具有可调节斜率的基本四边形形状的大功率脉冲的发生器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LTD ( “直线型变压器驱动源”)系列的大功率脉冲发生器，更具体地涉及能够提供四边形形状的脉冲的发生器，其中脉冲上部的斜率是可调节的。
【背景技术】
[0002]“大脉冲功率”的技术领域所使用的发生器能够提供几百万伏特的电压和几百万安培的电流强度的极短脉冲。已知的发生器例如马克思发生器，在马克思发生器中借助于称为开关的受控放电器来使电容器并联充电以及串联放电。这种开关例如在法国专利申请FR2879842中是已知的，可参考该专利申请以得到这种开关的更详细的描述。
[0003]最近使用由多个模块构成的“直线型变压器驱动源”或LTD型的发生器，每个模块包括在两个电容器之间串联布置的开关，当开关闭合时，使电容器并联充电和串联放电，如此产生的电流脉冲与所有其它模块的电流脉冲和，以形成大功率脉冲。然而，这些脉冲通常具有几乎为正弦曲线的形状，对于一些应用，需要具有基本四边形或梯形形状的脉冲。
[0004]已知由KM，MAZARAKIS等人发表在2012年4月3号的第15期Physical ReviewSpecial Topics-Accelerators and Beams杂志中的“Square pulse linear transformerdriver”一文中，LTD型发生器包括两个功率模块组，其中第一标准模块组包括具有第一电容值的一对电容器，所述电容器适用于产生第一频率的脉冲，以及第二变化模块组包括具有第二电容值的一对电容器，所述电容器适用于在开关闭合时产生频率为第一频率三倍的脉冲。通过应用傅氏定理，这两个脉冲在负载上的组合提供了基本矩形的合成脉冲，所述脉冲具有上升斜线、平台(plateau)和下降斜线。然而作者建议这种脉冲的平台具有上升或下降斜率，这种脉冲可最佳适用于例如氢聚变(轴向缩颈机)、快速射线照相(强X辐射)、又或大功率微波的一些应用。
[0005]该文章建议可通过改变变化模块的电感、例如通过改变将电容器与负载连接的导线的宽度来调节平台斜率。然而，该方法具有以下缺点:导致模块电感下降的导线宽度的增大由于体积和导线间绝缘的原因而被限制。此外，导线宽度的减小降低了最大容许功率，以及由于电感增大而增大了脉冲宽度，因此破坏了发生器的性能。
【发明内容】
[0006]因此本发明的目的在于提供一种LTD型发生器，所述发生器适用于传送四边形形状的大功率脉冲，其中脉冲的平台斜率可被调节而不具有现有技术的缺点。
[0007]本发明的目的在于提供的这种发生器能够保持最佳输出性能，更具体地保持最佳输出功率。
[0008]本发明的目的还在于在提供的这种发生器中，可无改动地、更具体地不增加发生器的电感而实施脉冲形状的调节。
[0009]本发明的目的还在于在提供的这种发生器中，可容易地实施脉冲的平台斜率调节而无需加工或改变发生器零件。
[0010]本发明的目的还在于这种发生器的调节可在制造结束时执行，同时保留最多的标准零件。
[0011]为此，本发明涉及一种大功率脉冲发生器，其包括:
[0012]-第一功率模块组，即标准模块组，每个标准模块包括开关，即标准开关，所述标准开关设置有触发电极并且与具有第一电容值的至少一个电容器串联布置，所述标准模块适用于在开关闭合时产生具有第一频率的脉冲，
[0013]-第二功率模块组，即变化模块组，每个变化模块包括开关，即变化开关，所述变化开关设置有触发电极并且与具有第二电容值的至少一个电容器串联布置，所述变化模块适用于在开关闭合时产生具有第二频率的脉冲，所述第二频率基本为第一频率的三倍，
[0014]-包括磁核的心核，所述磁核包括至少一个铁磁环，所述至少一个铁磁环适用于在与所述铁磁环同心的负载中实施由标准模块和变化模块产生的脉冲的和，并且得到包括上升斜线、平台和下降斜线的基本四边形的合成脉冲，
[0015]-适用于通过应用于触发电极的触发信号来控制标准开关和变化开关的触发装置，
[0016]其特征在于，所述触发信号通过与开关的触发电极连接的触发阻抗被应用至开关，变化开关的触发阻抗、即变化阻抗与标准开关的触发阻抗、即标准阻抗不同，以及脉冲的平台斜率取决于标准阻抗值和变化阻抗值之间的差值。
[0017]为了试图解决所有其它问题，在开关触发的时间快进(gigot)的情况下，发明人意外观察到变化开关的触发脉冲的变化对脉冲的平台斜率存在影响。发明人还观察到影响参数为变化开关与标准开关之间的触发阻抗值的差值。由于该意外的技术影响，现在可实施能够提供平台斜率可调节的大功率四边形脉冲的脉冲发生器而无需改变功率模块的结构。脉冲的简单改变还能够根据所考虑的用途来使脉冲发生器适用，例如对于轴向缩颈机采用上升平台脉冲发生器。
[0018]有利地根据本发明，标准开关和变化开关的触发阻抗中的每个都包括至少一个触发电阻，即分别为标准电阻和变化电阻。而且，(标准和变化)模块的触发阻抗基本由纯电阻构成，但是还可包括串联的电感，对于相同或不同的电感值，标准电阻和变化电阻具有不同阻值，反之亦然。然而实际上，触发阻抗为电阻。
[0019]有利地根据本发明，大于确定阈值的标准电阻和变化电阻之间的差值确定了脉冲平台的增大斜率。阈值取决于多个参数，例如发生器的结构(变化模块的数量/标准模块的数量)、使用的开关的类型和尺寸以及流经开关的电流。在该情况下，流经变化模块开关的电流(由于电容器的容量较小而)小于流经标准开关的电流。标准电阻和变化电阻之间的差值的阈值由能够得到基本水平的脉冲平台的差值来确定。此外，小于在标准电阻和变化电阻之间的确定阈值的差值确定了脉冲平台的减小的斜率。
[0020]标准模块和变化模块还可使用不同的开关。通过使用可适用于流经每个模块的电流的开关，确定阈值通常为零，并且小于标准电阻的变化电阻能够得到脉冲平台的增大的斜率。
[0021]而且，在用于两个变化模块的包括例如六个标准模块的现有技术的脉冲发生器中，两个电阻的改变足以确定输出脉冲的形状。
[0022]有利地根据本发明，触发电阻由粘合的碳棒形成。通过使用粘合碳式固体电阻，可得到低成本的具有精确阻值的电阻。可以理解，该类型发生器中还可使用其它类型的电阻，如填充有电解质溶液的管道形成的液体电阻，所述电解质例如溴化钾或硫酸铜，又或由装填有碳颗粒的弹性材料圆柱体形成的电阻。这些电阻为液体或弹性的，材料的长度、截面和电阻率确定电阻值。
[0023]有利地根据本发明，脉冲的平台斜率还取决于在标准开关和变化开关的闭合时亥IJ，所述标准开关和变化开关的输入寄生电容的差值。还观察到触发电极的寄生电容、即触发电容和地线之间的电容可对脉冲的平台斜率产生较小程度的影响。事实上，为了闭合开关，触发信号需为该电容充电，直到达到触发电极和其中一个开关电极之间的击穿电压。该充电通过触发电阻到达该电容值，如触发电阻的阻值，该充电确定了应用触发信号与开关闭合之间的延迟。
[0024]有利地根据本发明，标准开关和变化开关的输入电容取决于所述标准开关和变化开关的直径。事实上注意到，开关输入电容在相同伺服电压上随直径增加。因此可通过改变标准开关或变化开关的直径来影响所产生脉冲的平台斜率。
[0025]有利地根据本发明，脉冲的平台斜率取决于在标准模块和变化模块之间，触发信号和开关接线柱之间建立脉冲电流之间的延迟。为此，可从触发装置的输出端完全改变标准模块和/或变化模块的触发阻抗，以向每个模块组分配具有标准模块和变化模块之间的时间差的触发信号。
[0026]以其它方式，例如根据触发延迟在标准模块和变化模块中对开关的分类和配对能够实现适用于提供具有预定平台斜率的脉冲的发生器。而且，无论哪种触发延迟原因，如果变化模块的开关比标准模块的开关更灵敏，脉冲的平台斜率增加，反之亦然。
[0027]本发明还涉及具有由前面或后面提及的全部或部分特征的组合的大功率脉冲发生器。
【附图说明】
[0028]通过阅读以下详细说明和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中:
[0029]-图1示意性示出了根据本发明的发生器去除盖体后的俯视图，
[0030]-图2为根据本发明的发生器的功率模块的剖视图，
[0031]-图3为根据本发明的发生器的触发装置的电路图，
[0032]-图4为示出了通过根据本发明的发生器可能得到的不同形状的脉冲的示意图，以及
[0033]-图5为属于根据本发明的发生器的开关的功能解释示意图。
【具体实施方式】
[0034]描绘于图1中的发生器I包括腔体2，在所述腔体内部对称且均匀地配置有两个功率模块组。发生器I包括具有六个功率模块的第一组，即标准模块组，每个标准模块都由附图标记3s来标记，以及包括第二功率模块组，即变化模块组，每个变化模块都由附图标记3m标记ο
[0035]在本文中，通过带第一标号s和第二标号m的附图标记来区分标准模块元件和变化模块元件。而且，标准功率模块标记为3s以及变化功率模块标记为3m。当模块或元件的附图标记未由标号s或m指明时，该附图标记无区别地应用于标准模块或变化模块。而且，考虑到全文的简化，属于变化模块的元件可称为“变化元件”，与属于标准模块的称为标准元件的对应元件的不同。
[0036]在图1的视图中，功率模块围绕心核成星形布置，变化模块3m占据了十二点和六点位置，以及标准模块3s分布在变化模块的两侧且彼此成45°角。
[0037]图2中描绘了沿图1的发生器的径向平面截取的每个模块的剖面，剖面图的上部描绘了变化模块3m以及下部描绘了标准模块3s，每个模块都包括开关6 (分别为变化模块开关6m和标准模块开关6s)。每个开关都包括增压绝缘腔室、在腔室的每个端部的放电电极和多个中间电极，所述中间电极其中一个为触发电极9(分别为用于变化模块开关的9m和用于标准模块开关的9s)。每个模块包括串联布置在开关6两侧且通过其中一个电极与开关所对应的放电电极连接的两个电容器4 (分别为