本發(fā)明涉及脈沖電源，特別是一種基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源，用于給普克爾盒提供脈沖電源，該電源采用全固態(tài)開關(guān)，該開關(guān)具有響應(yīng)快、阻抗低、全控等優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)背景
美國國家點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)室(nationalignitionfacility，簡稱為nif)研制的等離子體普克爾盒脈沖電源裝置已在開發(fā)使用，固態(tài)開關(guān)尤其是mosfet和igbt，可以提高了功率容量和上升下降時(shí)間，從而取代真空管。該電路的拓?fù)涮峁┝嗽S多特性來使固態(tài)脈沖發(fā)生器更好的滿足先進(jìn)的照相功能(advancedradiographiccapabilities，簡稱為arc)的需求以此替代晶閘管，新的脈沖發(fā)生器可以生成具有微小下降的平頂脈沖以及連續(xù)可變的頻率。固態(tài)開關(guān)mosfet相比于氫匝管等傳統(tǒng)電源，具有響應(yīng)快、阻抗低、可任意受控觸發(fā)和任意受控關(guān)斷的優(yōu)勢。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源，該電源的初級電壓較低，次級電壓高，外部通過光纖觸發(fā)，儲能元件的能量基本保持不變，便于安裝和維修。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
一種基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源，其特點(diǎn)在于由一個(gè)充電單元和n個(gè)相同的模塊組成，所述的第i個(gè)模塊由電壓檢測板、光電轉(zhuǎn)換單元、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元、開關(guān)單元、儲能單元、續(xù)流單元和一個(gè)變壓器組成，所述的電壓檢測板的高壓端、儲能單元的輸入端與所述的開關(guān)單元的高壓端和所述的充電單元的高壓端口相連形成節(jié)點(diǎn)，所述的儲能單元的輸出端接所述的變壓器的一個(gè)初級端和續(xù)流單元的一端，所述的開關(guān)單元的驅(qū)動(dòng)端接所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元的輸出端，所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元的輸入端接所述的光電轉(zhuǎn)換單元的輸出端，所述的電壓檢測板、光電轉(zhuǎn)換單元和固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元的高端接所述的充電單元的中壓端口，所述的充電單元、電壓檢測板、光電轉(zhuǎn)換單元、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元、開關(guān)單元、續(xù)流單元(i-5)、儲能單元和變壓器初級的另一端共地線，其中i＝1、2、…、n，所述的n個(gè)變壓器是堆疊的1:1變壓器，每個(gè)變壓器初級是分別激勵(lì)的，n個(gè)變壓器的次級串聯(lián)后接負(fù)載。
所述的電壓檢測板有過壓指示燈和欠壓指示燈。
所述的光電轉(zhuǎn)換單元集成在一個(gè)小pcb板上，所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元包含24個(gè)獨(dú)立的小pcb板，固態(tài)開關(guān)單元包含有48個(gè)并聯(lián)的固態(tài)開關(guān)元件，每兩個(gè)固態(tài)開關(guān)元件對應(yīng)所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元中的一塊小pcb板，所述的儲能單元包含24個(gè)并聯(lián)的儲能元件，每個(gè)儲能元件對應(yīng)所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元的兩個(gè)固態(tài)開關(guān)元件的放電，所述的續(xù)流單元包含20個(gè)并聯(lián)的續(xù)流元件，所述的固態(tài)開關(guān)單元、儲能單元和續(xù)流單元集成在一塊大的pcb載體板上，所述的光電轉(zhuǎn)換單元的小pcb板、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元的小pcb板直接焊接在所述的大的pcb載體板上。
所述的變壓器的原邊的漏感要足夠小，線路板的寄生電容也要足夠小，變壓器副邊到普克爾盒之間的同軸傳輸線和bnc連接端子的特性阻抗為50歐姆。
變壓器的初級繞組采用銅加工組件，次級繞組是一根貫穿n個(gè)變壓器的空心銅柱，電路板采用直接插入變壓器的初級繞組上的方法。
本發(fā)明的技術(shù)效果：
本發(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源具有生成微小下降的平頂脈沖的能力，多次觸發(fā)模式的能力，連續(xù)可變的脈沖頻率，可變的脈沖寬度，以及快速的上升和下降時(shí)間，初級電壓較低，次級電壓高；外部通過光纖觸發(fā)；儲能元件的能量基本保持不變；便于安裝和維修；
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源原理圖。
具體實(shí)施方式
圖1為本發(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源原理圖，由圖可見，本發(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源，由一個(gè)充電單元和n個(gè)相同的模塊組成，本實(shí)施例n為27,所述的第i個(gè)模塊由電壓檢測板、光電轉(zhuǎn)換單元i-1(包含一塊獨(dú)立的pcb板)、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2(包含24個(gè)獨(dú)立的pcb板)、開關(guān)單元i-3(包含48個(gè)并聯(lián)的開關(guān)元件)、儲能單元i-4(包含24個(gè)并聯(lián)的儲能元件)、續(xù)流單元i-5(包含20個(gè)并聯(lián)的續(xù)流元件)和一個(gè)變壓器i組成，所述的儲能單元i-4的輸入端與所述的開關(guān)單元i-3的高壓端、所述的電壓檢測板的高壓端和充電單元的高壓端口相連，所述的儲能單元i-4的輸出端接所述的變壓器i的一個(gè)初級端和續(xù)流單元i-5的一端形成節(jié)點(diǎn)，所述的開關(guān)單元i-3的驅(qū)動(dòng)端接所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2的輸出端，所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2的輸入端接所述的光電轉(zhuǎn)換單元i-1的輸出端，所述的電壓檢測板、光電轉(zhuǎn)換單元i-1和固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2的高端接所述的充電單元的中壓端口，所述的電壓檢測板、充電單元、光電轉(zhuǎn)換單元i-1、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2、開關(guān)單元i-3、續(xù)流單元i-5和變壓器i初級的另一端共地線，其中i＝1、2、…、n，所述的n個(gè)變壓器是堆疊的1:1變壓器，每個(gè)變壓器初級是分別激勵(lì)的，n個(gè)變壓器的次級串聯(lián)后接負(fù)載。
下面是一個(gè)實(shí)施例并以第i模塊說明如下：
所述的光電轉(zhuǎn)換單元i-1單獨(dú)設(shè)計(jì)在一塊pcb板上，所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2包含24個(gè)獨(dú)立的pcb板，固態(tài)開關(guān)單元i-3，包含有48個(gè)并聯(lián)的固態(tài)開關(guān)元件，每兩個(gè)固態(tài)開關(guān)元件對應(yīng)所述的固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2中的一塊pcb板，儲能單元i-4包含24個(gè)儲能元件，每個(gè)儲能元件針對兩個(gè)固態(tài)開關(guān)元件的放電，續(xù)流單元i-5包含20個(gè)并聯(lián)的續(xù)流元件，所述的固態(tài)開關(guān)單元i-3、儲能單元i-4和續(xù)流單元i-5在一塊大的pcb載體板上，然后將所述的光電轉(zhuǎn)換單元i-1、固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2直接焊接在這塊大的pcb載體板上，所述的電壓檢測板也直接焊接在大的pcb載體板上，當(dāng)電壓過高或不足時(shí)，相對應(yīng)的指示燈會亮，方便維修。
本發(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源工作時(shí)會先通過前端的充電單元給儲能單元i-4一起充電儲能，當(dāng)按下觸發(fā)按鍵之后，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換單元i-1將各路光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過固態(tài)開關(guān)驅(qū)動(dòng)單元i-2來控制固態(tài)開關(guān)單元i-3(固態(tài)開關(guān))的開通，從而使儲能單元i-4的能量通過固態(tài)開關(guān)單元i-3的固態(tài)開關(guān)和變壓器i傳遞至負(fù)載端，使負(fù)載端輸出高壓、窄脈沖，所述的固態(tài)開關(guān)單元i-3關(guān)斷后，變壓器i副邊的能量可通過變壓器i傳遞到變壓器原邊再被續(xù)流單元i-5吸收掉。
因?yàn)楸景l(fā)明基于固態(tài)開關(guān)的普克爾盒納秒脈沖電源是納秒級脈沖電源，為獲得更快的上升沿和下降沿，故電路的寄生參數(shù)對輸出波形的影響非常大，設(shè)計(jì)時(shí)變壓器原邊的漏感要足夠小，線路板的寄生電容也要足夠小，變壓器副邊到普克爾盒之間的同軸傳輸線和bnc連接端子要求特性阻抗為50歐姆。
實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明是一個(gè)高電壓、大電流、全固態(tài)的脈沖調(diào)制器。全固態(tài)開關(guān)以響應(yīng)快、阻抗低、全控等優(yōu)點(diǎn)而取代晶閘管作為開關(guān)器件。本發(fā)明具有生成微小下降的平頂脈沖的能力，多次觸發(fā)模式的能力，連續(xù)可變的脈沖頻率，可變的脈沖寬度，以及快速的上升和下降時(shí)間，初級電壓較低，次級電壓高，具有快速安裝和快速現(xiàn)場維修的優(yōu)勢。