一种具有低抖动度的高压脉冲发生器的制作方法

本实用新型涉及脉冲功率技术领域，具体涉及一种具有低抖动度的高压脉冲发生器。

背景技术：

高压脉冲发生器是一种常用的仪器，在科学研究中具有广泛的应用，作为触发系统，在大型脉冲功率装置中更是有着重要作用。高压脉冲发生器主要由高压电源、储能部分、开关和控制电路组成。其中最为核心的器件是开关，开关的击穿特性对整个高压脉冲发生系统具有至关重要的作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，解决现有的高压脉冲发生器在工作时其延时抖动过大，稳定性较差的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，包括外筒和盖板，在外筒和盖板所形成的腔体内安装有结构相同的气体开关一、气体开关二、接地板、中心连接片，所述中心连接片设置在气体开关一和气体开关二之间，气体开关一的触发连接杆通过接地电阻A连接中心连接片，中心连接片通过接地电阻B连接气体开关二的触发连接杆，气体开关二的触发连接杆通过接地电阻C连接接地板；

所述气体开关一或气体开关二包括构成密闭腔室的开关正电极、开关负电极和开关绝缘筒，开关正电极与开关负电极均向对侧呈椭圆状突起且在两者之间设置有开关触发极，所述开关触发极的两端分别固定在开关绝缘筒内侧的凸台和触发极压环上，开关触发极两端呈椭圆状向中心凹陷且分别与开关正电极和开关负电极之间形成间隙，所述间隙随着开关触发极两端的凹陷曲线变化并朝靠近开关触发极中心的方向逐渐缩小，所述开关触发极的中心还设置有一个圆形孔，在开关绝缘筒上设置有开关气嘴、触发连接杆，所述触发连接杆通过绝缘螺母固定在开关绝缘筒上。本实用新型的主要改进之处是采用两个具有低抖动的气体开关，即结构相同且为对称结构气体开关一、气体开关二，本实用新型的气体开关结构，相比现有技术大大缩小了正负电极之间的间距，使得开关导通时间更短，具有较低的延时抖动；再基于Marx结构使得脉冲发生器在工作时开关击穿电压更加稳定；再通过接地电阻C的接地，使得开关触发极在充电的过程中保持稳定的地电位，开关工作更加稳定。以此解决了现有的高压脉冲发生器在工作时其延时抖动过大，稳定性较差的问题。

气体开关结构具有低的延时抖动的原理如下：开关正电极与开关负电极均向对侧呈椭圆状突起，同时将开关触发极设置在开关正电极与开关负电极之间，开关触发极两端呈椭圆状向中心凹陷，随着开关触发极两端的凹陷曲线变化，开关触发极与所述的两个开关电极之间的间隙朝靠近开关触发极中心的方向逐渐缩小，这样开关触发极设置有圆形孔的辐射端无限靠近开关正电极与开关负电极的触发端部，最末端的间隙达到最小；以上结构使得充电过程中开关电极间电场分布更加均匀，开关触发极中心的圆形孔与开关正电极、开关负电极的椭圆状突起配合形成的环形辐射通道相比现有技术间隙更加小，使得自击穿电压偏差更小，一定安全系数下工作自击概率更小，放电性能也因此更加稳定，以此可达到更低的延时抖动。

在外筒和盖板所形成的腔体内还设置有电容器组一、电容器组二、电容器组三、电容器组四，其中电容器组一、气体开关一、电容器组二、电容器组三、气体开关二、电容器组四依次连接形成回路；在盖板上还设置有输出电缆，所述的电容器组一通过输出片连接输出电缆，输出片并通过大接地电阻连接盖板，盖板通过连接杆与接地板连接且同时接地，所述的电容器组二与电容器组三通过中心连接片连接，所述的电容器组四连接接地板。进一步的，本实用新型在接地板上连接有并联的电容器组四，在电容器组四上连接有气体开关二，在气体开关二上连接有并联的电容器组三，在电容器组三上通过中心连接片连接有并联的电容器组二，中心连接片通过接地电阻B和接地电阻C连接接地板，在电容器组二上连接有气体开关一，在气体开关一上连接有并联的电容器组一，电容器组一连接输出片，输出片一路通过大接地电阻连接在盖板上，一路通过输出电缆上输出。通过以上结构使得电容和开关依次叠放在接地板上，充电电阻、磁环、接地电阻以及气管分布在连接杆之间的空余位置，这样的布局相当的紧凑合理，进一步节省了高压脉冲发生器的空间。

在外筒和盖板所形成的腔体内还设置有磁环，在盖板上设置有触发绝缘座，触发绝缘座上固定有触发输入端，所述触发输入端为同轴结构，其内外芯分别连接磁环的初级连接线X端和初级连接线Y端，所述磁环的次级连接线X端通过触发电阻连接在气体开关二的触发连接杆上，磁环的次级连接线Y端连接在接地板上。进一步的，触发输入端与盖板之间通过触发绝缘座实现绝缘，使得前级触发不会受到该脉冲发生器的地电位干扰；将触发输入端与触发极通过变压器连接，并且连接不共地，使得低压端不会受到高压端地电位影响，因而具有强抗地电位干扰能力，变压器为升压变压器，增加了触发电压，使开关的触发更加稳定。

在盖板上还设置有正充电桩、负充电桩，所述气体开关一和气体开关二的开关正电极均通过正充电电阻连接正充电桩、开关负电极均通过负充电电阻连接负充电桩。本实用新型相比现有技术，在气体开关与充电桩之间增加充电电阻，可有效防止电桩在过电时，电流过大将气体开关击穿。

优选的，所述的外筒内壁上还设置有绝缘筒。本实用新型金属外筒和盖板所形成的密闭空间可有效将外部电磁干扰屏蔽，通过在外筒的内壁上紧贴设置一层绝缘筒，进一步提高了脉冲发生器的抗电磁干扰能力。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，采用了两个新的、结构相同且为对称结构气体开关一、气体开关二，通过设置新的气体开关结构，开关正电极与开关负电极均向对侧呈椭圆状突起，同时将开关触发极设置在开关正电极与开关负电极之间，开关触发极两端呈椭圆状向中心凹陷，这样使得开关触发极的辐射端无限靠近开关正电极与开关负电极的触发端部，开关触发极中心的圆形孔与开关正电极、开关负电极的椭圆状突起配合形成环形辐射通道，相比现有技术，该辐射通道的间隙更加小，使得自击穿电压偏差更小，开关导通时间更短，一定安全系数下工作自击概率更小，放电性能也因此更加稳定，以此可达到更低的延时抖动；

2、本实用新型一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，电容和开关依次叠放在接地板上，充电电阻、磁环、接地电阻以及气管分布在连接杆之间的空余位置，这样的布局相当的紧凑合理，进一步节省了高压脉冲发生器的空间；

3、本实用新型一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，触发输入端与盖板之间通过触发绝缘座实现绝缘，使得前级触发不会受到该脉冲发生器的地电位干扰；将触发输入端与触发极通过变压器连接，并且连接不共地，使得低压端不会受到高压端地电位影响，因而具有强抗地电位干扰能力，变压器为升压变压器，增加了触发电压，使开关的触发更加稳定；

4、本实用新型一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，通过金属外筒和盖板所形成的密闭空间，以及在外筒的内壁上紧贴设置一层绝缘筒，保证了本实用新型具有强抗外界电磁干扰能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型高压脉冲发生器等效电路图；

图2为本实用新型高压脉冲发生器新结构开关结构示意图；

图3为本实用新型高压脉冲发生器俯视图；

图4为图3中A-A向剖视图；

图5为图3中B-B向剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-开关正电极，2-开关气嘴，3-开关绝缘筒，4-开关触发极，5-触发连接杆，6-绝缘螺母，7-触发极压环，8-开关负电极，9-连接杆，10-正充电桩，11-油塞，12-进气孔，13-负充电桩，14-输出电缆固定座，15-出气孔，16-盖板，17-触发绝缘座，18-输出电缆，19-输出片，20-电容器组一，21-出气管，22-气体开关一，23-开关出气孔，24-电容器组二，25-中心连接片，26-电容器组三，27-负充电电阻，28-气体开关二，29-电容器组四，30-进气管，31-开关进气孔，32-正充电电阻，33-触发输入端，34-大接地电阻，35-初级连接线X端，36-初级连接线Y端，37-接地电阻A，38-外筒，39-磁环，40-次级连接线X端，41-触发电阻，42-次级连接线Y端，43-绝缘筒，44-接地电阻B，45-接地电阻C，46-接地板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1～5所示，本实用新型一种具有低抖动度的高压脉冲发生器，包括外筒38和盖板16，在外筒38和盖板16所形成的腔体内安装有结构相同的气体开关一22、气体开关二28、接地板46、中心连接片25，所述中心连接片25设置在气体开关一22和气体开关二28之间，气体开关一22的触发连接杆5通过10W/1MΩ的接地电阻A37连接中心连接片25，中心连接片25通过10W/1MΩ的接地电阻B44连接气体开关二28的触发连接杆5，气体开关二28的触发连接杆5通过10W/1MΩ的接地电阻C45连接接地板46；所述气体开关一22或气体开关二28包括构成密闭腔室的开关正电极1、开关负电极8和开关绝缘筒3，开关正电极1与开关负电极8之间的间距较小，为2mm，开关正电极1与开关负电极8均向对侧呈椭圆状突起且在两者之间设置有开关触发极4，所述开关触发极4的两端分别固定在开关绝缘筒3内侧的凸台和触发极压环7上，开关触发极4两端呈椭圆状向中心凹陷且分别与开关正电极1和开关负电极8之间形成间隙，所述间隙随着开关触发极4两端的凹陷曲线变化并朝靠近开关触发极4中心的方向逐渐缩小，所述开关触发极4的中心还设置有一个圆形孔，在开关绝缘筒3上设置有开关气嘴2、触发连接杆5，所述触发连接杆5通过绝缘螺母6固定在开关绝缘筒3上。选用SF6气体作为工作气体，一个大气压下，自击穿电压约为8.5kV，偏差不超过±0.3kV，工作稳定，正负电极之间间距较小，可使得开关击穿电压更加稳定，同时具有较低的延时抖动，为±2ns。

在外筒38和盖板16所形成的腔体内还设置有电容器组一20、电容器组二24、电容器组三26、电容器组四29，其中电容器组一20、气体开关一22、电容器组二24、电容器组三26、气体开关二28、电容器组四29依次连接形成回路；在盖板16上还设置有输出电缆18、输出电缆固定座14，所述的电容器组一20通过输出片19连接输出电缆18，输出片19并通过大接地电阻34连接盖板16，盖板16通过连接杆9与接地板46连接且同时接地，所述的电容器组二24与电容器组三26通过中心连接片25连接，所述的电容器组四29连接接地板46。在外筒38和盖板16所形成的腔体内还设置有磁环39，在盖板16上设置有触发绝缘座17，触发绝缘座17上固定有触发输入端33，所述触发输入端33为同轴结构，其内外芯分别连接磁环39的初级连接线X端35和初级连接线Y端36，所述磁环39的次级连接线X端40通过10W/50Ω的触发电阻41连接在气体开关二28的触发连接杆5上，磁环39的次级连接线Y端42连接在接地板46上。

触发输入端与盖板之间通过绝缘座实现绝缘，使得前级触发不会受到该脉冲发生器的地电位干扰，变压器为升压变压器，增加了触发电压，使开关的触发更加稳定。在盖板16上还设置有正充电桩10、负充电桩13，所述气体开关一22和气体开关二28的开关正电极1均通过正充电电阻32连接正充电桩10、开关负电极8均通过负充电电阻27连接负充电桩13。在盖板16上还设置有进气孔12和出气孔15，开关绝缘筒3上的开关气嘴2分为开关进气嘴31和开关出气嘴32，开关进气嘴31通过进气管30连接进气孔12，开关出气嘴32通过出气管21连接出气孔15。以上结构使得开关一和开关二的气管并联，让两开关的气体压力保持一致，稳定性更高。所述的盖板上设置有注油孔和与注油孔匹配的油塞11。

本实用新型的工作原理为：通过正充电电阻32对电容器组二24和电容器组四29充+8kV，通过负充电电阻27对电容器组一20和电容器组三26充-8kV。未施加外触发时，两个主开关的开关触发极4处于零电位。当触发输入端33电压幅值约-5kV时，通过磁环39构成的升压变压器施加在气体开关二28的开关触发极4上，由于开关触发极4和开关正电极1电位极性相反，超过SF6气体的击穿电压，使开关触发极4和开关正电极1导通放电，随后气体开关一22在过压下自击穿放电，电容器两端电压差不能突变，以至于输出片19与接地板46之间的电位差达到32kV。再经过输出电缆输出，在输出端上由于开路发生反射，形成64kV的高压脉冲输出。

输出脉宽：T＝2L/v，

上式中L为输出电缆的总长度，在实施例中输出电缆长10米。v为电压波在电缆中的传播速度，约为0.2m/ns，理论上脉宽约为100ns。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。