高隔離度高壓脈沖電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高隔離度高壓脈沖電源。包括高隔離變壓器、低壓觸發(fā)信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負(fù)載。分別利用高隔離變壓器和光纖隔離傳輸電路實(shí)現(xiàn)與市電的隔離和低壓觸發(fā)信號的隔離，隔離后的市電經(jīng)過整流之后給儲能電路充電，并由可控硅導(dǎo)通而通過脈沖變壓器產(chǎn)生高壓脈沖釋放到放電氣隙負(fù)載上。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)輸出高壓脈沖與市電和低壓觸發(fā)信號的高度隔離，并且輸出的高壓負(fù)脈沖能夠滿足觸發(fā)火花隙開關(guān)等應(yīng)用的要求。
【專利說明】高隔離度高壓脈沖電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高隔離度高壓脈沖電源，其適用于脈沖功率領(lǐng)域，特別適用于為火花隙開關(guān)提供觸發(fā)信號。
【背景技術(shù)】
[0002]利用脈沖功率技術(shù)能夠在時(shí)間和空間上對電能進(jìn)行壓縮，并在極短的時(shí)間內(nèi)以極大的功率進(jìn)行釋放，產(chǎn)生出很多極端的物理環(huán)境，在軍事、工業(yè)上催生出較多應(yīng)用。
[0003]脈沖功率技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)前述極端物理環(huán)境的關(guān)鍵在于組成脈沖功率系統(tǒng)的開關(guān)、儲能單元、脈沖形成單元、負(fù)載等。其中開關(guān)的性能(如載流能力、切換時(shí)間等)極大地影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。以在脈沖功率系統(tǒng)中常用的火花隙開關(guān)為例，其載流能力強(qiáng)大，開關(guān)切換時(shí)間極短，導(dǎo)通電阻很小，壽命長，非常適合在脈沖功率系統(tǒng)中作為主開關(guān)使用。
[0004]火花隙開關(guān)在工作時(shí)需要一個(gè)幅值與其工作電壓相當(dāng)?shù)拿}沖觸發(fā)信號使其導(dǎo)通。另外，考慮到火花隙開關(guān)中，觸發(fā)電極通常安裝在陰極中，與開關(guān)陰極共地，因而觸發(fā)信號的地電位會隨著開關(guān)的導(dǎo)通而提升至系統(tǒng)電源電壓，所以在設(shè)計(jì)高壓脈沖電源時(shí)應(yīng)考慮產(chǎn)生的高壓觸發(fā)信號與控制系統(tǒng)和市電進(jìn)行隔離，隔離強(qiáng)度應(yīng)高于系統(tǒng)電源電壓。
[0005]與市電隔離通常采用的元件是隔離變壓器，其具有結(jié)構(gòu)簡單，隔離強(qiáng)度高，壽命長，經(jīng)久耐用等優(yōu)點(diǎn)，并可根據(jù)隔離強(qiáng)度的要求，采用不同的制作工藝來滿足實(shí)際應(yīng)用需求。通常采用樹脂澆灌密封工藝制作的隔離變壓器，其隔離強(qiáng)度可達(dá)數(shù)十千伏以上，能夠滿足高壓脈沖電源與市電隔離的要求。
[0006]另外，高壓脈沖電源產(chǎn)生高壓脈沖觸發(fā)信號需要一個(gè)低壓脈沖信號，對其進(jìn)行放大。而低壓脈沖信號一般是由控制系統(tǒng)產(chǎn)生的，為了保證人身和設(shè)備安全，還需要在控制系統(tǒng)和高壓脈沖電源之間對低壓脈沖信號進(jìn)行隔離。目前光耦很難達(dá)到如此高電壓的隔離，可以采用在控制系統(tǒng)端把電信號轉(zhuǎn)成光信號，經(jīng)光纖傳輸?shù)礁邏好}沖電源端，再把光信號轉(zhuǎn)成電信號，此時(shí)的隔離強(qiáng)度由控制系統(tǒng)與高壓脈沖電源的距離決定，可以根據(jù)需求做到極大強(qiáng)度的隔離。
[0007]對低壓脈沖信號的放大一般采用脈沖變壓器進(jìn)行，信號幅值的放大倍數(shù)由脈沖變壓器的匝數(shù)比決定，可以根據(jù)需求選擇合適的脈沖變壓器，輸出滿足觸發(fā)火花隙開關(guān)的脈沖高壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種高隔離度高壓脈沖電源，該高壓脈沖電源能夠?qū)崿F(xiàn)與市電和低壓觸發(fā)信號的高強(qiáng)度隔離，并能夠?qū)Φ蛪河|發(fā)信號進(jìn)行放大，輸出幅值為數(shù)十千伏的高壓脈沖信號，有效并可靠地觸發(fā)火花隙開關(guān)。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:高隔離度高壓脈沖電源包括高隔離變壓器、低壓觸發(fā)信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負(fù)載。
[0010]該電源的供電來源于市電；市電經(jīng)高隔離變壓器隔離之后由整流電路進(jìn)行整流，產(chǎn)生的直流給電容組成的儲能電路充電；儲能電路上存儲能量的釋放是通過可控硅的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)的。
[0011]低壓觸發(fā)信號經(jīng)光纖隔離傳輸電路隔離后連接到可控硅的控制端，一定寬度的高電平會使可控硅導(dǎo)通，儲能電路上的能量通過可控硅釋放到脈沖變壓器的原邊，經(jīng)過副邊升壓后形成高壓脈沖能量釋放到放電氣隙負(fù)載上。
[0012]可控硅的截止是在儲能電容上的電能釋放完之后，隔離后的市電經(jīng)半波整流在可控硅的陽極與陰極之間形成的反向電壓實(shí)現(xiàn)的。所以該電源形成的高壓脈沖寬度不受低壓觸發(fā)信號寬度的影響。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
I)通過脈沖變壓器對低壓觸發(fā)信號進(jìn)行放大，可以形成數(shù)十千伏的高壓觸發(fā)信號，能夠可靠、有效地觸發(fā)火花隙開關(guān)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]2)分別采用隔離變壓器和光纖實(shí)現(xiàn)高壓脈沖電源與市電和低壓觸發(fā)信號間的隔離，從而解決觸發(fā)火花隙開關(guān)時(shí)，該高壓脈沖電源的輸出端地電位升高造成的安全問題。
[0015]3)采用可控硅作為釋放儲能電路能量的開關(guān)元件，可控硅的截止不受低壓觸發(fā)信號控制，所以該高壓脈沖電源輸出的脈沖寬度不受低壓觸發(fā)信號寬度的影響，降低控制難度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的主回路部分原理圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的低壓觸發(fā)信號經(jīng)光纖隔離部分原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例:
本發(fā)明用于提供觸發(fā)火花隙開關(guān)的高壓脈沖。如圖1所示，本發(fā)明包括高隔離變壓器、低壓觸發(fā)信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負(fù)載。
[0020]本發(fā)明主回路中各元件的連接方式見圖2，市電經(jīng)高隔離度變壓器Tl隔離后，由二極管D2進(jìn)行半波整流，然后經(jīng)限流電阻Rl和R2，脈沖變壓器T2的原邊電感LI對儲能電容Cl充電。可控硅Ql的控制極接收到來自光耦隔離后的低壓觸發(fā)信號使Ql導(dǎo)通，Cl上存儲的電能經(jīng)Q1、LI釋放，并在L2兩端感生出一個(gè)負(fù)脈沖高壓。此負(fù)脈沖高壓與LI兩端的電壓疊加后施加到火花隙開關(guān)的觸發(fā)電極與陰極間。
[0021]本發(fā)明的低壓觸發(fā)信號經(jīng)光纖隔離傳輸電路原理圖見圖3，低壓觸發(fā)信號經(jīng)反相器U3A反相后連接到晶體管Ql的基極上，Ql的集電極連接至電光轉(zhuǎn)換元件Ul的第2腳，那么Ul的2腳接收到的信號與低壓觸發(fā)信號同相，并且經(jīng)Ql提高了驅(qū)動能力。經(jīng)光纖隔離傳輸電路隔離后的電信號由光電轉(zhuǎn)換元件U2的I腳和4腳輸出，且與隔離前的低壓觸發(fā)信號同相。
[0022]本發(fā)明在連接火花隙開關(guān)工作時(shí)，在低壓觸發(fā)信號的同步下，由脈沖變壓器副邊輸出負(fù)脈沖高壓，并連接至火花隙開關(guān)的觸發(fā)電極與陰極之間，使火花隙開關(guān)的觸發(fā)電極與陰極間的氣隙被擊穿，并在此作用下導(dǎo)致火花隙開關(guān)陽極與陰極擊穿導(dǎo)通，最終火花隙開關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通。
【權(quán)利要求】
1.一種高隔離度高壓脈沖電源，其特征在于高隔離度高壓脈沖電源包括高隔離變壓器、低壓觸發(fā)信號、光纖隔離傳輸電路、整流電路、儲能電路、可控硅、脈沖變壓器和放電氣隙負(fù)載； 該電源的供電來源于市電；市電經(jīng)高隔離變壓器隔離之后由整流電路進(jìn)行整流，產(chǎn)生的直流給電容組成的儲能電路充電；儲能電路上存儲能量的釋放是通過可控硅的導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)的； 低壓觸發(fā)信號經(jīng)光纖隔離傳輸電路隔離后連接到可控硅的控制端，一定寬度的高電平會使可控硅導(dǎo)通，儲能電路上的能量通過可控硅釋放到脈沖變壓器的原邊，經(jīng)過副邊升壓后形成高壓脈沖能量釋放到放電氣隙負(fù)載上； 可控硅的截止是在儲能電容上的電能釋放完之后，隔離后的市電經(jīng)半波整流在可控硅的陽極與陰極之間形成的反向電壓實(shí)現(xiàn)的；該電源形成的高壓脈沖寬度不受低壓觸發(fā)信號寬度的影響。
【文檔編號】H02M9/06GK103490662SQ201310466487
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月9日
【發(fā)明者】楊家志, 楊斐, 蔣存波, 易勝利 申請人:桂林理工大學(xué)