基于單節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)和單節(jié)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)方波脈沖發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種準(zhǔn)方波脈沖發(fā)生器，具體設(shè)及一種基于單節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)和單節(jié)調(diào)制 網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)方波脈沖發(fā)生器，屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，主要用于高電壓準(zhǔn)方波脈沖的產(chǎn)生，可 W應(yīng)用于高功率微波、閃光照相、激光研究等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖功率技術(shù)是在20世紀(jì)60年代英國(guó)原子武器研究中屯、的J. C. Mad in及其研究 小組取得一系列技術(shù)突破W后迅速發(fā)展起來(lái)的。目前，在脈沖功率裝置中主要有兩大脈沖 形成技術(shù):脈沖形成線技術(shù)(PFL)和脈沖形成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(PFN)。
[0003] 脈沖形成線實(shí)質(zhì)上是一種傳輸線，主要用于形成超短脈沖，而脈沖形成網(wǎng)絡(luò)是傳 輸線在線型脈沖調(diào)制器中的代用元件，由集中參數(shù)元件構(gòu)成，并具有與真實(shí)傳輸線大致相 同的特性。脈沖形成線具有輸出波形較好的優(yōu)點(diǎn)，且采用Blumlein線相對(duì)于單脈沖形成線 可W提高一倍的電壓輸出，但是在需要產(chǎn)生超過(guò)200ns的高電壓準(zhǔn)方波脈沖輸出時(shí)，脈沖形 成線運(yùn)一脈沖形成技術(shù)存在著體積大、造價(jià)貴的問(wèn)題，迫切需要進(jìn)一步解決。
[0004] 與脈沖形成線技術(shù)相比，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有W下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：一是阻抗調(diào)節(jié) 方便，只需改變電路元件的參數(shù)或排布即可調(diào)節(jié)阻抗，使應(yīng)用范圍得到擴(kuò)大并且減小了制 作成本;二是適合輸出長(zhǎng)脈沖，運(yùn)是由于電路元件的脈沖延時(shí)作用，可產(chǎn)生脈沖寬度為幾微 秒的長(zhǎng)脈沖己是儲(chǔ)能密度高，無(wú)論是電流饋電型PFN還是電壓饋電型PFN都要比PFL的油或 水介質(zhì)儲(chǔ)能密度要高得多，符合裝置緊湊化、小型化的發(fā)展方向。目前，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)是產(chǎn) 生長(zhǎng)脈沖的主要技術(shù)途徑。
[0005] 傳統(tǒng)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)主要有等電感和等電容網(wǎng)絡(luò)，W及Guillemin網(wǎng)絡(luò)等，但其波 形存在過(guò)沖，平頂穩(wěn)定性一般且裝置緊湊性較差，難W滿足高功率微波、閃光照相、激光研 究等對(duì)電子束質(zhì)量要求較高的應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，PFN都要采用五節(jié)及W上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)才能獲 得平頂穩(wěn)定性稍好的高電壓準(zhǔn)方波輸出，且每個(gè)電容器都需要滿足充電時(shí)的耐壓要求，勢(shì) 必造成電容器體積大且笨重。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)和對(duì)電容器耐壓方面的 要求往往會(huì)造成最終的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)體積巨大而且笨重，難W滿足具體的使用要求。而減 少網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)又無(wú)法獲得理想的準(zhǔn)方波脈沖輸出，因此，尋求網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)少、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出波 形平頂穩(wěn)定性較好的脈沖發(fā)生器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高功率脈沖驅(qū)動(dòng)源的緊湊化、小型化及實(shí)用化發(fā) 展具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有脈沖形成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所需網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)過(guò)多、裝置 體積巨大、輸出波形平頂穩(wěn)定性較差等不足，提出了一種基于單節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)和單節(jié)調(diào)制網(wǎng) 絡(luò)的準(zhǔn)方波脈沖發(fā)生器，其電路網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)少，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小且輸出波形平頂穩(wěn)定性 好，同時(shí)此發(fā)生器只需對(duì)單節(jié)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充電，還可降低對(duì)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)的電容器絕緣要求，實(shí)現(xiàn) 了平頂穩(wěn)定性好的高電壓準(zhǔn)方波脈沖輸出，可W應(yīng)用于高功率微波、閃光照相、激光研究等 對(duì)電子束質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域。
[0007] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:一種基于單節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)和單節(jié)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)方波脈沖 發(fā)生器，所述發(fā)生器由一節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)、一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)主電感^組成，其中，充電網(wǎng)絡(luò) 由電容Cl構(gòu)成，Cl可W是單個(gè)高壓脈沖電容器或由多個(gè)普通電容器通過(guò)串聯(lián)和/或并聯(lián)組 成;整形網(wǎng)絡(luò)由電容C2及電感L2并聯(lián)組成，C2可W是單個(gè)高壓脈沖電容器或由多個(gè)普通電容 器通過(guò)串聯(lián)和/或并聯(lián)組成;所述充電網(wǎng)絡(luò)的一端與整形網(wǎng)絡(luò)的一端連接，充電網(wǎng)絡(luò)的另一 端與開(kāi)關(guān)的一端(充電端)連接，開(kāi)關(guān)的另一端接地;整形網(wǎng)絡(luò)另一端與主電感^的一端連 接，主電感的另一端接負(fù)載。
[0008] 所述電容Ci、C2的電容值和電感b、L2的電感值根據(jù)負(fù)載要求的脈沖寬度和特性阻 抗確定，具體參數(shù)可根據(jù)W下公式計(jì)算：
[0009]
[0010]其中：τ為輸出準(zhǔn)方波的脈沖寬度，P為網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗。
[ocm]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0012] 1.與傳統(tǒng)的PFN不同，本發(fā)明中的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)僅采用了單節(jié)網(wǎng)絡(luò)作為儲(chǔ)能單元， 工作時(shí)只需要對(duì)單節(jié)電容進(jìn)行充電，而不需要對(duì)所有的電容器都進(jìn)行充電。
[0013] 2.整形網(wǎng)絡(luò)的電容在充電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，不需要承受微秒量級(jí)的充電高壓，而 只需承受納秒量級(jí)的整形電壓，且加載在整形網(wǎng)絡(luò)上的電壓比充電電壓小得多。因此，整形 電容所需的絕緣強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，在制作工藝上有利于減少電容器的體 積。
[0014] 3.與傳統(tǒng)的PFN相比，本發(fā)明將脈沖形成網(wǎng)絡(luò)減少到了兩節(jié)，大大減小了裝置的體 積，可應(yīng)用于百納秒級(jí)的緊湊型脈沖功率系統(tǒng)。
[0015] 4.本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出波形平頂穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了平 頂穩(wěn)定性好的高電壓準(zhǔn)方波脈沖輸出，可W應(yīng)用于高功率微波、閃光照相、激光研究等對(duì)電 子束質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 本發(fā)明將通過(guò)實(shí)施例并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：
[0017] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)的電路圖；
[001引圖2為本發(fā)明的電路圖；
[0019] 圖3為通過(guò)PSpice軟件仿真的現(xiàn)有技術(shù)的和本發(fā)明的兩節(jié)網(wǎng)絡(luò)輸出波形對(duì)比圖；
[0020] 其中：1為現(xiàn)有技術(shù)中兩節(jié)網(wǎng)絡(luò)的輸出波形，2為本發(fā)明的輸出波形。
[0021 ]圖4為本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明的一組模擬和實(shí)驗(yàn)波形對(duì)比圖；
[0023] 其中：8為PSpice軟件仿真波形，9為實(shí)驗(yàn)輸出波形。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0025] 如圖1所示，該電路圖是現(xiàn)有技術(shù)采用的電