一种初级能源中间模块结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及脉冲功率初级能源中间模块装置，具体而言，是一种主要由原边电容和固态开关组成的中间模块装置，该装置前端接给小功率直流源即可给原边脉冲电容充电，后端接脉冲变压器就可以给容性负载充电至较高电压。主要用于重频脉冲加速器初级能源系统中。
【背景技术】
[0002]在脉冲功率系统中，产生高压电脉冲的技术路线主要有两种:一种通过Marx电路直接倍压，另一种是通过LTD电路感应叠加倍压。LTD技术由于明显降低了原边的绝缘压力，具有模块化和通用性，在某些方面呈现出一定的优势。LTD单模块产生脉冲的容性负载如PFN —般要求一定的充电电压，然后通过LTD模块叠加产生MV甚至更高的电脉冲。PFN对初级能源而言相当于负载，给PFN充电的初级能源一般根据PFN参数不同，设计的初级能源参数结构各不相同，不具通用性。
[0003]根据目前初级能源的情况看，绝大多数重频脉冲加速器的初级能源的实现主要有三种方式:一是中间储能方式，国内外很多加速器初级能源如SINUS和RADAN系列就是采用电容储能的方式实现重频脉冲运行的。二是直接供电恒压充电方式，恒压充电采用三相电网直接供电，经整流二极管整流后通过限流电阻电容进行充电。但其结构简单，控制方便，但充电效率不高。三是直接供电恒流充电方式，采用恒流充电，电容上的电压上升速度均匀，充电时间短，回路没有限流电阻，充电效率高，充电瞬间对电网冲击小。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种需直流充电的原边电容和固态开关集成装置，应用于脉冲功率脉冲形成线充电脉冲变压器复边和恒流源之间，该集成装置通过即中间模块通过前端连接直流源，后端连接脉冲变压器，就可以给容性负载提供幅值重频数可调的充电能量。
[0005]一种初级能源中间模块结构，中间模块结构的前端连接直流电源，后端连接脉冲变压器；包括固态开关、原边电容、开关触发电路和偏磁电路，所述固态开关与原边电容串联，直流电源的输出端连接到固态开关与原边电容之间用于给原边电容充电，原边电容的另一极连接到脉冲变压器的输入端；所述偏磁电路通过一个电感连接到脉冲变压器的输入端，用于后端脉冲变压器磁芯的复位；控制信号通过开关触发电路输出到固态开关，所述固态开关包括一个晶闸管，且在晶闸管的两端并联一个反峰二级管和一组串联的电阻和电容。
[0006]在上述技术方案中，所述控制信号输入到晶闸管。
[0007]在上述技术方案中，所述一路串联的电阻和电容中的电阻一端与直流电源的正极输出端连接，电容的一端连接到地。
[0008]在上述技术方案中，所述中间模块结构包括若干路，每一路包括独立的一个开关触发电路、固态开关、原边电容，所述的直流电源的输出端连接到每一路的原边电容用于给原边电容充电，每一路的原边电容的的输出端均连接到脉冲变压器的输入端，控制信号连接到每一路的开关触发电路。
[0009]在上述技术方案中，所述开关触发电路的触发信号连接到晶闸管的触发极。
[0010]在上述技术方案中，所述晶闸管耐压值不少于5kV。
[0011]在本方案中，中间模块外部，前端接小功率5kV直流源，由于功率小，电压不高，可以降低设计难度。(小功率，电压不高的直流源比较好做)
中间模块外部，后端接一定变比的变压器，用于对电压的拉升。
[0012]本方案中，直流源对原边电容充电，原边电容的耐压比直流源稍高即可，原边电容的通流能力不足时，需要多路并联。
[0013]固态开关采用大功率的SCR开关，并联的反峰二极管起着隔离电压电流的作用；这点十分必要。
[0014]同时并联一路中为电阻和电容串联电路，起着动态和静态均压作用，反峰二极管D，电容C，电阻R，组合成了 RCD开关保护电路。
[0015]5KV直流源对原边电容充电完毕后，通过固态开关放电。固态开关触发接受来自直流源的触发信号开始放电，此时变压器的初级相对于放电回路相当于一个电感。通过变压器升压，将放电能量传递至变压器次级。
[0016]重频工作状态下，脉冲变压器的磁芯需要复位，这通过偏磁电源提供的直流电实现。
[0017]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
一、提供固定的开关和原边电容，通过改变脉变可以提供各种电压的脉冲充电信号。若开关和原边电容的尺寸相差不大，可以通过改变开关和电容改变中间模块的主要参数。
[0018]二、整体结构紧凑，便于利用空间，通过拆分前端恒流电源和后端脉冲变压器即可充分利用加速器空间，不必单独配置电源柜。
[0019]三、本装置为了脉冲形成线充电实验用，提供储能和开关触发功能，但只要是容性负载、通过改变脉变和恒流源的参数，都可以采用，用途很广。
【附图说明】
[0020]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1是本发明的原理结构示意图；
图2是本发明的实物结构示意图；
其中是开关触发电路；2是后端脉变接口 ；3是固态开关；4是前端直流源接口 ；5是原边电容；6是偏磁电源。
【具体实施方式】
[0021]如图1所示，本发明的主要部分为虚线中的部分，一路开关电路由开关触发电路、固态开关、原边电容组成，固态开关为晶闸管、反峰二极管、串联的电阻电容并联组成；固态开关与原边电容串联，直流电源的输出端连接到固态开关与原边电容之间对其充电，原边电容的另一极连接到脉冲变压器的输入端；控制系统的控制信号通过开关触发电路输入到固态开关中的晶闸管。偏磁电路连接到脉冲变压器的输入端用于对磁芯的复位。
[0022]本发明的核心思想就是利用晶闸管组成开关充电电路，将多路开关充电电路集成为一体，在实用过程中只需要将其前端与后端连接，就能实现对其电压的提升，达到需要的目标电压。为了实现这一思想，主要在上述的原理下通过以下步骤实现。
[0023]一、首先设计固态开关的技术参数:开关的耐压水平直接决定了脉变的变比和直流源的充电电压，而且在工程应用中需留有一定的余量；在耐压满足需求的情况下考虑开关的通流情况，主要包括峰值电流、平均电流和有效电流，单开关通流能力不足时多路并联处理，在耐压通流都合适的情况下一般选用高频、高速器件，此时反向漏电流小，恢复时间短可以有效开关在高频尖峰振荡下的损耗。。
[0024]二、开关参数确定之后，根据负载需求可以确定脉变和直流源充电电压，此时原边电容的参数就根据负载和变比计算得出，其它电学参数和配置随之确定。
[0025]三、电学参数确定之后，合理布局开关和电容及附属电路的位置，考虑绝缘和测量，通信，散热等问题，即可实现开关和电容集成装置。
[0026]如图2所示，按照上述方案进行设施，四只10uF/5kV的薄膜电容构成原边电容，5kV的晶闸管开关构成主开关，开关的触发电路置于装置的上端，整流桥用于次级变压器磁芯的偏磁电源。
[0027]通过外部界恒流源和脉冲变压器，将最高充电至5kV的恒流电源经过原边电容和开关的作用，经过1:35的变压器可以产生30Hz的重频充电脉冲，脉冲电压150kV，充电时间小于20uso
[0028]本发明中，外部框架的一端为前端直流源接口，另一端后端脉变接口，在框架内，四个固态开关并联设置，每一个固态开关上方设置一个原边电容，偏磁电路与开关触发电路均设置在框架的最上层。通过合理设计机械结构使得初级能源体积减小，适应能力强，运行可靠。
[0029]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种初级能源中间模块结构，中间模块结构的前端连接直流电源，后端连接脉冲变压器；其特征在于:包括固态开关、原边电容、开关触发电路和偏磁电路，所述固态开关与原边电容串联，直流电源的输出端连接到固态开关与原边电容之间用于给原边电容充电，原边电容的另一极连接到脉冲变压器的输入端；所述偏磁电路通过一个电感连接到脉冲变压器的输入端，用于后端脉冲变压器磁芯的复位；控制信号通过开关触发电路输出到固态开关，所述固态开关包括一个晶闸管，且在晶闸管的两端并联一个反峰二级管和一组串联的电阻和电容。
2.根据权利要求1所述的一种初级能源中间模块结构，其特征在于所述一路串联的电阻和电容中的电阻一端与直流电源的正极输出端连接，电容的一端连接到地。
3.根据权利要求1所述的一种初级能源中间模块结构，其特征在于所述中间模块结构包括若干路，每一路包括独立的一个开关触发电路、固态开关、原边电容，所述的直流电源的正极输出端连接到每一路的原边电容用于给原边电容充电，每一路的原边电容的的输出端均连接到脉冲变压器的输入端，控制系统的控制信号连接到每一路的开关触发电路。
4.根据权利要求3所述的一种初级能源中间模块结构，其特征在于所述开关触发电路的触发信号连接到晶闸管的触发极。
5.根据权利要求4所述的一种初级能源中间模块结构，其特征在于所述晶闸管耐压值不少于5kV。
6.根据权利要求1所述的一种初级能源中间模块结构，其特征在于所述控制信号输入到晶闸管。
【专利摘要】本发明公开了一种初级能源中间模块结构，包括固态开关、原边电容、开关触发电路和偏磁电路，固态开关与原边电容串联，原边电容的另一极连接到脉冲变压器的输入端；控制信号通过开关触发电路输出到固态开关，所述固态开关包括一个晶闸管，且在晶闸管的两端并联一个反峰二级管和一组串联的电阻和电容。本发明整体结构紧凑，便于利用空间，通过拆分前端恒流电源和后端脉冲变压器即可充分利用加速器空间，不必单独配置电源柜；本装置为了脉冲形成线充电实验用，提供储能和开关触发功能，但只要是容性负载、通过改变脉变和恒流源的参数，都可以采用，用途很广。
【IPC分类】H02M9-04
【公开号】CN104811083
【申请号】CN201510267267
【发明人】罗光耀, 杨晓亮, 罗敏, 金晖, 康强, 王朋
【申请人】中国工程物理研究院应用电子学研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月25日