本發(fā)明屬于脈沖功率技術領域，具體涉及一種兩側四端頭式低感脈沖儲能與成形模塊。

背景技術：

脈沖功率是通過將一定的能量進行時間尺度的壓縮而獲得高功率的一門學科。由于其高功率、短脈沖的特點，使其能夠產生一些特殊的作用效果，在受控核聚變、核爆炸模擬、高功率激光/微波、等離子體物理等領域有廣泛的應用。

脈沖功率系統(tǒng)是獲得脈沖功率的主要手段，其核心是儲能器件和開關器件。近年來，隨著應用范圍的不斷拓展和深入，對脈沖功率系統(tǒng)的輸出波形質量要求越來越高，在眾多形狀的波形中，方波可滿足大部分應用要求。獲得方波輸出波形一般有兩種途徑，一種是在高壓輸出端子后增加相應的脈沖整形系統(tǒng)，如脈沖形成線等，以改善最終輸出波形質量，這種方法適用范圍廣，但會大幅增加系統(tǒng)體積和重量；另一種是在變壓前即獲得方波波形，然后通過升壓系統(tǒng)將該波形幅值翻倍，形狀保持不變，這種方法可避免高壓脈沖整形系統(tǒng)的引入，有利于縮小系統(tǒng)的體積重量，因此被廣泛采用，形成了Marx-PFN等典型技術路線。目前Marx-PFN技術路線均使用分散的一組電容和電感，通過串并聯(lián)方式形成n級PFN，并將其用作Marx發(fā)生器的一級。但這種組裝方式需統(tǒng)籌考慮大量元器件的排布方式，電路連接復雜，安裝和維護性差。

技術實現要素：

本發(fā)明提供了一種兩側四端頭式低感脈沖儲能與成形模塊，該模塊將儲能器件和脈沖形成功能進行了集成設計，外部電連接點僅為4個，可被高壓電源充電，并且能夠直接輸出幅值約幾十kV、脈沖寬度大于150ns的脈沖方波，其結構簡單緊湊，耐壓強度高，成本低廉，使用壽命長。

本發(fā)明為實現上述目的，主要通過以下技術方案實現：一種兩側四端頭式低感脈沖儲能與成形模塊，包括一個內部充有絕緣介質的密封腔、在密封腔外相對兩側位置分別設置的兩組輸出端子和輸入端子、設置在輸出端子或輸入端子之間的絕緣端子，所述一個輸出端子對應一個輸入端子且輸出端子與輸入端子通過連接銅片進行連接，所述絕緣端子將其所在側的兩組輸出端子或輸入端子隔離，所述密封腔內包括若干個低感脈沖電容器，所述每個低感脈沖電容器的兩個電極各自與連接銅片連接。

進一步地，所述絕緣端子為工字形絕緣端子。

進一步地，所述絕緣端子內部為充有絕緣介質的中空結構，所述絕緣端子內部與密封腔連通。

進一步地，所述絕緣端子的表面設置有周期性凸起結構。

進一步地，所述輸出端子與輸入端子對稱設置。

進一步地，所述模塊的放電回路與輸出端子連接，充電回路與輸入端子連接，模塊外部的充電回路與放電回路被模塊本身隔開。

進一步地，所述輸入端子與輸出端子均為表面光滑且兩端切削成半球結構的長方體。

進一步地，所述半球結構中的所有棱均為弧狀。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

與現有技術相比，本發(fā)明中的低感儲能與成形模塊將電容、電感等元件進行了集成，模塊整體設計為矩形平板狀，體積約為6.4L，多個模塊能夠實現密堆積疊加以實現電壓倍增，空間利用率高。經過特殊設計的雙端輸出輸入結構，將充電回路與放電回路進行了空間隔離，在降低系統(tǒng)的絕緣要求和縮短放電回路的同時，有利于充電、放電回路的集成化與模塊化設計。模塊可通過兩端的輸出端子和輸入端子分別接開關和充電回路，直接組成N級Marx-PFN發(fā)生器，N代表脈沖儲能與成形模塊的個數。整個發(fā)生器外部接線僅為4N條，接線數量大幅減少。同時結構設計也有利于降低系統(tǒng)絕緣要求，易于實現系統(tǒng)的模塊化、功能化設計。整個模塊采用固態(tài)、液態(tài)混合絕緣方式，結構緊湊，該模塊可顯著減小基于Marx-PFN等技術路線的脈沖功率系統(tǒng)的體積重量和維護時間，并提高其可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊結構示意圖。

圖2是本發(fā)明內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊平面設計圖。

圖3是本發(fā)明內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊原理電路圖。

圖4是本發(fā)明內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊典型輸出波形圖。

其中：1、密封腔，2、輸入端子，3、輸出端子，4、連接銅片，5、絕緣端子，6、低感脈沖電容器。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種兩側四端頭式低感脈沖儲能與成形模塊，包括一個矩形殼體、兩組輸出端子和輸入端子、一對絕緣端子、低感脈沖電容器C₁、低感脈沖電容器C₂和連接銅片。矩形殼體的內部包括一個密封腔，輸出端子和輸入端子在密封腔外側兩個相對的位置上分別設置，兩個輸出端子在一側，兩個輸入端子在另一側，一個輸出端子對應一個輸出端子，并且輸出端子和輸入端子通過連接銅片進行連接。連接銅片包括上連接銅片和下連接銅片，連接銅片在矩形殼體的密封腔內上端和下端分別不接觸設置，并且連接銅片的兩端延伸至矩形殼體兩端。密封腔內的低感脈沖電容器C₁和低感脈沖電容器C₂為平板電容結構并排設置，每個低感脈沖電容器的一個電極與上連接銅片連接，每個低感脈沖電容器的另一個電極與下連接銅片進行連接。矩形殼體兩端的絕緣端子將其所在側的兩組輸出端子或兩組輸入端子隔開，即輸出端子與輸出端子隔離，輸入端子與輸入端子隔離，輸出端子與模塊外部的放電回路連接，輸入端子與充電回路連接。充電回路與放電回路不交叉，被模塊本身隔開，互不影響，這樣不但可降低系統(tǒng)的絕緣要求，縮短放電回路，同時有利于實現充電、放電回路的集成化和模塊化設計。

如圖2所示，整個模塊的設計為對稱結構，圖中的左右兩幅小圖分別對應一對絕緣端子的側視圖。絕緣端子在殼體外對稱設置，在絕緣端子的兩側設置有輸出端子和輸入端子，端子數量為兩對共四個，即為兩側四端頭模塊。模塊的設計目標為低成本、小體積、高耐壓。殼體和絕緣端子的材質均采用普通工程塑料，具有加工難度小，成本低廉的優(yōu)點。由于普通工程塑料的耐高壓性能較差，因此將絕緣端子設計為中空結構，并且與密封腔連通，內部充滿絕緣介質以提高模塊的絕緣性，絕緣介質可用變壓器填充液，這樣采用固態(tài)、液態(tài)混合絕緣方式提高其擊穿場強。輸出端子采用表面不光滑的不銹鋼長方體，長方體的兩端切削成半球結構，并且半球結構上的所有棱均為圓弧狀結構，以避免尖端放電。

為了在有限的空間內提高模塊的耐壓強度，絕緣端子的內部設置為中空結構，因此絕緣端子采用工字形絕緣端子，該工字型絕緣端子將輸出端子或輸入端子三面環(huán)繞，并且絕緣端子的表面有周期性凸起結構，能有效增加沿面距離。絕緣端子內部充滿變壓器油，可在約150×80×60（mm）的尺寸內將兩個輸出端子或輸入端子之間的耐壓強度最高提升至120kV，這種設計既能實現可靠絕緣，又不增加接線難度，利于安裝維護。模塊內部絕緣使用成本低廉、可被變壓器油浸潤的油紙，以及充滿整個內部空間的變壓器油絕緣。進油采用真空進油技術，在模塊的最高點和最低點位置均留出直徑約為10mm的孔洞，最高點接真空系統(tǒng)，最低點接油泵，緩慢循環(huán)進油，以確保模塊內所有細小空間均被變壓器油充滿，提高模塊的耐壓強度。整個模塊的典型尺寸為720×155×62（mm），最高耐壓強度可達120kV，能夠以任意姿勢放置和固定，不論安裝還是維護都非常方便。

內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊的原理電路圖如圖3所示，

圖中的C₁ 和C₂對應附圖1中的低感脈沖電容器C₁ 和低感脈沖電容器C₂ ，兩個輸出端子對應附圖2中的兩個輸出端子，兩個輸入端子對應附圖2中的兩個輸入端子，

其中L_C1 、L_C2 分別為低感脈沖電容器C₁和低感脈沖電容器C₂ 的自感，L₁ 為上連接銅片與輸出端子之間的連接銅片的自感，L₃為上連接銅片與兩個低感脈沖電容器之間連接形成接觸點之間的連接銅片的自感，L₅為上連接銅片與輸出端子之間的連接銅片的自感，L₂為下連接銅片與輸入端子之間的連接銅片的自感，L₄為下連接銅片與兩個低感脈沖電容器之間連接形成接觸點之間的連接銅片的自感，L₆為下連接銅片與輸出端子之間的連接銅片的自感，由于連接銅片本身的厚度、長度不同，電感存在差異，并且銅片的長度越長電感越大，銅片的橫截面積越大電感越小，因此各個電感值均可以通過每段銅片的長度實現精確調節(jié)，比如改變兩個低感電容器與連接銅片的接觸位置，或位于兩個低感電容器接觸點之間的連接銅片的截面積、距離等方式。

如圖4所示，內含兩個低感脈沖電容器的脈沖儲能與成形模塊的典型輸出波形為典型的近梯形波，波形平滑沒有振蕩，脈寬約為180nm，平頂時間大于70nm且平頂穩(wěn)定度高。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。