[发明专利]一种基于光导开关的核电磁脉冲模拟器脉冲源

说明书

本发明公开了一种基于光导开关的核电磁脉冲模拟器脉冲源，采用脉冲变压器升压电路拓扑结构，包括初级储能电路和次级脉冲形成电路，脉冲变压器的初级储能电路中采用IGBT释放初级储能电容上的能量，脉冲变压器升压对次级脉冲形成电容充电，次级脉冲形成电容通过光导开关对负载天线放电；本发明的具有宽范围电压幅值调节能力和良好波形一致性的高功率电磁脉冲模拟器脉冲源可以满足不断完善的强电磁脉冲效应现场试验考核和易损性评估的现实需求，特别是针对在役和固定设备、高集群度设备、交通便捷度差以及检验时间窗口短的应用需求。

技术领域

本发明属于工业应用领域，具体涉及到高空核电磁脉冲产生技术。

背景技术

高空核电磁脉冲(HEMP)上升沿快、频带幅度大，非常容易与电子学设备等发生耦合，导致电子学设备内部电路、电子元器件、射频传感器等受到损伤、扰乱、干扰等复杂效应现象。此外，现代电子设备的生产和使用越来越多，设备间的电磁干扰也越来越强，使用环境也越来越恶劣，对电子设备的抗干扰要求也越来越高。电磁脉冲模拟器是研究电磁脉冲对电子学设备损伤机制的关键设备。

传统的电磁脉冲模拟器脉冲源一般采用Marx发生器技术路线，采用Marx发生器对脉冲形成电容充电，达到峰值后脉冲形成电容对负载放电。为避免Marx发生器能量耦合至负载，通常在Marx输出端串联数十μH电感。Marx发生器中开关一般选用气体开关，为了减小开关间距获得快前沿，脉冲形成开关一般采用绝缘强度高的SF₆气体，通过调整开关气压可在一定程度上调整输出幅值，但是输出电压调节范围较小；而且会影响脉冲源输出特性稳定性。不适合应用于电子设备的抗电磁脉冲损伤阈值检测研究。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于光导开关的采用脉冲变压器升压电路拓扑结构的电磁脉冲模拟器脉冲源，以实现输出电压幅值连续可调。

一种基于光导开关的核电磁脉冲模拟器脉冲源，采用脉冲变压器升压电路拓扑结构，包括初级储能电路和次级脉冲形成电路，脉冲变压器的初级储能电路中采用IGBT释放初级电容上的能量，脉冲变压器升压对次级脉冲形成电容充电，次级脉冲形成电容通过光导开关对负载天线放电，次级脉冲形成电容和回路电感值需满足下述公式：

其中：R_L为负载电阻，L为脉冲形成单元的回路电感，C_f为脉冲形成电容。

在上述技术方案中，所述电路拓扑结构由初级充电电源、初级储能电容、初级回路电阻、初级回路分布电感、初级放电开关、脉冲变压器、次级脉冲形成电容、次级放电开关以及负载天线组成，所述初级放电开关为IGBT，所述次级放电开关为光导开关。

在上述技术方案中，初级充电电源的两端连接到IGBT的两端，IGBT、初级储能电容、初级回路电阻、初级回路分布电感相互串联到脉冲脉冲变压器的初级线圈两端；次级线圈两端通过电感连接到光导开关两端，光导开关、次级脉冲形成电容相互串联后将能量释放到负载天线。

在上述技术方案中，忽略初级电阻和次级回路电阻脉冲变压器初级电流i1(t)、次级电流i2(t)、初级储能电容电压V1(t)、脉冲形成电容电压V2(t)记为：

耦合系数为k：

其中：V0、L1、L2、S、S1、S2、ω1、ω2；V₀为对初级储能电容充电电压值，L₁和L₂分别为脉冲变压器初级和次级电感值，C₁是初级储能电容的容值，C₂是次级脉冲形成电容的容值。

在上述技术方案中，变压器工作在谐振状态，ω1＝ω2；初级开关IGBT采用冷阴极触发管。