高电压、高储能固态脉冲产生装置

摘要

高电压、高储能固态脉冲产生装置，涉及一种高电压脉冲产生装置。本发明包括两个高压电极，在两个高压电极之间设置有平板固态介质块，两个高压电极分别安装在平板固态介质块相对的两个面上。本发明的有益效果是，通过对高电压脉冲产生装置的储能介质的改进，并采用相关技术手段保证装置产生脉冲平顶波动小的高电压脉冲，使高电压脉冲产生装置具有储能密度高、系统紧凑、机动性强、维护要求低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电压脉冲产生装置。

背景技术

高电压脉冲产生装置在民用、国防等领域有着广泛的用途，用以实现电功率的压缩，使220V的市电实现高电压、高功率瞬间释放，用于驱动负载。目前，高电压脉冲产生装置主要有油介质脉冲产生装置和去离子水介质脉冲产生装置。此两类脉冲产生装置的介质属于液态介质。其中，油介质由于其相对介电常数低(～2.3)、储能密度小而导致输出能力不强，并且产生相同宽度电压脉冲需要设计的脉冲产生装置的几何长度较长。去离子水介质相对介电常数较大(～80)，可以实现较强的输出，相对于油介质脉冲产生装置，储能密度也较大，并且产生相同宽度电压脉冲需要设计的脉冲产生装置的几何长度相对于油介质高电压脉冲产生装置要短一些。但由于用于储能的去离子水极易被污染而降低电阻率，使装置输出能力降低或失效，因此储能介质去离子水需要处理装置进行循环处理，这导致脉冲产生装置系统庞大，机动能力差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种固态脉冲产生装置，相对于现有技术，提高高压脉冲形成装置的储能密度和输出能力，同时提高系统的机动性，降低系统的维护要求。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高电压、高储能固态脉冲产生装置，包括两个高压电极，其特征在于，在两个高压电极之间设置有平板固态介质块，两个高压电极分别安装在平板固态介质块相对的两个面上。

进一步的说，所述高压电极为平板电极。

更进一步的，所述平板电极至少为3个，采用Blumlein结构方式排列，在相邻两个平板电极之间设置平板固态介质块。

所述固态介质块为陶瓷。

本发明的有益效果是，通过对高电压脉冲产生装置的储能介质的改进，并采用相关技术手段保证装置产生脉冲平顶波动小的高电压脉冲，使高电压脉冲产生装置具有储能密度高、系统紧凑、机动性强、维护要求低等优点。同时，采用本专利的技术方案，还可以提高高电压脉冲产生装置的输出能力，实现数TW的高电压脉冲输出，用于驱动负载。

附图说明

图1是本发明的实施例1的电路图。

图2是实施例高压脉冲产生装置输出的电压脉冲波形。电压脉冲波形的半高全宽(Full Width of Half Magnitude，FWHM)为90ns，脉冲平顶宽度(99％-100％)为60ns。

图3是本发明的实施例1的外观示意图。

图4是本发明的实施例2的示意图。

图中，1.脉冲产生装置充电电源，2.充电限流隔离电阻，3.脉冲产生装置，4.放电开关，5.负载，6.脉冲产生装置高压电极，7.脉冲产生装置地电极，81、91高电压、高储能固态脉冲产生装置第一个实施例的充电电极端，82、92第一个实施例的负载电极端，10.第一个实施例的固态储能介质块，11.第一个实施例输出的电压脉冲波形。

具体实施方式

参见图1-3。

本发明采用击穿场强高、介电常数大的平板固态介质块作为储能介质，在介质块两相对的两个面各安装一个高压电极，构成平板结构高电压、高储能固态脉冲产生装置。根据使用的工作电压、负载阻抗和电压脉冲宽度要求，确定固态脉冲产生装置所用储能介质块的外形尺寸。前述储能介质采用陶瓷材料。

在图1中，脉冲产生装置充电电源(1)、充电限流隔离电阻(2)和脉冲产生装置串联(3)。充电限流电阻的一端和脉冲产生装置充电电源(1)高压输出端相连接，充电限流电阻的另一端和脉冲产生装置(3)的高压端(6)相连接。脉冲产生装置充电电源(1)的地端和脉冲形成装置地电极(7)相连接。脉冲产生装置(3)的高压电极(6)通过放电开关(4)和负载(5)相连接。负载(5)的地端和脉冲产生装置(3)的地电极(7)相连接。

参见图3。在实施例1中，两块电极和固态储能介质块(10)紧密相连接，就构成了高电压、高储能固态脉冲产生装置。该装置实际充电电压幅度达到120kV，装置所接负载上流过的脉冲电流达到10kA。输出在使用时，脉冲产生装置的两块电极的一端81、91分别接脉冲产生装置充电电源1的高压端和地端，高电压、高储能固态脉冲产生装置的另一端两个电极82、92通过高压开关和负载串联。当脉冲产生装置充电电源1对高电压、高储能脉冲产生装置充电至设计工作电压时，高电压、高储能固态脉冲产生装置通过图1中的放电开关4对负载5放电，负载5上就可以获得设计输出的脉冲电压。

实施例2：参见图4。

本实施例将脉冲产生装置设计成Blumlein结构，以进一步提高脉冲产生装置的输出能力。

参考《高效层叠平行板Blumlein脉冲产生器性能分析》(光子学报，第36卷第6期，2007年6月)，将多个平行板层叠形成Blumlein结构。本实施例在层叠的平行板间设置固态储能介质块。如图4所示。

本发明的说明书已经对发明内容作出了充分的说明，各组件的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本发明思路的改进都属于本发明的权利范围。