脉冲高压开关的电脉冲触发(包括主开关、能量转移开关等)。

背景技术

在国际现有大型脉冲功率装置中，多级脉冲压缩已成为一种普遍采用的技术途径，如Saturn、Z、ZR、PTS、闪光-II、强光一号等装置，其中主开关工作特性成为脉冲压缩过程中的核心部件，如何有效控制其导通时刻直接决定着主开关工作性能评价。一般情况下，装置设计要求主开关在初级脉冲源为下游传输线充电至90％～95％峰值时间段内导通，以提高装置整体能量转化效率。因此，主开关同初级脉冲源之间具有明确的时间关联性，即初级脉冲建立特定时间后导通。与主开关具有类似要求的还有近年来出现的用于保护初级脉冲源的能量转移开关。针对这类用途需求，目前各类装置中多采用触发类型开关，对于多路同步要求非常高的装置中多采用激光触发，但激光触发系统结构复杂、成本高昂；而较为常见的则是电脉冲触发类型，其触发系统具有结构简单、成本低廉、维护方便等优点，但要求其响应快且输出电压脉冲具有高电压(数百千伏)、快前沿(数纳秒)、长脉宽(数百纳秒)等特点。因此，同初级脉冲源时序相关联受控开关的电脉冲触发系统成为大型脉冲功率装置研制领域一个重要的研究内容。

目前，国内外已研制成功的用于同初级脉冲源时序相关联受控开关(主要是主开关和能量转移开关)触发的电脉冲触发系统主要分为两类，一类是触发系统与初级脉冲源完全独立，此种情况下，触发系统初始信号源自于控制时序用的同步机，一般为几十伏低压信号，例如：在尹佳辉、孙凤举、邱爱慈等人的《多组多路输出100kV快前沿电脉冲触发系统》(强激光与粒子束2008年第20卷第12期)中，介绍了一种从同步机几十伏信号经4级放大至100kV的触发系统，最后通过电缆引出至高阻负载，其触发电压可达180kV，触发信号最短延迟时间约305ns；另一类是触发系统初始信号源自于初级脉冲源，此种情况下，初级脉冲源充当了同步机的功用，通过采样比较电路为触发系统提供几伏至十几伏量级的触发信号，其特点是初级脉冲源同受控开关时序直接相关联，例如，在杨莉、程亮、黄建军等人的《闪光二号加速器气体主开关同步触发系统》(强激光与粒子束2007年第19卷第6期)中，介绍了一种利用比较电路从发生器获取十几伏触发信号，而后经过3级放大至100kV的触发系统，触发信号最短延迟时间约440ns；在D.M.Barrett的《Trigger system for the EAGLE pulsed power research facility》(3^rd IEEE International Pulsed Power Conference,Albuquerque,New Mexico,1981,pp.206-209)中，同样介绍了一种利用比较电路从Marx发生器获取5V初始信号，后经3级放大至140kV的触发系统，触发信号最短延迟时间约510ns。由上可知，无论采用上述何种方案，现有触发系统均需要将几伏至几十伏的信号逐级放大至数百千伏，由此带来以下三方面的问题：第一，由于现有技术尚不能实现将几伏至十几伏的信号直接放大至数百千伏，一般均采用3～4甚至更多级信号放大电路，而每一级均会引入一定的时间延迟，因此大大增加了该类触发系统的整体时延，不利于快响应触发系统的研制；第二，随着放大级数的增多，触发系统结构复杂化，降低了系统工作可靠性，同时增大了日常维护难度。第三，对于上文所述第一类触发系统，当初级脉冲源处于非正常工作模式时(如发生故障)，触发系统与初级脉冲源工作时序将会被破坏，对装置运行的可靠性构成严重危险。而对于上文所述第二类触发系统，通过采样比较电路从发生器几十甚至上百千伏信号中获取几伏的初始触发信号本身存在着较大的偏差，同时该信号容易受到强电磁环境的干扰，不利于触发系统时序控制。

发明内容

为克服现有电脉冲触发系统中电路放大级数多、触发时延大、同初级脉冲源获取触发信号单元结构复杂且信号幅值低易受干扰等方面存在的不足，本发明提供了一种基于初级脉冲源充电的快响应电脉冲触发系统及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于初级脉冲源充电的快响应电脉冲触发系统，其特殊之处在于：

包括装有变压器油的箱体19、浸置于变压器油内的触发信号模块20；