具有可調(diào)節(jié)斜率的基本四邊形形狀的大功率脈沖的發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種LTD ( “直線型變壓器驅(qū)動源”)系列的大功率脈沖發(fā)生器，更具體地涉及能夠提供四邊形形狀的脈沖的發(fā)生器，其中脈沖上部的斜率是可調(diào)節(jié)的。
【背景技術(shù)】
[0002]“大脈沖功率”的技術(shù)領(lǐng)域所使用的發(fā)生器能夠提供幾百萬伏特的電壓和幾百萬安培的電流強度的極短脈沖。已知的發(fā)生器例如馬克思發(fā)生器，在馬克思發(fā)生器中借助于稱為開關(guān)的受控放電器來使電容器并聯(lián)充電以及串聯(lián)放電。這種開關(guān)例如在法國專利申請FR2879842中是已知的，可參考該專利申請以得到這種開關(guān)的更詳細(xì)的描述。
[0003]最近使用由多個模塊構(gòu)成的“直線型變壓器驅(qū)動源”或LTD型的發(fā)生器，每個模塊包括在兩個電容器之間串聯(lián)布置的開關(guān)，當(dāng)開關(guān)閉合時，使電容器并聯(lián)充電和串聯(lián)放電，如此產(chǎn)生的電流脈沖與所有其它模塊的電流脈沖和，以形成大功率脈沖。然而，這些脈沖通常具有幾乎為正弦曲線的形狀，對于一些應(yīng)用，需要具有基本四邊形或梯形形狀的脈沖。
[0004]已知由KM，MAZARAKIS等人發(fā)表在2012年4月3號的第15期Physical ReviewSpecial Topics-Accelerators and Beams雜志中的“Square pulse linear transformerdriver”一文中，LTD型發(fā)生器包括兩個功率模塊組，其中第一標(biāo)準(zhǔn)模塊組包括具有第一電容值的一對電容器，所述電容器適用于產(chǎn)生第一頻率的脈沖，以及第二變化模塊組包括具有第二電容值的一對電容器，所述電容器適用于在開關(guān)閉合時產(chǎn)生頻率為第一頻率三倍的脈沖。通過應(yīng)用傅氏定理，這兩個脈沖在負(fù)載上的組合提供了基本矩形的合成脈沖，所述脈沖具有上升斜線、平臺(plateau)和下降斜線。然而作者建議這種脈沖的平臺具有上升或下降斜率，這種脈沖可最佳適用于例如氫聚變(軸向縮頸機)、快速射線照相(強X輻射)、又或大功率微波的一些應(yīng)用。
[0005]該文章建議可通過改變變化模塊的電感、例如通過改變將電容器與負(fù)載連接的導(dǎo)線的寬度來調(diào)節(jié)平臺斜率。然而，該方法具有以下缺點:導(dǎo)致模塊電感下降的導(dǎo)線寬度的增大由于體積和導(dǎo)線間絕緣的原因而被限制。此外，導(dǎo)線寬度的減小降低了最大容許功率，以及由于電感增大而增大了脈沖寬度，因此破壞了發(fā)生器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的在于提供一種LTD型發(fā)生器，所述發(fā)生器適用于傳送四邊形形狀的大功率脈沖，其中脈沖的平臺斜率可被調(diào)節(jié)而不具有現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0007]本發(fā)明的目的在于提供的這種發(fā)生器能夠保持最佳輸出性能，更具體地保持最佳輸出功率。
[0008]本發(fā)明的目的還在于在提供的這種發(fā)生器中，可無改動地、更具體地不增加發(fā)生器的電感而實施脈沖形狀的調(diào)節(jié)。
[0009]本發(fā)明的目的還在于在提供的這種發(fā)生器中，可容易地實施脈沖的平臺斜率調(diào)節(jié)而無需加工或改變發(fā)生器零件。
[0010]本發(fā)明的目的還在于這種發(fā)生器的調(diào)節(jié)可在制造結(jié)束時執(zhí)行，同時保留最多的標(biāo)準(zhǔn)零件。
[0011]為此，本發(fā)明涉及一種大功率脈沖發(fā)生器，其包括:
[0012]-第一功率模塊組，即標(biāo)準(zhǔn)模塊組，每個標(biāo)準(zhǔn)模塊包括開關(guān)，即標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)，所述標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)設(shè)置有觸發(fā)電極并且與具有第一電容值的至少一個電容器串聯(lián)布置，所述標(biāo)準(zhǔn)模塊適用于在開關(guān)閉合時產(chǎn)生具有第一頻率的脈沖，
[0013]-第二功率模塊組，即變化模塊組，每個變化模塊包括開關(guān)，即變化開關(guān)，所述變化開關(guān)設(shè)置有觸發(fā)電極并且與具有第二電容值的至少一個電容器串聯(lián)布置，所述變化模塊適用于在開關(guān)閉合時產(chǎn)生具有第二頻率的脈沖，所述第二頻率基本為第一頻率的三倍，
[0014]-包括磁核的心核，所述磁核包括至少一個鐵磁環(huán)，所述至少一個鐵磁環(huán)適用于在與所述鐵磁環(huán)同心的負(fù)載中實施由標(biāo)準(zhǔn)模塊和變化模塊產(chǎn)生的脈沖的和，并且得到包括上升斜線、平臺和下降斜線的基本四邊形的合成脈沖，
[0015]-適用于通過應(yīng)用于觸發(fā)電極的觸發(fā)信號來控制標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的觸發(fā)裝置，
[0016]其特征在于，所述觸發(fā)信號通過與開關(guān)的觸發(fā)電極連接的觸發(fā)阻抗被應(yīng)用至開關(guān)，變化開關(guān)的觸發(fā)阻抗、即變化阻抗與標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)的觸發(fā)阻抗、即標(biāo)準(zhǔn)阻抗不同，以及脈沖的平臺斜率取決于標(biāo)準(zhǔn)阻抗值和變化阻抗值之間的差值。
[0017]為了試圖解決所有其它問題，在開關(guān)觸發(fā)的時間快進(gigot)的情況下，發(fā)明人意外觀察到變化開關(guān)的觸發(fā)脈沖的變化對脈沖的平臺斜率存在影響。發(fā)明人還觀察到影響參數(shù)為變化開關(guān)與標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)之間的觸發(fā)阻抗值的差值。由于該意外的技術(shù)影響，現(xiàn)在可實施能夠提供平臺斜率可調(diào)節(jié)的大功率四邊形脈沖的脈沖發(fā)生器而無需改變功率模塊的結(jié)構(gòu)。脈沖的簡單改變還能夠根據(jù)所考慮的用途來使脈沖發(fā)生器適用，例如對于軸向縮頸機采用上升平臺脈沖發(fā)生器。
[0018]有利地根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的觸發(fā)阻抗中的每個都包括至少一個觸發(fā)電阻，即分別為標(biāo)準(zhǔn)電阻和變化電阻。而且，(標(biāo)準(zhǔn)和變化)模塊的觸發(fā)阻抗基本由純電阻構(gòu)成，但是還可包括串聯(lián)的電感，對于相同或不同的電感值，標(biāo)準(zhǔn)電阻和變化電阻具有不同阻值，反之亦然。然而實際上，觸發(fā)阻抗為電阻。
[0019]有利地根據(jù)本發(fā)明，大于確定閾值的標(biāo)準(zhǔn)電阻和變化電阻之間的差值確定了脈沖平臺的增大斜率。閾值取決于多個參數(shù)，例如發(fā)生器的結(jié)構(gòu)(變化模塊的數(shù)量/標(biāo)準(zhǔn)模塊的數(shù)量)、使用的開關(guān)的類型和尺寸以及流經(jīng)開關(guān)的電流。在該情況下，流經(jīng)變化模塊開關(guān)的電流(由于電容器的容量較小而)小于流經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)的電流。標(biāo)準(zhǔn)電阻和變化電阻之間的差值的閾值由能夠得到基本水平的脈沖平臺的差值來確定。此外，小于在標(biāo)準(zhǔn)電阻和變化電阻之間的確定閾值的差值確定了脈沖平臺的減小的斜率。
[0020]標(biāo)準(zhǔn)模塊和變化模塊還可使用不同的開關(guān)。通過使用可適用于流經(jīng)每個模塊的電流的開關(guān)，確定閾值通常為零，并且小于標(biāo)準(zhǔn)電阻的變化電阻能夠得到脈沖平臺的增大的斜率。
[0021]而且，在用于兩個變化模塊的包括例如六個標(biāo)準(zhǔn)模塊的現(xiàn)有技術(shù)的脈沖發(fā)生器中，兩個電阻的改變足以確定輸出脈沖的形狀。
[0022]有利地根據(jù)本發(fā)明，觸發(fā)電阻由粘合的碳棒形成。通過使用粘合碳式固體電阻，可得到低成本的具有精確阻值的電阻?？梢岳斫?，該類型發(fā)生器中還可使用其它類型的電阻，如填充有電解質(zhì)溶液的管道形成的液體電阻，所述電解質(zhì)例如溴化鉀或硫酸銅，又或由裝填有碳顆粒的彈性材料圓柱體形成的電阻。這些電阻為液體或彈性的，材料的長度、截面和電阻率確定電阻值。
[0023]有利地根據(jù)本發(fā)明，脈沖的平臺斜率還取決于在標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的閉合時亥IJ，所述標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的輸入寄生電容的差值。還觀察到觸發(fā)電極的寄生電容、即觸發(fā)電容和地線之間的電容可對脈沖的平臺斜率產(chǎn)生較小程度的影響。事實上，為了閉合開關(guān)，觸發(fā)信號需為該電容充電，直到達到觸發(fā)電極和其中一個開關(guān)電極之間的擊穿電壓。該充電通過觸發(fā)電阻到達該電容值，如觸發(fā)電阻的阻值，該充電確定了應(yīng)用觸發(fā)信號與開關(guān)閉合之間的延遲。
[0024]有利地根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的輸入電容取決于所述標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)和變化開關(guān)的直徑。事實上注意到，開關(guān)輸入電容在相同伺服電壓上隨直徑增加。因此可通過改變標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)或變化開關(guān)的直徑來影響所產(chǎn)生脈沖的平臺斜率。
[0025]有利地根據(jù)本發(fā)明，脈沖的平臺斜率取決于在標(biāo)準(zhǔn)模塊和變化模塊之間，觸發(fā)信號和開關(guān)接線柱之間建立脈沖電流之間的延遲。為此，可從觸發(fā)裝置的輸出端完全改變標(biāo)準(zhǔn)模塊和/或變化模塊的觸發(fā)阻抗，以向每個模塊組分配具有標(biāo)準(zhǔn)模塊和變化模塊之間的時間差的觸發(fā)信號。
[0026]以其它方式，例如根據(jù)觸發(fā)延遲在標(biāo)準(zhǔn)模塊和變化模塊中對開關(guān)的分類和配對能夠?qū)崿F(xiàn)適用于提供具有預(yù)定平臺斜率的脈沖的發(fā)生器。而且，無論哪種觸發(fā)延遲原因，如果變化模塊的開關(guān)比標(biāo)準(zhǔn)模塊的開關(guān)更靈敏，脈沖的平臺斜率增加，反之亦然。
[0027]本發(fā)明還涉及具有由前面或后面提及的全部或部分特征的組合的大功率脈沖發(fā)生器。
【附圖說明】
[0028]通過閱讀以下詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點將更加清楚，在附圖中:
[0029]-圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器去除蓋體后的俯視圖，
[0030]-圖2為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的功率模塊的剖視圖，
[0031]-圖3為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的觸發(fā)裝置的電路圖，
[0032]-圖4為示出了通過根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器可能得到的不同形狀的脈沖的示意圖，以及
[0033]-圖5為屬于根據(jù)本發(fā)明的發(fā)生器的開關(guān)的功能解釋示意圖。
【具體實施方式】
[0034]描繪于圖1中的發(fā)生器I包括腔體2，在所述腔體內(nèi)部對稱且均勻地配置有兩個功率模塊組。發(fā)生器I包括具有六個功率模塊的第一組，即標(biāo)準(zhǔn)模塊組，每個標(biāo)準(zhǔn)模塊都由附圖標(biāo)記3s來標(biāo)記，以及包括第二功率模塊組，即變化模塊組，每個變化模塊都由附圖標(biāo)記3m標(biāo)記ο
[0035]在本文中，通過帶第一標(biāo)號s和第二標(biāo)號m的附圖標(biāo)記來區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)模塊元件和變化模塊元件。而且，標(biāo)準(zhǔn)功率模塊標(biāo)記為3s以及變化功率模塊標(biāo)記為3m。當(dāng)模塊或元件的附圖標(biāo)記未由標(biāo)號s或m指明時，該附圖標(biāo)記無區(qū)別地應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)模塊或變化模塊。而且，考慮到全文的簡化，屬于變化模塊的元件可稱為“變化元件”，與屬于標(biāo)準(zhǔn)模塊的稱為標(biāo)準(zhǔn)元件的對應(yīng)元件的不同。
[0036]在圖1的視圖中，功率模塊圍繞心核成星形布置，變化模塊3m占據(jù)了十二點和六點位置，以及標(biāo)準(zhǔn)模塊3s分布在變化模塊的兩側(cè)且彼此成45°角。
[0037]圖2中描繪了沿圖1的發(fā)生器的徑向平面截取的每個模塊的剖面，剖面圖的上部描繪了變化模塊3m以及下部描繪了標(biāo)準(zhǔn)模塊3s，每個模塊都包括開關(guān)6 (分別為變化模塊開關(guān)6m和標(biāo)準(zhǔn)模塊開關(guān)6s)。每個開關(guān)都包括增壓絕緣腔室、在腔室的每個端部的放電電極和多個中間電極，所述中間電極其中一個為觸發(fā)電極9(分別為用于變化模塊開關(guān)的9m和用于標(biāo)準(zhǔn)模塊開關(guān)的9s)。每個模塊包括串聯(lián)布置在開關(guān)6兩側(cè)且通過其中一個電極與開關(guān)所對應(yīng)的放電電極連接的兩個電容器4 (分別為