[发明专利]一种降低磁开关饱和电感的电路结构及磁开关

说明书

本发明属于脉冲功率技术领域，公开了一种降低磁开关饱和电感的电路结构及磁开关，磁开关包括主绕组，磁芯，附属绕组，陡化电容以及负载。附属绕组绕制在磁芯上；陡化电容的正极与负极分别与附属绕组的两端电连接。本发明通过增加附属绕组与陡化电容的方式，磁开关饱和之后主绕组磁场与陡化电容磁场方向相反，通过降低主绕组内磁通量进而减小饱和电感的目的，能够将主绕组电感降低至自身结构电感之下。本发明提供的降低磁开关饱和电感的电路结构，结构简单，方便实现或进行现有装置的改造。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种降低磁开关饱和电感的电路结构及具有该电路结构的磁开关。

背景技术

磁开关是脉冲功率技术领域现阶段唯一的一种固态大功率导通开关，耐压及通流能力极强，是固态化脉冲功率装置的首选主开关。较为常见的应用场合包括作为脉冲形成线的放电开关，目的是在负载上形成上升沿较快、具有一定平顶的方波脉冲。在形成线充电阶段，磁开关处于非饱和状态，此时磁开关发挥关断作用，其目的是保证形成线被充到预定电压且负载上不出现预脉冲；随着形成线充电过程的进行，其充电电压与充电时间之积达到磁开关固有伏秒积时，磁芯饱和，此时磁开关切换到导通状态，其作用是将形成线储存的能力向负载释放。

磁开关作为脉冲形成线主开关时，为获得较快的输出脉冲上升前沿，需减小磁开关的饱和电感。而为了压制预脉冲，又希望增大其非饱和电感。由于关断与导通过程共用同一绕组，导致两种需求是相互矛盾的。实际使用中，通常需要减小绕组匝数，牺牲负载预脉冲以达到减小饱和电感的目的。众所周知，电感的大小与绕组匝数及通过绕组中的磁通量成正比，要想同时获得较低的预脉冲比重以及较快的上升前沿，需要引入新的机制。

发明内容

为了解决现有磁开关无法兼顾磁开关关断与导通性能，同时获得较低预脉冲以及较快上升沿的问题，本发明提出了一种降低磁开关饱和电感的电路结构，兼顾磁开关关断与导通性能，采用增加附属绕组与陡化电容的方法，使得将预脉冲抑制在较低水平的同时，在磁芯导通之后通过附属陡化电容的作用，将磁开关饱和电感也降至较低水平。

该方法的核心思想是：将形成线充电过程中的漏电流的能量储存起来，而后在主脉冲到来时，利用储存起来的能量对主脉冲进行前沿的陡化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种降低磁开关饱和电感的电路结构，其特殊之处在于：包括附属绕组与陡化电容；上述附属绕组用于绕制在磁开关磁芯上，上述陡化电容的正极与负极分别与附属绕组的两端电连接。

本发明还提供一种磁开关，包括磁芯与绕制在磁芯上的主绕组；上所述主绕组的输入端用于连接前级，输出端用于连接负载；此处前级可以是脉冲形成线；

其特殊之处在于：还包括附属绕组与陡化电容；

上述附属绕组绕制在磁芯上；上述陡化电容的正极与负极分别与附属绕组的两端电连接；主绕组为磁开关绕组，附属绕组与陡化电容相结合发挥降低磁开关饱和电感的作用。

进一步地，为了提高磁开关性能，上述磁芯材料采用铁基纳米晶带材。

工作过程如下：

充电过程中，较小的漏电流流过主绕组，此时磁芯处于非饱和态，漏电流的能量通过磁芯耦合至附属绕组，并储存在陡化电容内；

随着充电完成，磁芯饱和，前级开始通过主绕组向负载放电，与此同时，陡化电容开始反向放电。陡化电容放电产生的磁场会有部分沿磁芯而通过主绕组，并且该磁场方向与主绕组内磁场方向相反。从而达到减小主绕组内磁通量进而减小饱和电感的目的。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过增加附属绕组与陡化电容的方式，磁开关饱和之后主绕组磁场与陡化电容磁场方向相反，通过降低主绕组内磁通量进而减小饱和电感的目的，能够将主绕组电感降低至自身结构电感之下；