高压脉冲发生装置及系统的制作方法

本实用新型涉及脉冲发生技术领域，尤其是涉及一种高压脉冲发生装置及系统。

背景技术：

高压脉冲发生装置通常采用低压直流输入转化为高压输出(通常大于1kV)的方式，先对高压电容器进行充电储能，再通过高压开关瞬时释放高压电容器储存的能量，实现能量压缩及脉冲电流/电压输出。该高压脉冲的发生方式在武器系统的点火领域，工业CT(industrial computerized tomography)，高速成像等方面均有大量的应用。

现有技术中的高压脉冲发生装置将低压直流电源转换为高压信号以对高压储能电容进行充电，同时低压直流电源还与低压触发模块和低压储能模块连接，具体请参考图1，当高压储能电容充满电时，低压触发模块输出触发信号使低压储能模块经脉冲变压器的初、次级能量耦合，在脉冲变压器次级输出触发脉冲信号，驱动高压开关闭合，使高压储能电容对负载放电，实现高压脉冲的输出。但是如果高压储能电容在充电过程中，低压触发模块工作异常，将迫使未达到预设放电阈值的高压储能电容提前对负载放电，在某些高压脉冲发生装置的应用领域，如武器装备应用时，存在提前自毁，影响发射或飞行安全的隐患。

综上所述，现有的高压脉冲发生装置存在安全性差的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种高压脉冲发生装置及系统，以缓解现有的高压脉冲发生装置安全性差的技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种高压脉冲发生装置，包括：电压转换模块，触发模块和高压储能电容；所述电压转换模块的输入端与低压直流电源连接，所述电压转换模块的输出端分别与所述触发模块的第一端和所述高压储能电容的第一端连接，用于将所述低压直流电源输出的低压直流信号转换为高压信号，并通过所述高压信号为所述高压储能电容充电；所述触发模块的第二端与负载的第一端连接，所述负载的第二端与所述高压储能电容的第二端接高压地；当所述高压储能电容充满电时，所述触发模块导通，以使所述高压储能电容对所述负载放电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电压转换模块包括：能量转换控制电路，第一开关电路，第二开关电路，高压变压器，整流电路和反馈电路；所述能量转换控制电路的第一输入端与所述低压直流电源连接，所述能量转换控制电路的第一输出端与所述第一开关电路的第一端连接，所述能量转换控制电路的第二输出端与所述第二开关电路的第一端连接，用于控制所述第一开关电路与所述第二开关电路的通断状态；所述第一开关电路的第二端与所述高压变压器的初级第一端连接，所述第二开关电路的第二端与所述高压变压器的初级第二端连接，所述第一开关电路的第三端与所述低压直流电源连接，所述第二开关电路的第三端和所述能量转换控制电路的接地端接低压地；所述高压变压器的次级第一端与所述整流电路的输入端连接，所述高压变压器的次级第二端接高压地；所述整流电路的输出端分别与所述反馈电路的输入端和所述触发模块的第一端连接，所述反馈电路的输出端与所述能量转换控制电路的第二输入端连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述触发模块包括：触发控制电路，第一驱动器和高压开关；所述触发控制电路的第一端分别与所述高压开关的第一端、所述高压储能电容的第一端和所述反馈电路的输入端连接，所述触发控制电路的第二端与所述第一驱动器的第一端连接，所述第一驱动器的第二端与所述高压开关的控制端连接，所述高压开关的第二端与所述负载的第一端连接；当所述高压储能电容充满电时，所述触发控制电路输出触发信号，经所述第一驱动器控制所述高压开关导通，以使所述高压储能电容对所述负载放电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述触发模块包括两电极火花隙开关；所述两电极火花隙开关的第一端分别与所述反馈电路的输入端和所述高压储能电容的第一端连接，所述两电极火花隙开关的第二端与所述负载的第一端连接，其中，当所述高压储能电容充满电时，所述两电极火花隙开关导通，以使所述高压储能电容对所述负载放电。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一开关电路包括：第二驱动器和能量通道开关；所述第二驱动器的输入端与所述能量转换控制电路的第一输出端连接，所述第二驱动器的输出端与所述能量通道开关的第一输入端连接，用于将所述能量转换控制电路输出的信号进行放大并发送至所述能量通道开关；所述能量通道开关的第二输入端与所述低压直流电源连接，所述能量通道开关的输出端与所述高压变压器的初级第一端连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第二开关电路包括：第三驱动器和转换开关；所述第三驱动器的输入端与所述能量转换控制电路的第二输出端连接，所述第三驱动器的输出端与所述转换开关的第一端连接，用于将所述能量转换控制电路输出的信号进行放大并发送至所述转换开关；所述转换开关的第二端与所述高压变压器的初级第二端连接，所述转换开关的第三端与所述低压地连接。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述整流电路包括：至少一个高压二极管。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述反馈电路包括：电压采集变换器；所述电压采集变换器分别与所述整流电路的输出端、所述触发模块的第一端、所述高压储能电容的第一端和所述能量转换控制电路的第二输入端连接，用于采集所述高压储能电容的电压值，并对采集到的所述高压储能电容的电压值进行降压处理，以将降压处理后的电压发送至所述能量转换控制电路。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述触发控制电路包括：电压检测器，电压变换器和中央处理器；所述电压检测器分别与所述高压储能电容的第一端和所述电压变换器连接，用于检测所述高压储能电容的电压值，并将所述高压储能电容的电压值发送至所述电压变换器；所述电压变换器与所述中央处理器连接，用于对接收到的所述高压储能电容的电压值进行降压处理，并将降压处理后的电压发送至所述中央处理器，所述中央处理器与所述第一驱动器的第一端连接；当所述中央处理器基于所述降压处理后的电压确定所述高压储能电容充满电时，所述中央处理器输出触发信号。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种高压脉冲发生系统，所述高压脉冲发生系统包括上述第一方面中所述的高压脉冲发生装置，还包括：负载；所述负载与所述高压脉冲发生装置连接。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供了一种高压脉冲发生装置，该装置包括：电压转换模块，触发模块和高压储能电容；电压转换模块的输入端与低压直流电源连接，电压转换模块的输出端分别与触发模块的第一端和高压储能电容的第一端连接，用于将低压直流电源输出的低压直流信号转换为高压信号，并通过高压信号为高压储能电容充电；触发模块的第二端与负载的第一端连接，负载的第二端与高压储能电容的第二端接高压地；当高压储能电容充满电时，触发模块导通，以使高压储能电容对负载放电。

现有技术中的高压脉冲发生装置，触发模块的供电能源来自低压储能模块，如果在高压储能电容充电过程中，低压触发模块工作异常，将迫使未达到预设放电阈值的高压储能电容提前放电到负载，在某些应用领域，存在极大的安全隐患，与现有的高压脉冲发生装置相比，本实用新型提供的高压脉冲发生装置，触发模块直接从高压储能电容上获取电源，实现了只有当高压储能电容充满电时，触发模块才会导通，进而控制高压储能电容将能量释放到负载，进一步提升了高压脉冲发生装置的安全性能，缓解了现有的高压脉冲发生装置安全性差的技术问题。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种现有的高压脉冲发生装置的电路连接示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种高压脉冲发生装置的电路连接示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种可选的高压脉冲发生装置的电路连接示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种高压脉冲发生系统的示意图。

图标：

1-高压脉冲发生装置；2-负载；11-电压转换模块；12-触发模块；13-高压储能电容；111-能量转换控制电路；112-第一开关电路；113-第二开关电路；114-高压变压器；115-整流电路；116-反馈电路；121-触发控制电路；122-第一驱动器；123-高压开关。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种高压脉冲发生装置进行详细介绍。

实施例一：

一种高压脉冲发生装置，参考图2，该装置包括：电压转换模块11，触发模块12和高压储能电容13；

电压转换模块11的输入端与低压直流电源VCC连接，电压转换模块11的输出端分别与触发模块12的第一端和高压储能电容13的第一端连接，用于将低压直流电源VCC输出的低压直流信号转换为高压信号，并通过高压信号为高压储能电容13充电；

触发模块12的第二端与负载的第一端连接，负载的第二端与高压储能电容13的第二端接高压地；

当高压储能电容13充满电时，触发模块12导通，以使高压储能电容13对负载放电。

具体的，根据上文中所述的电压转换模块11，触发模块12，高压储能电容13和负载的电路连接关系可知，电压转换模块11将低压直流电源VCC进行转换，变为高压信号，将高压信号输出到高压储能电容13上，进而对高压储能电容13进行充电，只有当触发模块12检测到高压储能电容13充满电时，触发模块12才会导通，使高压储能电容13储存的能量释放到负载，实现高压脉冲输出。下文中将对该装置的具体结构以及具体工作过程进行详细描述。

现有技术中的高压脉冲发生装置，触发模块12的供电能源来自低压储能模块，如果在高压储能电容13充电过程中，低压触发模块12工作异常，将迫使未达到预设放电阈值的高压储能电容13提前放电到负载，在某些应用领域，存在极大的安全隐患，与现有的高压脉冲发生装置相比，本实用新型提供的高压脉冲发生装置，触发模块12直接从高压储能电容13上获取电源，实现了只有当高压储能电容13充满电时，触发模块12才会导通，进而控制高压储能电容13将能量释放到负载，进一步提升了高压脉冲发生装置的安全性能，缓解了现有的高压脉冲发生装置安全性差的技术问题。

在一个可选的实施方式中，参考图3，电压转换模块11包括：能量转换控制电路111，第一开关电路112，第二开关电路113，高压变压器114，整流电路115和反馈电路116；

能量转换控制电路111的第一输入端与低压直流电源VCC连接，能量转换控制电路111的第一输出端与第一开关电路112的第一端连接，能量转换控制电路111的第二输出端与第二开关电路113的第一端连接，用于控制第一开关电路112与第二开关电路113的通断状态；

第一开关电路112的第二端与高压变压器114的初级第一端连接，第二开关电路113的第二端与高压变压器114的初级第二端连接，第一开关电路112的第三端与低压直流电源VCC连接，第二开关电路113的第三端和能量转换控制电路111的接地端接低压地；

高压变压器114的次级第一端与整流电路115的输入端连接，高压变压器114的次级第二端接高压地；

整流电路115的输出端分别与反馈电路116的输入端和触发模块12的第一端连接，反馈电路116的输出端与能量转换控制电路111的第二输入端连接。

具体的，电压转换模块11包括：能量转换控制电路111，第一开关电路112，第二开关电路113，高压变压器114，整流电路115和反馈电路116，根据上述电路连接关系可知，能量转换控制电路111按照预设控制策略通过第一输出端与第二输出端分别控制第一开关电路112和第二开关电路113执行导通的动作或闭合的动作，其中，能量转换控制电路111通常为微控制器及其外围辅助电路组成的结构，主要对能量转换实现数字式控制策略，常用的有PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)和PFM(Pulse Frequency Modulation，脉频调制)，能量转换控制电路111将输入的低压直流信号转换为方波信号，通过高压变压器114初级端与次级端的能量转换，在高压变压器114的次级产生高压信号，然后通过整流电路115进行整流，将整流后的高压信号输出到高压储能电容13上，进而对高压储能电容13进行充电，高压储能电容13开始储能。

为了维持输出的高压信号的稳定，对高压储能电容13进行充电的过程中，整流电路115的输出端还与反馈电路116的输入端连接，反馈电路116将输出的高压信号经过一定的转换后，将转换得到的电压发送至能量转换控制电路111，能量转换控制电路111将接收到的电压与基准电压进行比较和分析，进而输出调整后的控制信号，基于调整后的控制信号控制第一开关电路112和第二开关电路113的导通与闭合，通过第一开关电路112和第二开关电路113协同工作，完成数字闭环控制，实现高压信号的稳定输出，下文中将对第一开关电路112，第二开关电路113和反馈电路116的具体结构进行详细介绍。

在一个可选的实施方式中，触发模块12包括：触发控制电路121，第一驱动器122和高压开关123；

触发控制电路121的第一端分别与高压开关123的第一端、高压储能电容13的第一端和反馈电路116的输入端连接，触发控制电路121的第二端与第一驱动器122的第一端连接，第一驱动器122的第二端与高压开关123的控制端连接，高压开关123的第二端与负载的第一端连接；

当高压储能电容13充满电时，触发控制电路121输出触发信号，经第一驱动器122控制高压开关123导通，以使高压储能电容13对负载放电。

具体的，触发模块12包括：触发控制电路121，第一驱动器122和高压开关123，根据上述电路连接关系可知，触发控制电路121对高压储能电容13的实时电量进行检测，当高压储能电容13充满电时，触发控制电路121将输出触发信号，通过第一驱动器122将触发信号进行驱动放大，再将驱动放大后的触发信号发放至高压开关123，控制高压开关123导通，将高压储能电容13与负载所在回路导通，高压储能电容13对负载放电，下文中将对触发控制电路121的具体结构进行介绍。

用户还可以根据实际需求对触发模块12进行设计，例如将触发模块12设计为简单的电阻分压电路，利用分压后的电压控制高压开关123，当高压开关123控制端的电压达到一定值时，自动触发高压开关123进行导通。

在一个可选的实施方式中，触发模块12包括两电极火花隙开关；

两电极火花隙开关的第一端分别与反馈电路116的输入端和高压储能电容13的第一端连接，两电极火花隙开关的第二端与负载的第一端连接，其中，当高压储能电容13充满电时，两电极火花隙开关导通，以使高压储能电容13对负载放电。

具体的，触发模块12也可以直接选用电压击穿闭合的高压开关，作为一个优选方案，触发模块12选用两电极火花隙开关，当高压储能电容13充满电时，直接触发两电极火花隙开关闭合，实现高压储能电容13自动放电的功能，这种电路结构能够进一步缩短高压脉冲输出的相应时间，在某些需要快速起爆响应的场合具有较大的应用价值。

在一个可选的实施方式中，第一开关电路112包括：第二驱动器和能量通道开关；

第二驱动器的输入端与能量转换控制电路111的第一输出端连接，第二驱动器的输出端与能量通道开关的第一输入端连接，用于将能量转换控制电路111输出的信号进行放大并发送至能量通道开关；

能量通道开关的第二输入端与低压直流电源VCC连接，能量通道开关的输出端与高压变压器114的初级第一端连接。

具体的，能量转换控制电路111的第一输出端与第二驱动器的输入端连接，第二驱动器能够将能量转换控制电路111的第一输出端输出的信号进行驱动放大，再将驱动放大后的信号发送给能量通道开关，能量通道开关的第二输入端与低压直流电源VCC连接，能量通道开关根据接收到的信号执行导通的动作或闭合的动作，其中，能量通道开关可以选择晶体管，MOS管等开关。

在一个可选的实施方式中，第二开关电路113包括：第三驱动器和转换开关；

第三驱动器的输入端与能量转换控制电路111的第二输出端连接，第三驱动器的输出端与转换开关的第一端连接，用于将能量转换控制电路111输出的信号进行放大并发送至转换开关；

转换开关的第二端与高压变压器114的初级第二端连接，转换开关的第三端与低压地连接。

具体的，能量转换控制电路111的第二输出端与第三驱动器的输入端连接，第三驱动器能够将能量转换控制电路111的第二输出端输出的信号进行驱动放大，再将驱动放大后的信号发送给转换开关，进而控制转换开关执行导通的动作或闭合的动作，其中，转换开关可以选择晶体管，MOS管等开关。

在一个可选的实施方式中，整流电路115包括：至少一个高压二极管。

具体的，高压变压器114输出的高压信号至少需要经过一个高压二极管进行整流，实际应用中，还可以根据实际需求对整流电路115进行设计，实现其他附加功能，例如，将输入整流电路115的电压放大后输出。

在一个可选的实施方式中，反馈电路116包括：电压采集变换器；

电压采集变换器分别与整流电路115的输出端、触发模块12的第一端、高压储能电容13的第一端和能量转换控制电路111的第二输入端连接，用于采集高压储能电容13的电压值，并对采集到的高压储能电容13的电压值进行降压处理，以将降压处理后的电压发送至能量转换控制电路111。

具体的，反馈电路116包括：电压采集变换器，电压采集变换器用于实时的采集高压储能电容13的电压值，由于电压采集变换器采集的是高压信号，所以为了能量转换控制电路111的运行安全，将通过电压采集变换器对高压储能电容13的电压值进行降压处理，再将处理后的电压发送至能量转换控制电路111。

在一个可选的实施方式中，触发控制电路121包括：电压检测器，电压变换器和中央处理器；

电压检测器分别与高压储能电容13的第一端和电压变换器连接，用于检测高压储能电容13的电压值，并将高压储能电容13的电压值发送至电压变换器；

电压变换器与中央处理器连接，用于对接收到的高压储能电容的电压值进行降压处理，并将降压处理后的电压发送至中央处理器，中央处理器与第一驱动器122的第一端连接；

当中央处理器基于降压处理后的电压确定高压储能电容13充满电时，中央处理器输出触发信号。

具体的，电压检测器用于实时检测高压储能电容13第一端的端电压，并将检测到的电压值发送至电压变换器，电压变换器对高压储能电容13的电压值进行降压处理，并将降压处理后的电压发送至中央处理器，中央处理器对接收到的电压值进行判断，当确定高压储能电容13充满电时，中央处理器输出触发信号。

综上所述，该高压脉冲发生装置具有以下优点：

1.由于采用高压侧直接获取触发能量的方式，不需要低压储能模块、脉冲变压器、监测电路等进行高、低压隔离触发、监测的外围电路，简化了电路拓扑结构；

2.如果选用电压击穿闭合的高压开关，可以省略部分触发电路，即当高压储能电容充到指定高压时，将直接触发高压开关动作，实现高压开关自动放电功能，能进一步缩短高压脉冲输出响应时间，这在某些需要快速起爆响应的场合具有较大应用价值；

3.触发模块供电能源来自高压储能电容储存的能量，即只有高压储能电容充满电，武器系统到达目标区域后，触发回路才能启动工作，能够进一步提升武器系统的发射、飞行安全性能。

实施例二：

一种高压脉冲发生系统，参考图4，高压脉冲发生系统包括上述实施例一中的高压脉冲发生装置1，还包括：负载2；

负载2与高压脉冲发生装置1连接。

高压脉冲发生装置1用于将脉冲大电流瞬间放电至负载2，该系统在武器系统的点火领域，工业CT，高速成像等方面均有大量的应用。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。