一种用于驱动消融毛细管放电的组合波电路

摘要

本发明公开了一种用于驱动消融毛细管放电的组合波电路，包括脉冲输出回路及大电流回路，脉冲输出回路完成对毛细管间隙通道的闪络击穿，大电流回路在毛细管通道击穿后形成对间隙通道的续流，并在毛细管腔体内通过大电流完成对毛细管管壁材料的烧蚀消融。本发明能够重复放电，应用范围较广。

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种用于驱动消融毛细管放电 的组合波电路。

背景技术

消融毛细管放电可以产生具有高速、高温和高电导率等特性的等离 子体射流，其可应用于发射药的点火、空间推进器、材料表面改性、有 害物质处理和长空气火花间隙的触发等多个领域。传统毛细管放电为降 低放电起始电压，多需要通过金属丝电爆炸的方式引燃毛细管通道的放 电。显然，这种触发毛细管放电的方式不能满足重复放电，需要在放电 结束后重新更换起爆丝，这在很大程度上限制了其应用的扩展。为使毛 细管放电具有更为广泛的应用，研究一种可以替代传统触发方式的新型 驱动电路具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于驱动 消融毛细管放电的组合波电路，该电路能够重复放电，应用范围较广。

为达到上述目的，本发明所述的用于驱动消融毛细管放电的组合波 电路包括脉冲输出回路及大电流回路，脉冲输出回路与大电流回路相连 接，脉冲输出回路完成对毛细管间隙通道的闪络击穿，大电流回路在毛 细管通道击穿后形成对间隙通道的续流，并在毛细管腔体内通过大电流 完成对毛细管管壁材料的烧蚀消融。

当用于两电极单间隙毛细管结构时，所述大电流回路包括第一电容、 电感、阳极端、阴极端及电阻，所述脉冲输出回路包括脉冲变压器、晶 闸管、二极管及第二电容，其中，脉冲变压器中原边绕组的一端与二极 管的阳极及第二电容的一端相连接，第二电容的另一端及二极管的阴极 与晶闸管的阳极相连接，晶闸管的阴极与脉冲变压器中原边绕组的另一 端相连接，脉冲变压器中副边绕组的一端与阴极端相连接，脉冲变压器 中副边绕组的另一端与电阻的一端相连接，电阻的另一端及第一电容的 一端接地，第一电容的另一端与电感的一端相连接，电感的另一端与阳 极端相连接。

当用于三电极两间隙毛细管结构时，所述大电流回路包括第一电容、 电感、阳极端、阴极端、中间电极及电阻，所述脉冲输出回路包括脉冲 变压器、晶闸管、二极管及第二电容，其中，脉冲变压器中原边绕组的 一端与二极管的阳极及第二电容的一端相连接，第二电容的另一端及二 极管的阴极与晶闸管的阳极相连接，晶闸管的阴极与脉冲变压器中原边 绕组的另一端相连接，中间电极与脉冲变压器中副边绕组的一端相连接， 脉冲变压器中副边绕组的另一端与阴极端及电阻的一端相连接，电阻的 另一端及第一电容的一端接地，第一电容的另一端与电感的一端相连接， 电感的另一端与阳极端相连接。

脉冲变压器中副边绕组的匝数为10-50匝，脉冲变压器中原边绕组 的匝数为1-5匝。

脉冲变压器的输出电压为20kV～300kV。

第二电容的容量为100nF～10μF，充电电压为2kV～20kV。

第一电容的电容量为10μF～1000μF，充电电压为1kV～50kV。

电感的电感值为1μH～100μH。

电阻的阻值为0.1Ω～10Ω。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于驱动消融毛细管放电的组合波电路在工作时，通 过脉冲输出回路完成对毛细管间隙通道的闪络击穿，大电流回路在毛细 管通道击穿后形成对间隙通道的续流，在毛细管腔体内通过大电流完成 对毛细管管壁材料的烧蚀消融，区别于传统的毛细管放电回路，本发明 由脉冲输出回路及大电流回路构成，通过脉冲输出回路及大电流回路的 放电配合实现毛细管放电的重复性及长寿命特性，同时能够适应于两电 极单间隙毛细管结构及三电极两间隙毛细管结构中，应用范围较为广泛， 且结构简单，操作方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明用于两电极单间隙毛细管结构时的结构示意图；

图2为本发明用于三电极两间隙毛细管结构时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的用于驱动消融毛细管放电的组合波电路包括脉冲输出 回路及大电流回路，脉冲输出回路与大电流回路相连接，脉冲输出回路 完成对毛细管间隙通道的闪络击穿，大电流回路在毛细管通道击穿后形 成对间隙通道的续流，并在毛细管腔体内通过大电流完成对毛细管管壁 材料的烧蚀消融。

实施例一

参考图1，当本发明用于两电极单间隙毛细管结构时，所述大电流 回路包括第一电容C1、电感Lo、阳极端1、阴极端2及电阻R，所述脉 冲输出回路包括脉冲变压器T、晶闸管SCR、二极管D及第二电容C2， 其中，脉冲变压器T中原边绕组的一端与二极管D的阳极及第二电容 C2的一端相连接，第二电容C2的另一端及二极管D的阴极与晶闸管 SCR的阳极相连接，晶闸管SCR的阴极与脉冲变压器T中原边绕组的 另一端相连接，脉冲变压器T中副边绕组的一端与阴极端2相连接，脉 冲变压器T中副边绕组的另一端与电阻R的一端相连接，电阻R的另一 端及第一电容C1的一端接地，第一电容C1的另一端与电感Lo的一端 相连接，电感Lo的另一端与阳极端1相连接。

需要说明的是，脉冲变压器T中副边绕组的匝数为10-50匝，脉冲 变压器T中原边绕组的匝数为1-5匝；脉冲变压器T的输出电压为20kV ～300kV；第二电容C2的容量为100nF～10μF，充电电压为2kV～20kV； 第一电容C1的电容量为10μF～1000μF，充电电压为1kV～50kV；电感 Lo的电感值为1μH～100μH；电阻R的阻值为0.1Ω～10Ω。

二极管D在脉冲输出回路中阻碍放电电压及电流振荡，防止脉冲变 压器T的磁芯在放电过程中重复的饱和与复位；脉冲变压器T的副边绕 组在输出高压脉冲后转换为饱和电感，与电感Lo一起调节大电流回路 输出电流波形和电流幅值。为减小脉冲变压器T副边绕组的电感，影响 大电流回路输出电流脉宽及电流幅值，脉冲变压器T副边绕组的匝数为 10～50匝，由于副边绕组的匝数有限，第一电容C1充电电压增加至 1kV～50kV；原边绕组匝数为1～5匝；原边绕组及副边绕组均采用高压导 线绕制，副边绕组在空载条件下可输出电压峰值为20kV～300kV。放电 时，晶闸管SCR的控制端接收到触发命令，第二电容C2经由晶闸管SCR 对脉冲变压器T的原边绕组进行放电，脉冲变压器T的副边绕组输出高 压脉冲，使得毛细管间隙通道沿面闪络，间隙通道沿面闪络形成导电通 道后，脉冲变压器T的磁芯快速饱和，第一电容C1随即通过脉冲变压 器T的副边绕组及电阻R对间隙通道放电，形成大电流回路的RLC放 电。

实施例二

参考图2，当本发明用于三电极两间隙毛细管结构时，所述大电流 回路包括第一电容C1、电感Lo、阳极端1、阴极端2、中间电极3及电 阻R，所述脉冲输出回路包括脉冲变压器T、晶闸管SCR、二极管D及 第二电容C2，其中，脉冲变压器T中原边绕组的一端与二极管D的阳 极及第二电容C2的一端相连接，第二电容C2的另一端及二极管D的 阴极与晶闸管SCR的阳极相连接，晶闸管SCR的阴极与脉冲变压器T 中原边绕组的另一端相连接，中间电极3与脉冲变压器T中副边绕组的 一端相连接，脉冲变压器T中副边绕组的另一端与阴极端2及电阻R的 一端相连接，电阻R的另一端及第一电容C1的一端接地，第一电容C1 的另一端与电感Lo的一端相连接，电感Lo的另一端与阳极端1相连接。

需要说明的是，脉冲变压器T中副边绕组的匝数为10-50匝，脉冲 变压器T中原边绕组的匝数为1-5匝；脉冲变压器T的输出电压为20kV ～300kV；第二电容C2的容量为100nF～10μF，充电电压为2kV～20kV； 第一电容C1的电容量为10μF～1000μF，充电电压为1kV～50kV；电感 Lo的电感值为1μH～100μH；电阻R的阻值为0.1Ω～10Ω。

中间电极3将毛细管通道分为两个间隙，即阳极端1与中间电极3 构成短间隙通道，阴极端2与中间电极3构成长间隙通道。二极管D在 脉冲输出回路中阻碍放电电压及电流振荡，防止脉冲变压器T的磁芯在 放电过程中重复的饱和与复位；脉冲变压器T的副边绕组与长间隙通道 并联后与电阻R串联；第一电容C1的电容值为10μF～1000μF，充电电 压为1kV～50kV；电阻R与脉冲变压器T的副边绕组串联；脉冲变压器 T的副边绕组在输出高压脉冲后转换为饱和电感，并与电感Lo一起调节 大电流回路输出的电流波形及电流幅值；为减小脉冲变压器T的副边绕 组电感，影响大电流回路输出电流脉宽和电流幅值，脉冲变压器T的副 边绕组的匝数仅为10～50匝，由于副边绕组的匝数有限，第一电容C1 的充电电压增加至1kV～50kV，原边绕组的匝数为1～5匝；原边绕组及 副边绕组均采用高压导线绕制，副边绕组在空载条件下可输出电压峰值 约为20kV～300kV；放电时，晶闸管SCR的控制端接收到触发命令，第 二电容C2经由晶闸管SCR对脉冲变压器T的原边绕组进行放电，脉冲 变压器T的副边绕组输出高压脉冲使得短间隙通道沿面闪络，短间隙通 道沿面闪络形成导电通道后，脉冲变压器T的磁芯快速饱和，第一电容 C1随即通过脉冲变压器T的副边绕组、电阻R对短间隙通道放电，随 着短间隙通道电弧对管壁材料的烧蚀消融，形成的等离子体向阴极端2 喷射，待喷射等离子体到达阴极端2时，长间隙通道被短接，形成贯穿 整个毛细管通道的长电弧，两间隙毛细管放电完成。