本发明属于脉冲功率
技术领域：
，涉及一种输出脉宽可变的脉冲驱动源。
背景技术：
：高功率脉冲驱动源是用于产生gw量级输出脉冲电功率的一类装置，在实际应用中，通常是用于产生具有一定脉宽(或半高宽)的脉冲。产生高功率脉冲的方式多种多样，例如：marx发生器、脉冲变压器(pulsetransformer)、脉冲形成线(pulseformingline)、脉冲形成网络(pulseformingnetwork)以及它们之间的相互组合。其基本的特点是装置一经构建完成，其输出脉冲宽度就是唯一的。高功率脉冲驱动源在军事和民用领域应用广泛，例如熟知的在驱动高功率微波源用以产生强电磁脉冲中的应用，以及在z-pinch技术、探测与安检、工业生产检测、材料表面处理及其它工农业生产的诸多领域都有着广泛的应用。驱动产生高功率微波是其在军事领域的典型应用，高功率脉冲驱动源以数十gw量级的电脉冲能量注入到高功率微波源中，驱动产生强流相对论电子束，而后经束波相互作用，输出数gw级的高功率微波。在民用领域，以电脉冲破碎法为例。电脉冲破碎法是利用放电火花通道在固体内部的迅速膨胀，产生强大的压力波，导致结构解体。应用于体外治疗尿结石、胆结石，以及材料的再生处理。破碎的效果取决于能量在结构内部的积累，与放电电场的持续时间紧密相关，即取决于脉冲宽度。前已述及，随着高功率脉冲驱动源技术的发展，其应用领域不断拓展，且脉冲宽度是实际应用中的一个重要技术指标。受限于传统高功率脉冲驱动源的结构与原理，装置只具备单一的输出脉冲宽度，这大大的限制了其应用范围。在高功率微波源的研究中，长脉冲(100ns左右)与短脉冲(30ns左右)都是重要的研究方向，在实际工作中，需要构建两台完全不同尺度的高功率脉冲驱动源作为其能源注入机构，将导致极大的人力物力财力成本；民用领域亦如此，受限于高功率脉冲驱动源输出指标的单一，实际作用效果难以获得不同参数下的对比结果，而为了获得理想中的效果，通常会选择远高于作用阈值的参数进行装置设计，造成了粗犷式的发展。技术实现要素：为了解决传统高功率脉冲驱动源只能输出单一脉冲宽度，导致的应用成本高、范围小且不能获得理想效果的问题，本发明提出一种具备输出脉宽连续可调能力的高功率脉冲驱动源，立足于现有高功率脉冲驱动源，采用在输出端并联同轴结构磁开关，并基于磁芯精确复位技术，实现输出脉宽的精准控制。不仅能够解决科学研究与应用中遇到的实际问题，而且对于节省能源、实现绿色发展同样意义重大。本发明的技术解决方案是提供一种输出脉宽可变的脉冲驱动源，包括外筒、固定在外筒两端的前端盖与尾端盖及沿外筒长度方向依次同轴设置在外筒内部的脉冲形成线内筒与传输线内筒；脉冲形成线内筒及传输线内筒相邻两端分别设置主开关阴极及主开关阳极，传输线内筒的另一端设置二极管阴极；其特殊之处在于：还包括连接筒及环状磁芯组件；上述连接筒为良导体；上述连接筒同轴设置在外筒内部且连接筒开口端与前端盖接触实现电连接，连接筒底部开有使传输线内筒穿过的开孔，传输线内筒穿过该开孔使得二极管阴极位于连接筒筒体内部；与二极管阴极相对的前端盖部位设有二极管阳极；上述环状磁芯组件套装于连接筒上，且环状磁芯组件的外圆面与外筒内壁接触。优选地，上述环状磁芯组件包括多个沿轴向叠加的环状磁芯，相邻磁芯之间有间隙。优选地，该脉冲驱动源还包括用于支撑脉冲形成线内筒及传输线内筒的绝缘支撑。优选地，上述绝缘支撑为环形，多个环形绝缘支撑分别位于外筒与形成线内筒及外筒与传输线内筒之间。优选地，主开关阴极与形成线内筒通过螺纹相连，主开关阳极及二极管阴极均与传输线内筒通过螺纹相连。优选地，传输线内筒的直径与脉冲形成线内筒的直径相同。优选地，主开关阴极及主开关阳极为球头电极。连接筒、外筒与环状磁芯组件共同构成的磁开关并联于二极管阴极与二极管阳极两端，形成线内筒在初始时刻被充以一定电压，主开关导通之后，形成线内外筒之间输出一定脉宽的电脉冲，经传输线内外筒组成的同轴结构传输至二极管阴极，导致二极管阴极发生爆炸发射，形成一定脉宽的强流电子束；在环状磁芯组件未饱和时，二极管强流电子束脉宽基本等于形成线输出的脉宽；环状磁芯组件一旦饱和，二极管即被短路熄灭，电流经连接筒传输至前端盖，实现对二极管强流电子束脉宽的调节；环状磁芯组件的饱和时刻取决于其自身的复位状态，通过复位装置控制环状磁芯组件的饱和时刻自身的复位状态，不同的复位状态将导致不同的二极管输出脉宽。本发明的有益效果是：1、本发明提供的脉宽可调的脉冲驱动源，输出端并联环状磁芯组件，通过调节磁芯复位点的方式实现对输出脉宽调节，填补了现有脉冲驱动源的技术空白；2、本发明的环状磁芯组件具有极低的饱和电感，能够保证获得良好的输出脉冲波形；3、本发明通过调节磁芯复位点的方式实现输出不同脉宽的调节，区别于已有的技术路线通过机械式改变磁芯绕组匝数的方式，该方式远程可控，不需要对装置进行现场拆装。附图说明图1为本发明的结构示意图；图2为实施例一结构示意图。图中附图标记为：1-形成线外筒，2，4-形成线内筒绝缘支撑，3-形成线内筒，5-主开关阴极，6-主开关阳极，7，9-传输线内筒绝缘支撑，8-传输线内筒，10-连接筒，11-环状磁芯组件，12-二极管阴极，13-二极管阳极，14-主开关外筒，15-传输线外筒，16-二极管外筒，17-前端盖，18-尾端盖。具体实施方式下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。从图1可以看出，本发明包括外筒，(将外筒分为形成线外筒1、传输线外筒15、主开关外筒14及二极管外筒16)尾端盖18，形成线内筒3，形成线内筒绝缘支撑2、4，主开关阴极5，主开关阳极6，传输线内筒8，传输线内筒绝缘支撑7、9，二极管阴极12，二极管阳极13，连接筒10，环状磁芯组件11及前端盖17；前端盖17及尾端盖18位于外筒的两端，形成线内筒3、传输线内筒8通过绝缘支撑依次同轴设置在外筒内部。主开关阴极5通过螺纹连接在形成线内筒的一端，主开关阳极6通过螺纹连接在传输线内筒8的一端，二极管阴极12通过螺纹连接在传输线内筒8的另一端，二极管阳极13与前端盖17电连接，连接筒10与前端盖17电连接，环状磁芯组件11位于二极管外筒16与连接筒的同轴结构处。上述结构可以等效为依次包括脉冲形成单元a(由形成线外筒1、形成线内筒3、尾端盖18、形成线内筒绝缘支撑2、4组成)；主开关b(由主开关外筒14、主开关阴极5、主开关阳极6组成)；脉冲传输单元c(由传输线外筒15、传输线内筒8、传输线内筒绝缘支撑7、9组成)；输出二极管单元d(由二极管阴极12、二极管阳极13、前端盖17组成)；同轴结构磁开关e(由环状磁芯组件11、二极管外筒16、连接筒10组成)共五个部分。工作原理是：脉冲形成单元a初始时刻被充以一定电压，能量此时以电场形式储存于内外筒之间，充电电压达到主开关b击穿电压时，主开关b导通，形成一定脉宽的电脉冲，经脉冲传输单元c传输至输出二极管单元d处，导致二极管阴极发生爆炸发射，产生强流电子束，并轰击到二极管阳极上。强流电子束脉宽与形成线输出脉宽基本相同。同轴结构磁开关e并联于输出二极管单元d两端，磁芯一旦饱和，二极管即被短路熄灭，电流经连接筒传输至前端盖，实现对二极管强流电子束脉宽的调节；环状磁芯组件的饱和时刻取决于其自身的复位状态，通过复位装置控制磁芯的饱和时刻自身的复位状态，不同的复位状态将导致不同的二极管输出脉宽。实施例一下面介绍本发明应用于50-120ns脉宽调节的脉冲驱动源实施例。参照图2，是一种输出脉宽可变的tesla型脉冲驱动源，锥形tesla变压器19高压端(左端)同形成线内筒3相连，变压器接地端右端同形成线外筒1相连。脉冲形成线单元内外筒之间被充以甘油介质，其相对介电常数约为43，形成线物理长度为3m时，其电长度能够达到120ns，这决定了驱动源能够输出的上限脉宽。形成线采用内置tesla变压器的方式对其进行充电。形成线外筒内径400mm，形成线内筒外径150mm，形成线输出阻抗约为10欧姆。主开关电极形式采用球头电极，工作于自击穿模式。脉冲传输线参数与脉冲形成线结构参数相同，用于隔离二极管负载的反射脉冲。磁芯的饱和取决于下述公式：其中充电电压为uc(t)，磁芯饱和充电时间为ts，在这里，同样也是输出脉冲的宽度，sm为磁芯横截面积，δbmax为磁芯允许的最大磁感应强度增量，其值等于bs与br之差，bs与br分别为磁性材料的饱和磁感应强度与剩余磁感应强度，n为磁芯上的绕组匝数，kt为磁芯填充系数。可以看出，控制δbmax是实现对ts控制的直接办法，通过磁芯复位装置，可实现对δbmax的调节。近似复位脉冲为三角波，驱动源输出脉冲为方波，经计算，假设复位电压恒定1kv，输出电压恒定100kv，不同输出脉冲宽度所需的复位时间对应情况如表1。表1不同输出脉冲宽度所需的复位时间对应表输出脉宽复位时间50ns10μs60ns12μs70ns14μs80ns16μs90ns18μs100ns20μs110ns22μs120ns24μs可见通过控制磁芯的复位时间，即可获得不同的输出脉宽。显然，通过控制复位电压能够达到同样的效果。而且，低电压/数十μs级的复位装置是较为成熟的技术。可以看出，输出脉宽连续可调的高功率脉冲驱动源具有更加重要的学术意义和实际应用价值，是脉冲功率技术进一步发展的必由之路，而现有装置尚无法实现在该性能上的突破。当前第1页12