[发明专利]一种基于磁开关的高功率脉冲后沿陡化电路

说明书

本发明公开了一种基于磁开关的高功率脉冲后沿陡化电路，目的是解决脉冲后沿过长的问题。技术方案是在基于MOV的近方波脉冲产生电路的负载Z两端并联一个磁开关MS，磁开关MS未饱和时电感很大，相当于断路；磁开关MS饱和时电感很小，相当于短路，利用磁开关MS饱和前后电感量突变的特性实现对负载Z上得到的近方波脉冲后沿的陡化。本发明可以实现脉冲后沿的陡化，解决脉冲后沿过长的问题，且结构简单易于实现，可应用于多种工作场合。

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，尤其涉及一种基于磁开关的高功率脉冲后沿陡化电路。

背景技术

金属氧化物压敏电阻(Metal-Oxide Varistor,MOV)具有非线性伏安特性，主要用于限制电路中出现的瞬态过电压。基于MOV的电压钳位作用，可以将其用于脉冲功率领域中近方波脉冲的产生。

美国研究人员M.C.Clark在其学术论文“A New,Compact Pulsed Power SystemBased on Surge Arrestor Technology”【IEEE Pulsed Power Conference,2009,pp:938-943】(《一种基于浪涌避雷器技术的新型紧凑化脉冲功率系统》【2009年国际脉冲功率会议论文集，第938-943页】)中介绍了一种基于MOV的近方波脉冲产生电路，其电路如图1所示。该电路由储能电容C₁、MOV、电感L₁、负载Z、放电开关S₁以及撬断开关S₂组成。MOV与负载Z是并联关系；在储能电容C₁和MOV之间串联接有放电开关S₁和电感L₁，在MOV和负载Z之间串联接有撬断开关S₂。其工作过程为：先将储能电容C₁充电至目标电压，然后放电开关S₁被触发导通。放电开关S₁导通以后，储能电容C₁开始放电，经过MOV的电压钳位作用以及撬断开关S₂的脉冲前沿陡化作用，在负载Z上得到近方波脉冲输出。

上述电路虽然能够产生近方波脉冲，但是存在脉冲后沿过长的缺点。

发明内容

本发明是针对背景技术中提到的脉冲后沿过长问题，提出一种基于磁开关的高功率脉冲后沿陡化电路，能够有效陡化脉冲后沿。

本发明的解决方案是：以背景技术的电路为基础，在负载Z两端并联一个磁开关MS。其电路如图2所示，其中虚线框内近方波脉冲产生电路的实现方式与背景技术相同。磁开关MS的相关参数满足以下公式：V_N·T≈N·ΔB·S，其中V_N是MOV的压敏电压，单位为伏特；T是近方波脉冲产生电路所产生的近方波脉冲的脉宽，单位为秒；N是磁开关MS绕组的匝数，是一个常数，没有单位；S是磁开关MS中磁芯的横截面积，单位为平方米；ΔB是磁开关MS中磁芯从初始状态变成饱和状态所对应的磁感应强度变化量，单位为特斯拉。磁开关MS未饱和时电感很大，相当于断路；磁开关MS饱和时电感很小，相当于短路；故利用磁开关MS饱和前后电感量突变的特性可以实现对脉冲后沿的陡化。磁开关MS的形状、尺寸和实现方式均没有要求，但要求磁开关MS的饱和电感尽量小(小于500纳亨)。本发明应为单脉冲工作，工作一次(即储能电容C₁放电结束)结束后应当对磁开关MS进行复位，复位之后可进行下一次工作。复位方式不作要求，只需使得磁开关MS恢复到初始状态(即磁开关MS被磁化前的状态)即可。

本发明的工作过程为：近方波脉冲产生电路的工作过程与背景技术相同，当近方波脉冲加载到负载Z上之后，磁开关MS的磁芯开始被逐渐磁化，磁开关MS从未饱和状态向饱和状态转化。当磁开关MS完全饱和之后，将负载Z上的电压快速拉低至零电位，从而实现对脉冲后沿的陡化。

本发明的优点是：1.本发明可以实现脉冲后沿的陡化，解决脉冲后沿过长的问题；2.结构简单易于实现；3.由于磁开关MS受电压限制较小，使得本发明可应用于多种工作场合。