一种氢闸流管及其恒流供电装置的制作方法

本实用新型属于氢闸流管技术领域，具体涉及一种氢闸流管及其恒流供电装置。

背景技术：

氢闸流管是一种脉冲功率放电器件，主要由阳极、栅极、阴极、储氢存器和陶瓷外壳五部分组成，它把高压电容器等存储的能量在脉冲期瞬间转换形成强功率脉冲输出，具有工作电压高、脉冲电流大、脉冲调制线路简单、重量轻、体积小等优点，广泛应用于科研、军事、医疗领域。

目前，现有的氢闸流管供电模式为恒压供电，由电源提供稳定的电压输出。但是，由于氢闸流管本身的阻抗特性，氢闸流管在刚供电的时候，由于热丝电阻温度较低，等效阻抗较小，此时，流经氢闸流管热丝的电流会非常大。随着温度的不断上升，电流才慢慢归为正常值。由于刚开始的电流很大，若氢闸流管长期处于这样的工作模式下，势必严重影响氢闸流管的使用寿命。氢闸流管在长期的工作时间之后，会出现老化现象，表现为内阻减少。

为保证氢闸流管的可靠运行，在氢闸流管工作初期，需要较小的氢闸流管的工作电源，以保证合适电流输出和氢闸流管可靠的工作，但是，这又使得氢闸流管的供电变得繁琐。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种氢闸流管及其恒流供电装置，用以解决氢闸流管采用恒压供电时由于工作初期电流较大而影响氢闸流管寿命的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

本实用新型提供了一种氢闸流管的恒流供电装置，包括热丝电源供电模块，所述热丝电源供电模块包括一个恒压输出芯片，恒压输出芯片的输入端用于连接直流电，输出端用于连接氢闸流管的热丝电源端；所述恒压输出芯片的控制端连接有控制电路，所述控制电路包括用于比较恒压输出芯片输出端的输出电压与设定输出电压的第一比较器，所述第一比较器的输出端连接恒压输出芯片的控制端。

本实用新型还提供了一种氢闸流管，包括氢闸流管供电装置和氢闸流管本体，所述氢闸流管供电装置供电连接所述氢闸流管本体，所述氢闸流管供电装置包括热丝电源供电模块，所述热丝电源供电模块包括一个恒压输出芯片，恒压输出芯片的输入端用于连接直流电，输出端用于连接氢闸流管的热丝电源端；所述恒压输出芯片的控制端连接有控制电路，所述控制电路包括用于比较恒压输出芯片输出端的输出电压与设定输出电压的第一比较器，所述第一比较器的输出端连接恒压输出芯片的控制端。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的氢闸流管及其恒流供电装置，包括热丝电源供电模块，热丝电源供电模块中的恒压输出芯片的控制端连接有控制电路，通过控制电路来实现氢闸流管的恒流供电，在氢闸流管的阻抗发生变化的时候能够自适应的提供相匹配的电源。本实用新型避免了使用恒压供电模式下由于氢闸流管的供电功率过高的现象出现，对氢闸流管进行了保护，提高了氢闸流管的使用寿命。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，为了提高氢闸流管的安全性，所述恒压输出芯片的使能端连接有保护电路，所述保护电路包括第二比较器和隔离光耦，所述第二比较器的同相输入端连接设定低电压阈值，反相输入端用于连接氢闸流管的热丝电源端；所述第二比较器的输出端连接隔离光耦的原边，副边连接恒压输出芯片的使能端。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，所述第一比较器的输出端通过第一二极管和第二电阻连接恒压输出芯片的控制端，还通过第一电阻接地；所述第一二极管的阴极与第一比较器的输出端相连；所述恒压输出芯片的控制端还通过第三电阻接地，还通过串联设置的至少一个二极管接地；所述串联设置的至少一个二极管的阴极均用于接地。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，为了得到直流电，还包括整流模块，所述整流模块的交流端用于连接交流电，直流端连接恒压输出芯片的输入端。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，为了得到平滑稳定的直流电，还包括设置在交流电和整流模块之间的滤波模块。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，所述滤波模块为EMI滤波模块。

作为氢闸流管及其恒流供电装置的进一步改进，为了防止工作初期的电流冲击，整流模块的直流端通过软启模块连接恒压输出芯片的输入端。

附图说明

图1是本实用新型的一种氢闸流管的示意图；

图2是本实用新型的一种保护电路的电路图；

图3是本实用新型的一种恒压输出芯片连接示意图；

图4是本实用新型的一种控制电路的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，氢闸流管包括一个热丝电源端和一个氢储存器电源端，本实用新型提供了一个恒流供电装置来通过热丝电源端为氢闸流管供电。

由于这两个电源端均需直流电，故这两个供电模块在接入市电(220V±10％，50Hz)时，该供电装置包括滤波模块和整流模块，将市电依次经过滤波模块、整流模块来得到稳定可靠的直流电DC+/DC-。这里的滤波模块可为EMI滤波模块，可滤除市电中的杂波和干扰，为氢闸流管提供稳定可靠的电源。

在得到稳定可靠的直流电后，为了防止整流后给电容充电瞬间冲击较大，该供电装置还包括一个软启模块，该软启模块设置在整流模块的输出端。在接入电源的初期，将软启模块接入整个电路中；而在电容储能稳定之后，可切断软启模块，进行正常供电。为了实现对软启模块的控制，还包括一个辅电控制模块来控制软启模块是否接入电路中。

在得到稳定可靠的直流电后，在软启模块的输出端经过一个恒压输出芯片来为热丝电源提供稳定的直流电源。当氢闸流管特征阻抗发生变化的时候，恒压输出芯片能够自动随之变化，为热丝电源提供相匹配的电源。

同时，在热丝电源对应的供电回路中还设置有保护电路。当特征阻抗小于设定值时，保护电路动作，恒压输出芯片停止工作，此时用户需对氢闸流管进行更换。

下面针对热丝电源的恒流供电装置，给出具体的电路来对其进行说明。

如图3所示为本实用新型的恒压输出芯片的连接示意图。恒压输出芯片U3为VICOR电源模块。这里可采用V300A8E400BL，其额定输出为8V，最大输出功率为400W，满足氢闸流管的需求。恒压输出芯片U3的输入端+In/-In连接得到的稳定可靠的直流电DC+/DC-，输出端连接氢闸流管的热丝电源端。

为了实现为氢闸流管的热丝电源端进行恒流供电，恒压输出芯片U3增加外围电路。其外围电路通过恒压输出芯片U3的控制端SC接入电路中，其外围电路如图4所示。

5V经过第一电位器PR1和电阻R5接地，第一电位器PR1的输出端连接第一比较器U1的同相输入端，输出端还通过电容C4接地。第一比较器U1的反相输入端通过电阻R4连接恒压输出芯片输出端的输出电压Vc，输出端通过电容C5连接第一比较器U1的反相输入端。同时，第一比较器U1的输出端通过并联设置的电容C1、电容C2和第一电阻R1接地，还通过第一二极管D1和第二电阻R2连接恒压输出芯片U3的控制端SC，第一二极管D1的阴极连接第一比较器U1的输出端。恒压输出芯片U3的控制端SC还通过并联设置的第三电阻R3接地，还通过串联设置的二极管D2、D3和D4接地。二极管D2的阳极连接恒压输出芯片U3的控制端SC，二极管D2的阴极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接地。

该外围电路(即控制电路)的工作原理为：

5V经过第一电位器PR1和电阻R5的分压得到设定输出电压Vref1，通过设定输出电压Vref1来设定想要输出的恒流电流值。例如，氢闸流管的正常工作需要20A恒定电流，假设采样电阻采用额定电流40A、阻值为5mΩ的采样电阻，那么此时设定输出电压Vref1的值应设置为0.1V。外围电路中二极管D2、D3、D4和第一二极管D1的作用为钳制运放输出到控制端SC的电压值(控制端SC的最大允许电压为1.23V)，防止SC的电压过高，造成恒压输出芯片的控制端SC的损坏。第一电阻R1和第二电阻R2决定了恒压输出芯片U3的最小功率输出，第三电阻R3决定了恒压输出芯片的最大功率输出，通过调整第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值，可以得到不同的功率输出。例如，氢闸流管的稳定供电电压范围为4.5V～6.3V，则设定第二电阻R2小于200Ω，第三电阻R3为51kΩ，第一电阻R1为3kΩ，来保证在此区间内，氢闸流管能稳定可靠的工作。

另外，为了实现对氢闸流管的保护，在热丝电源端对应的恒压输出芯片的使能端U1-E连接有一个保护电路，该保护电路的电路图如图2所示。

灯丝电源端输出的电压V1经过电容C6接地，还通过电阻R6、第二电位器PR2接地；第二电位器的输出端通过电容C7接地，还通过电阻R7连接第二比较器U2的反相输入端，第二比较器U2的同相输入端连接设定低压阈值Vref2。第二比较器U2的反相输入端还通过并联设置的电容C8、电阻R8接地。第二比较器U2的同相输入端还通过电阻R9连接第二比较器U2的输出端。第二比较器U2的输出端通过电阻R10连接隔离光耦U4的原边，隔离光耦U4的副边连接恒压输出芯片的使能端U1-E。

该保护电路的工作原理为：

灯丝电源端输出的电压V1经过分压之后输出的电压大于设定低压阈值Vref2时，第二比较器U2输出为低电平，隔离光耦U4不导通，恒压输出芯片的使能端U1-E为高电平，恒压输出芯片正常工作；当灯丝电源端输出的电压V1经过分压之后输出的电压小于设定低压阈值Vref2时，第二比较器U2输出为高电平，隔离光耦U4导通，恒压输出芯片的使能端U1-E为低电平，恒压输出芯片停止工作，处于保护状态。

也就是说，在氢闸流管经过长期的运行之后，特征阻抗下降到一定值后，性能会变得非常不稳定，此时需要对氢闸流管进行更换。在加入该保护电路之后，当氢闸流管的供电电压低于设定低压阈值后，供电装置会切断输出，提示用户进行氢闸流管的更换。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。