一种氢闸流管触发驱动装置的制作方法

本实用新型涉及一种氢闸流管触发驱动装置。

背景技术：

氢闸流管是一种气体高压开关，具有工作电压高、脉冲电流大、点火迅速稳定、触发电压低、重复频率高、使用方便等优点，广泛应用于科研、军事、医疗领域及民用高科技产品，其中包括激光器、雷达、脉冲调制器、医用直线加速器及其他电子仪器和设备。

现有的氢闸流管的触发驱动回路都是直接以高压脉冲驱动氢闸流管，而且，授权公告号为CN103795286B的中国专利文件中公开了一种氢闸流管的触发电路，主要由直流电源、能量储存系统、脉冲功率开关和无感负载组成。该触发电路虽然能够使得氢闸流管可靠地触发导通。但是，现有的触发电路仅仅是一路主触发信号，直接对氢闸流管施加该主触发信号实现触发导通。基于氢闸流管的特性，需要求其触发驱动电路要有预触发驱动预点火极以改善点火时间，在主触发信号到来时快速导通，但是，现有的触发电路不能满足这一要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种氢闸流管触发驱动装置，用以解决现有的触发驱动回路无法输出预触发信号和主触发信号两路触发信号以实现氢闸流管可靠快速导通的问题。

为实现上述目的，本实用新型包括以下技术方案。

装置方案一：本方案提供一种氢闸流管触发驱动装置，包括触发信号输入模块、延时模块和触发信号驱动信号转换模块，所述触发信号输入模块用于输入氢闸流管的触发信号，所述触发信号输入模块的信号输出端连接所述延时模块的信号输入端，所述延时模块用于实现触发信号的延时，所述触发信号输入模块的信号输出端输出的信号为预触发信号，所述触发信号输入模块的信号输出端输出连接所述触发信号驱动信号转换模块的预触发信号输入端，所述延时模块的信号输出端输出连接所述触发信号驱动信号转换模块的主触发信号输入端，所述触发信号驱动信号转换模块用于将预触发信号和主触发信号转换为相应的触发驱动信号，所述触发信号驱动信号转换模块的预触发驱动信号输出端用于输出预触发驱动信号，所述触发信号驱动信号转换模块的主触发驱动信号输出端用于输出主触发驱动信号。

本方案提供的氢闸流管触发驱动装置中，触发信号输入模块的信号输出端输出两路信号，一路为预触发信号，直接给到触发信号驱动信号转换模块，另一路为主触发信号，给出延时模块，经过延时模块的延时后给到触发信号驱动信号转换模块，因此，主触发信号相对于预触发信号有一定的时间延迟，进而触发信号驱动信号转换模块输出的主触发驱动信号相对于预触发驱动信号有一定的时间延迟。那么，将这两路触发驱动信号输出给氢闸流管时，预触发驱动信号先给到氢闸流管，延时一定时间后，主触发驱动信号再给到氢闸流管，实现了先利用预触发驱动信号触发驱动预点火极以改善点火时间，然后再利用主触发驱动信号实现氢闸流管快速导通，因此，基于氢闸流管的特性，通过两路触发信号能够实现氢闸流管快速可靠导通。而且，形成的两路触发信号比较稳定，比较容易实现将氢闸流管调节到理想的工作状态。另外，延时模块的延时时间还可以进行调节，实现预触发和主触发的延时可调，可以保证能快速的将氢闸流管的状态调整到最佳且状态稳定。

装置方案二：在装置方案一的基础上，所述延时模块包括1个与门或者N 个依次连接的与门，N≥2。

装置方案三：在装置方案二的基础上，所述延时模块包括N个依次连接的与门，所述触发驱动装置还包括选通开关模块，从第i个与门开始，i＝1、2、……、N-1，每个与门的输出端还对应输出连接所述选通开关模块的输入端，所述选通开关模块的输出端为所述延时模块的信号输出端。

装置方案四：在装置方案三的基础上，所述选通开关模块为拨码开关。

装置方案五：在装置方案一至方案四任意一项的基础上，所述触发信号驱动信号转换模块包括主驱动电路，所述主驱动电路包括交流电输入端口和第一整流单元，所述交流电输入端口连接所述第一整流单元的交流端，所述第一整流单元的直流端分别输出连接第一脉冲变压器和第二脉冲变压器，所述第一脉冲变压器并联有第一控制单元，所述第二脉冲变压器并联有第二控制单元，所述主触发信号输入端连接所述第一控制单元的控制端，用于根据接收到的相应信号实现导通或关断，所述预触发信号输入端连接所述第二控制单元的控制端，用于根据接收到的相应信号实现导通或关断；所述第一脉冲变压器的副边为所述主触发驱动信号输出端，所述第二脉冲变压器的副边为所述预触发驱动信号输出端。

装置方案六：在装置方案五的基础上，所述第一控制单元包括并联连接的第一控制开关支路和第一续流支路，所述第一控制开关支路上串设有第一控制开关，所述第一续流支路上串设有二极管，所述第二控制单元包括并联连接的第二控制开关支路和第二续流支路，所述第二控制开关支路上串设有第二控制开关，所述第二续流支路上串设有二极管，所述主触发信号输入端连接所述第一控制开关的控制端，所述预触发信号输入端连接所述第二控制开关的控制端。

装置方案七：在装置方案五的基础上，所述第一整流单元的直流端连接有储能电容。

装置方案八：在装置方案五的基础上，所述主驱动电路还包括用于提供负偏压的负压电路，所述负压电路包括第二整流单元，所述交流电输入端口还连接第二整流单元的交流端，所述第二整流单元的直流端输出用于叠加到主触发驱动信号上的负偏压。

装置方案九：在装置方案五的基础上，所述触发信号驱动信号转换模块还包括第一初步转换电路和第二初步转换电路，所述第一初步转换电路包括第一 MIC4421芯片，所述主触发信号输入端连接所述第一MIC4421芯片的信号输入端，所述第一MIC4421芯片的信号输出端控制连接所述第一控制单元的控制端；所述第二初步转换电路包括第二MIC4421芯片，所述预触发信号输入端连接所述第二MIC4421芯片的信号输入端，所述第二MIC4421芯片的信号输出端控制连接第二控制单元的控制端。

装置方案十：在装置方案九的基础上，所述第一初步转换电路还包括第一与非门，所述主触发信号输入端和所述预触发信号输入端连接所述第一与非门的输入端，所述第一与非门的输出端连接所述第一MIC4421芯片的信号输入端；所述第二初步转换电路还包括第二与非门，所述预触发信号输入端连接所述第二与非门的输入端，所述第二与非门的输出端连接所述第二MIC4421芯片的信号输入端。

装置方案十一：在装置方案一至方案四任意一项的基础上，所述触发信号输入模块包括用于接收触发信号的接收光头，所述接收光头依次连接第三与非门和第四与非门，所述第四与非门的信号输出端为所述触发信号输入模块的信号输出端。

附图说明

图1是氢闸流管触发驱动装置整体结构框图；

图2是触发信号输入模块和延时模块的一种具体的电路结构图；

图3是触发信号驱动信号转换模块中的主驱动电路图；

图4-a是第一初步转换电路图；

图4-b是第二初步转换电路图。

具体实施方式

本实施例提供一种氢闸流管触发驱动装置，由于氢闸流管本体为常规技术，本实施例就不再对氢闸流管本身的结构以及工作原理进行说明，以下重点对氢闸流管触发驱动装置进行说明。

如图1所示，氢闸流管触发驱动装置包括触发信号输入模块、延时模块和触发信号驱动信号转换模块，触发信号输入模块用于输入氢闸流管的触发信号，触发信号输入模块的信号输出端连接延时模块的信号输入端，触发信号输入模块的信号输出端输出的信号为预触发信号，即预触发信号A，触发信号输入模块的信号输出端输出连接触发信号驱动信号转换模块的预触发信号输入端，定义预触发信号输入端的目的是用于接收预触发信号A，预触发信号A输出给触发信号驱动信号转换模块。延时模块用于对预触发信号A进行延时处理，延时模块的信号输出端输出主触发信号B，因此，主触发信号B为对预触发信号A进行延时处理后产生的信号。延时模块输出连接触发信号驱动信号转换模块的主触发信号输入端，定义主触发信号输入端的目的是用于接收主触发信号B，主触发信号B输出给触发信号驱动信号转换模块。触发信号驱动信号转换模块用于将预触发信号A转换为预触发驱动信号，由触发信号驱动信号转换模块的预触发驱动信号输出端输出；触发信号驱动信号转换模块用于将主触发信号B转换为主触发驱动信号，由触发信号驱动信号转换模块的主触发驱动信号输出端输出。触发信号驱动信号转换模块将主触发驱动信号和预触发驱动信号输出给氢闸流管本体，以驱动控制氢闸流管本体。

以下给出各组成模块的一种具体的电路结构，当然，本实用新型并不局限于以下实施方式。

如图2所示，触发信号输入模块包括接收光头U1，接收光头U1用于接收外部触发信号，接收光头U1依次连接两个与非门芯片，称为第三与非门和第四与非门，对应图2中的U8A和U8D，本实施例中所有的与非门芯片的型号均为CD4011，第四与非门的信号输出端为该触发信号输入模块的信号输出端，接收光头U1接收的外部触发信号经过两个与非门处理后输出，为预触发信号 A。

延时模块为一个与门或者包括N个依次连接的与门，N≥2，进一步地，延时模块包括N个依次连接的与门，即包括至少两个依次连接的与门。信号在通过一个与门时，大约需要30ns时间，那么，信号大约能够延时30ns，因此，根据需要设置相应个数的与门能够延时所需时间。

进一步地，为了实现延时可调，触发驱动装置还包括选通开关模块，由于各与门依次连接，那么，各与门按照对应的连接关系就有一个连接顺序，从第 i个与门开始，i＝1、2、……、N-1，每个与门的输出端还对应输出连接该选通开关模块的输入端，该选通开关模块的输出端就是延时模块的信号输出端。该选通开关模块实现选择性导通，每次只能够实现一路导通，那么，根据需要选择投入的与门的个数，由于与门的个数与延时时间成正比，那么，就能够得到所需的延时时间。为了便于说明，如图2所示，延时模块中设置有20个与门，分别是U2A、U2B、U2C、U2D、U3A、U3B、U3C、U3D、U4A、U4B、U4C、 U4D、U5A、U5B、U5C、U5D、U9A、U9B、U9C和U2D，均为CD4081芯片，选通开关模块为拨码开关，由于拨码开关通常有八个选择端口，因此，这里采用两个拨码开关S1和S2，其中，第6个与门的输出端(即U3B的输出端) 至第13个与门的输出端(即U5A的输出端)连接拨码开关S1的选择端口，第14个与门的输出端(即U5B的输出端)至第20个与门的输出端(即U9D 的输出端)连接拨码开关S2的选择端口，拨码开关S1的另一端和S2的另一端连接，构成延时模块的信号输出端。

采用CD4081作为延时模块的主要器件，根据CMOS器件的传输延时特性，在供电电源电压5V，数据传输延时典型值为100ns(50pF测试负载)，而逻辑电路输入电容一般为5pF，实际延时比100ns小，通过多级传输门串联实现 280ns～600ns的延时。

因此，通过采用逻辑门电路与拨码开关S1、S2配合的形式输出主触发信号B，通过控制不同的拨码位置调节经过的与门数量，多经过一个与门，延时增加30ns左右，因此，主触发信号B和预触发信号A之间的延时可以通过拨码开关进行调节。因不同的氢闸流管需要的触发延时有偏差，通过控制不同的拨码开关可针对不同的氢闸流管将触发延时调节到最合适的值。

触发信号驱动信号转换模块包括主驱动电路，如图3所示，主驱动电路包括交流电输入端口J3和第一整流单元，交流电输入端口J3连接该第一整流单元的交流端，第一整流单元为由二极管D1、D2、D3和D6构成全桥整流电路。第一整流单元的直流端分别输出连接脉冲变压器T1和脉冲变压器T2，将脉冲变压器T1定义为第二脉冲变压器，将脉冲变压器T2定义为第一脉冲变压器，并且，第一整流单元的直流端还连接有储能电容E1。这两个脉冲变压器相对独立，变压器磁芯为非晶磁芯，确保输出脉冲前沿的快速性及稳定性。脉冲变压器T2并联有第一控制单元，脉冲变压器T1并联有第二控制单元，上文中的延时模块的信号输出端输出的信号能够控制第一控制单元的导通或者关断，进而能够在脉冲变压器T2的原边形成相应的脉冲信号，同理，上文中的预触发信号A能够控制第二控制单元的导通或者关断，进而能够在脉冲变压器T1的原边形成相应的脉冲信号，那么，脉冲变压器T2的副边为主触发驱动信号输出端，输出主触发驱动信号，脉冲变压器T1的副边为预触发驱动信号输出端，输出预触发驱动信号。

进一步地，第一控制单元包括并联连接的第一控制开关支路和第一续流支路，第一控制开关支路上串设有第一控制开关，第一续流支路上串设有二极管，对应图3所示，第一控制开关为开关管Q6，第一续流支路上串设有二极管D10 和D11；第二控制单元包括并联连接的第二控制开关支路和第二续流支路，第二控制开关支路上串设有第二控制开关，第二续流支路上串设有二极管，对应图3所示，第二控制开关为开关管Q5，第二续流支路上串设有二极管D23和D24。那么，通过控制开关管Q5导通或者关断能够在脉冲变压器T1的原边形成相应的脉冲信号，通过控制开关管Q6导通或者关断能够在脉冲变压器T2 的原边形成相应的脉冲信号。

交流电源经过整流之后给储能电容E1充电，触发信号驱动开关管Q5和 Q6两个MOS管的导通，经过脉冲变压器T2和T1之后形成了幅值为2.5kV 的主触发脉冲驱动信号和幅值为600V的预触发脉冲驱动信号。两路脉冲的延时通过调节图2中的拨码开关进行调节。另外，通过脉冲变压器还能够提升触发信号的电压等级，用两个不同的脉冲变压器得到两路不同电压等级的触发信号，以驱动氢闸流管。

主驱动电路还包括负压电路，也称为负偏压电路，对应图3的下半部分，负偏压电路包括第二整流单元，第二整流单元为由二极管D4、D5、D7和D8 构成全桥整流电路，交流电输入端口J3还连接第二整流单元的交流端，第二整流单元的直流端输出负偏压。如图3所示，负偏压电路为交流220V整流后经过电阻分压形成，负偏压大小为-150V左右，加持在主触发驱动信号两端，能有效的加快氢闸流管触发之后的稳定恢复时间，而且，通过负偏压电路还能够提升氢闸流管的耐压，加快氢闸流管导通后的恢复速度，提升整体的稳定性。图3中G1为预触发驱动信号输出端，G2为主触发驱动信号输出端。另外，负偏压电路与第一整流单元之间通过变压器T3进行隔离。

为了增大驱动信号的带载能力，触发信号驱动信号转换模块还包括用于分别对主触发信号B和预触发信号A进行增压处理的第一初步转换电路和第二初步转换电路，其中，第一初步转换电路包括第一MIC4421芯片，对应图4-a 中的MIC4421芯片U6，主触发信号输入端连接MIC4421芯片U6的信号输入端，主触发信号B给到MIC4421芯片U6，MIC4421芯片U6的信号输出端控制连接开关管Q6；同理，第二初步转换电路包括第二MIC4421芯片，对应图 4-b中的MIC4421芯片U7，预触发信号输入端连接MIC4421芯片U7的信号输入端，预触发信号A给到MIC4421芯片U7，MIC4421芯片U7的信号输出端控制连接开关管Q5。进一步地，第一初步转换电路还包括第一与非门，对应图4-a中的与非门U8C，其中，预触发信号A和主触发信号B同时接入与非门U8C，确保了只有两路信号都正常时才能输出正常的主触发驱动信号，与非门U8C的输出端连接MIC4421芯片U6的信号输入端；第二初步转换电路还包括第二与非门，对应图4-b中的与非门U8B，预触发信号A连接与非门U8B 的输入端，与非门U8B的输出端连接MIC4421芯片U7的信号输入端。

主触发信号B和预触发信号A分别通过MIC4421芯片U6和U7两个芯片将触发信号的电平从+5V提升至+15V，且通过MIC4421芯片U6和U7能够大大提升驱动信号的带载能力。而且，通过与非门以及MIC4421芯片也能够起到一定的延时作用。所以，通过带载能力更强的芯片对触发信号进行处理，用于驱动后部的MOS管，确保驱动MOS管的驱动电流足够，保证了后端驱动的带载能力及稳定性。

因此，通过上述方案使输出的主触发驱动信号的幅值达到2.5kV，脉宽为 2us～2.5us，预触发驱动信号的幅值为600V，脉宽为2us～3us，主触发驱动信号和预触发驱动信号延时调节范围为280ns～600ns。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。