阅读说明：本技术 脉冲发生装置 (Pulse generating device ) 是由 乔胜亚 朱晨 李光茂 杨森 王剑韬 邓剑平 刘建成 陈莎莎 敖昌民 黄柏 朱璐 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种脉冲发生装置。包括：放电电路,包括第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路,第一脉冲产生电路用于产生第一脉冲,第二脉冲产生电路用于产生与第一脉冲存在时延的第二脉冲；陡化电路,与放电电路电连接,用于对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理,从而输出陡化电压。该脉冲发生装置通过第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路产生双脉冲,降低了触发拒动的概率,通过陡化电路对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理,提高了脉冲的触发能力和触发的可靠性。(The present invention relates to a pulse generating device. The method comprises the following steps: the discharge circuit comprises a first pulse generating circuit and a second pulse generating circuit, wherein the first pulse generating circuit is used for generating a first pulse, and the second pulse generating circuit is used for generating a second pulse which has time delay with the first pulse; and the sharpening circuit is electrically connected with the discharge circuit and is used for carrying out pulse rising edge sharpening processing on the first pulse and the second pulse so as to output a sharpening voltage. The pulse generating device generates double pulses through the first pulse generating circuit and the second pulse generating circuit, the probability of triggering rejection is reduced, pulse rising edge sharpening processing is carried out on the first pulse and the second pulse through the sharpening circuit, and the triggering capacity and the triggering reliability of the pulses are improved.)

脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及电力设备试验领域，特别是涉及一种脉冲发生装置。

背景技术

高电压大容量的冲击电压发生器在电力设备试验领域具有极其广泛的应用。当发生器的负载容量较大时，冲击电压发生器必须具有极其紧凑构和极低的回路电感，以保证发生器具有足够的驱动负载的能力。但是，当冲击电压发生器的结构非常紧凑时，不可避免地导致冲击电压发生器的主电容、主开关尺寸减小，形成较大的回路杂散电容，从而对触发提出很高的要求，传统的触发脉冲发生器触发能力不足，紧凑型大容量冲击电压发生器触发的可靠性较差。

发明内容

基于此，有必要针对传统的触发脉冲发生器触发能力不足，紧凑型发容量冲击电压发生器触发的可靠性较差的问题，提供一种新的脉冲发生装置。

一种脉冲发生装置,包括：

放电电路，包括第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路，第一脉冲产生电路用于产生第一脉冲，第二脉冲产生电路用于产生与第一脉冲存在时延的第二脉冲。

陡化电路，与放电电路电连接，用于对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。

在其中一个实施例中，放电电路包括充电系统HVDC，充电电阻R1、充电电阻R2，储能电容C1、储能电容C2，第一电子开关、第二电子开关；充电系统HVDC连接至充电电阻R1、R2一端的连接端，充电电阻R1的另一端连接至储能电容C1的一端与第一电子开关的第一端，充电电阻R2的另一端连接至储能电容C2的一端与第二电子开关的第一端，储能电容C1的另一端和储能电容C2的另一端均接地。

充电系统HVDC用于通过充电电阻R1对储能电容C1充电、通过充电电阻R2对储能电容C2充电，储能电容C1和储能电容C2均被充电完成后，所述第一电子开关用于导通后产生第一脉冲，第二电子开关用于导通后产生第二脉冲，第二电子开关导通晚于第一电子开关从而使得第二脉冲与第一脉冲之间存在时延。

在其中一个实施例中，陡化电路包括脉冲变压器T、储能电容C3、脉冲陡化器S3，脉冲变压器T为三绕组结构，包括匝数相同且绕向相反的原边绕组N_p1和原边绕组N_p2，还包括副边绕组N_s，原边绕组N_P1的一端连接至第一电子开关的第二端，原边绕组N_P2的一端连接至第二电子开关的第二端，原边绕组N_P1的另一端和原边绕组N_P2的另一端均接地；副边绕组N_S的一端连接至储能电容C3的一端与脉冲陡化器S3的一端，副边绕组N_S的另一端和储能电容C3的另一端均接地；脉冲陡化器S3的另一端为输出端；第一电子开关或第二电子开关导通后所述脉冲变压器T产生脉冲电压对储能电容C3充电，同时脉冲陡化器S3用于对脉冲电压进行上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。

在其中一个实施例中，脉冲发生装置还包括测量电路，测量电路与陡化电路电连接，用于测量陡化电压的电压值。

在其中一个实施例中，测量电路包括输出电缆C4，分压电阻R3、分压电阻R4，输出电缆C4的首端与陡化电路电连接，输出电缆C4的末端连接至分压电阻R3的一端与负载接入端U_out，分压电阻R3与分压电阻R4串联，分压电阻R4的另一端接地；输出电缆C4用于传输陡化电压，分压电阻R3、R4用于实现对陡化电压的测量。

在其中一个实施例中，输出电缆C4的波阻抗小于100欧姆，分压电阻R3大于等于1千欧且小于等于10千欧，分压电阻R3与分压电阻R4的比值大于输出电缆C4的波阻抗的值。

在其中一个实施例中，输出电缆C4为直流耐压150千伏特的同轴电缆，分压电阻R3为4千欧，分压电阻R4为0.5欧姆。

在其中一个实施例中，储能电容C1和储能电容C2均为微法级脉冲电容器。

在其中一个实施例中，储能电容C1、储能电容C2、储能电容C3与脉冲变压器T之间的关系为：

C1＝C2＝k²*C3

其中，脉冲变压器T的变比k等于副边绕组N_S的匝数与原边绕组N_p1的匝数的比值。

在其中一个实施例中，充电系统HVDC为直流、高压电压，高压电压的幅值小于等于10千伏。

在其中一个实施例中，充电系统HVDC电压为4千伏，充电电阻R1、充电电阻R2均为500千欧，储能电容C1、储能电容C2均为2微法，第一电子开关、第二电子开关均为7.5千伏特、1千安培的电控型晶闸管，脉冲变压器T1的原边绕组N_p1和原边绕组N_P2均为3匝，脉冲变压器T1的副边绕组N_s为90匝，储能电容C3为2.5纳法、耐压100千伏特的电容。

在其中一个实施例中，第一脉冲与第二脉冲之间的时延为10微秒。

在其中一个实施例中，第一电子开关和第二电子开关均为晶闸管。

在其中一个实施例中，第一电子开关和第二电子开关的导通均采用数字延时触发器DG535触发。

在其中一个实施例中，脉冲陡化器为陡化开关。

在其中一个实施例中，陡化开关为高气压短间隙开关或尖-板电极陡化开关或板-尖电极陡化开关。

在其中一个实施例中，陡化开关为0.5兆帕斯卡的六氟化硫气体尖-板陡化开关，间隙距离为2毫米。

上述脉冲发生装置包括放电电路和陡化电路，放电电路包括用于产生第一脉冲的第一脉冲产生电路和用于产生第二脉冲的第二脉冲产生电路，第二脉冲与第一脉冲存在时延。陡化电路与放电电路电连接，用于对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。该脉冲发生装置通过第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路产生双脉冲，降低了触发拒动的概率，通过陡化电路对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，提高了脉冲的触发能力和触发的可靠性。

附图说明

图1为一实施例中脉冲发生装置的电路图；

图2为一实施例中脉冲发生装置输出脉冲电压的波形图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的属于“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种脉冲发生装置,包括：

放电电路102，包括第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路，第一脉冲产生电路用于产生第一脉冲，第二脉冲产生电路用于产生与第一脉冲存在时延的第二脉冲。

陡化电路104，与放电电路102电连接，用于对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。

如图1，在一个实施例中，放电电路包括充电系统HVDC，充电电阻R1、充电电阻R2，储能电容C1、储能电容C2，第一电子开关S1、第二电子开关S2；充电系统HVDC连接至充电电阻R1、R2一端的连接端，充电电阻R1的另一端连接至储能电容C1的一端与第一电子开关S1的第一端，充电电阻R2的另一端连接至储能电容C2的一端与第二电子开关S2的第一端，储能电容C1的另一端和储能电容C2的另一端均接地。

充电系统HVDC通过充电电阻R1对储能电容C1充电、通过充电电阻R2对储能电容C2充电，储能电容C1和储能电容C2均被充电完成后，首先触发第一电子开关S1导通，第一脉冲产生电路产生第一脉冲，然后触发第二电子开关S2导通，第二脉冲产生电路产生第二脉冲，第二电子开关S2的导通晚于第一电子开关S1，从而使得第二脉冲与第一脉冲之间存在时延。

在一个实施例中，充电系统HVDC为直流、高压电压，高压电压的幅值小于等于10千伏，例如4千伏、5千伏、7千伏等。如图2为一实施例中，充电系统HVDC为5千伏时，脉冲发生装置输出的脉冲波形。在一个实施例中，充电系统HVDC的正极电连接充电电阻R1和充电电阻R2的连接端。

在一个实施例中，为增大脉冲能量，储能电容C1和储能电容C2均为微法级脉冲电容器。通过储能电容C1和储能电容C2提高了放电电路的容量。在其中一个实施例中，储能电容C1、储能电容C2均为2微法。在其它实施例中，可以根据对放电电路的容量的需要选取合适的储能电容，以确保储能电容具有足够的能量来保证触发脉冲具有足够的脉冲宽度，而不会显著受到紧凑型冲击电压发生装置杂散参数的影响。通过提高脉冲放电回路容量和波形陡化的方法，产生快前沿、长脉宽的触发脉冲，提高了脉冲电压的触发能力和触发的可靠性。

在一个实施例中，第一脉冲与第二脉冲之间的时延为10微秒。在其他实施例中，可以根据实际需要设置第一脉冲与第二脉冲之间的时延，例如15微秒、20微秒等。

在一个实施例中，第一电子开关和第二电子开关均为晶闸管，例如常用的晶闸管，7.5千伏特、1千安培的电控型晶闸管。

在一个实施例中，第一电子开关和第二电子开关的导通均采用数字延时触发器DG535触发。在其他实施例中，第一电子开关和第二电子开关的导通采用常规的触发电路触发。

在一个实施例中充电电阻R1、充电电阻R2均为500千欧。在其他实施例中，可以根据实际需要选取不同阻值的充电电阻。

如图1所示，在一个实施例中，陡化电路104包括脉冲变压器T、储能电容C3和脉冲陡化器S3。其中，脉冲变压器T为三绕组结构，包括匝数相同且绕向相反的原边绕组N_p1和原边绕组N_p2，还包括副边绕组N_s，原边绕组N_P1的一端连接至第一电子开关S1的第二端，原边绕组N_P2的一端连接至第二电子开关S2的第二端，原边绕组N_P1的另一端和原边绕组N_P2的另一端均接地；副边绕组N_S的一端连接至储能电容C3的一端与脉冲陡化器S3的一端，副边绕组N_S的另一端和储能电容C3的另一端均接地；脉冲陡化器S3的另一端为输出端；第一电子开关S1或第二电子开关S2导通后所述脉冲变压器T产生脉冲电压对储能电容C3充电，同时脉冲陡化器S3用于对脉冲电压进行上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。

如图1所示，当放电电路102中的第一电子开关S1导通后，脉冲变压器T的副边绕组N_S首先产生一个脉冲高压对储能电容C3充电，同时脉冲陡化器S3在储能电容C3两端电压的作用下过压击穿，将上升陡化处理过的脉冲高压施加到负载端。经过时延后第二电子开关S2导通，脉冲变压器T的副边绕组N_S再次产生一个脉冲高压对储能电容C3充电，同时脉冲陡化器S3在储能电容C3两端电压的作用下再次过压击穿，将上升陡化处理过的第二个脉冲高压施加到负载端。通过双路脉冲放电电路向脉冲变压器原边放电产生双脉冲，降低了触发拒动的概率。

在一个实施例中，储能电容C1、储能电容C2、储能电容C3与脉冲变压器T之间的关系为：C1＝C2＝k²*C3，最大限度的保证了脉冲发生装置的输出效率，其中，脉冲变压器T的变比k等于副边绕组N_S的匝数与原边绕组N_p1的匝数的比值。

在一个实施例中，脉冲变压器T1的原边绕组N_p1和原边绕组N_P2均为3匝，脉冲变压器T1的副边绕组N_s为90匝，此时，脉冲变压器T的变比k为30。

在一个实施例中，储能电容C3为2.5纳法、耐压100千伏特的电容。

在一个实施例中，脉冲陡化器S3为陡化开关。

在一个实施例中，为了减小陡化开关的击穿延时，增加输出脉冲的陡度，选取高气压短间隙开关，例如选取以具有高绝缘强度的六氟化硫气体作为绝缘气体的高气压短间隙开关。在一个实施例中，可以选取间隙距离小的陡化开关，从而缩短陡化开关的导通延时。

在一个实施例中，为了减小陡化开关的击穿延时，增加输出脉冲的陡度，选取尖-板电极陡化开关或板-尖电极陡化开关。尖-板电极陡化开关或板-尖电极陡化开关的电场分布为极不均匀电场，从而保证间隙中存在高电场强度的区域，进一步加快间隙击穿速度，缩短陡化开关的击穿时延。

在一个实施例中，为了进一步减小陡化开关的击穿时延，根据脉冲发生装置的输出极性来选用尖-板电极陡化开关或板-尖电极陡化开关。当脉冲发生装置为正极性输出时，选用尖-板电极陡化开关；反之，当脉冲发生装置为负极性输出时，选用板-尖电极陡化开关。

在一个实施例中，陡化开关为0.5兆帕斯卡的六氟化硫气体尖-板陡化开关，间隙距离为2毫米。

如图1所示，在一个实施例中，脉冲发生装置还包括测量电路106，测量电路106与陡化电路104电连接，用于测量陡化电压的电压值。

如图1所示，在一个实施例中，测量电路106包括输出电缆C4，分压电阻R3、分压电阻R4，输出电缆C4的首端与陡化电路电连接，输出电缆C4的末端连接至分压电阻R3的一端与负载接入端U_out，分压电阻R3与分压电阻R4串联，分压电阻R4的另一端接地；输出电缆C4用于传输陡化电压，分压电阻R3、R4用于实现对陡化电压的测量。

如图1所示，充电系统HVDC通过充电电阻R1和R2向储能电容C1和C2分别充电，充电完成后，以一定时延分别触发第一电子开关S1和第二电子开关S2的导通，从而在脉冲变压器原边产生具有一定时延的励磁，继而在脉冲变压器副边产生脉冲高压。脉冲高电压会对储能电容C3进行快速充电，并导致脉冲陡化器S3快速过压导通，从而对高压同轴电缆C4首端注入陡前沿脉冲，陡前沿脉冲沿高压同轴电缆传输至末端负载，同时可通过分压电阻R3和分压电阻R4进行脉冲电压测量。

在一个实施例中，输出电缆C4的波阻抗小于100欧姆的同轴高压电缆，分压电阻R3大于等于1千欧姆且小于等于10千欧姆，分压电阻R3与分压电阻R4的比值大于输出电缆C4的波阻抗的值。分压电阻R3和分压电阻R4做为电阻分压器使用，以分压电阻R3为主，分压电阻R4的阻值远小于分压电阻R3的阻值。通过测量分压电阻R4两端的电压，可以得出分压电阻R3、R4串联电路两端的电压值即是输出到负载接入端U_out的脉冲电压。

在其他实施例中，输出电缆C4的波阻抗小于100欧姆的同轴高压电缆，分压电阻R4大于等于1千欧姆且小于等于10千欧姆，分压电阻R4与分压电阻R3的比值大于输出电缆C4的波阻抗的值。分压电阻R3和分压电阻R4做为电阻分压器使用，以分压电阻R4主，分压电阻R3阻值远小于分压电阻R4的阻值。通过测量分压电阻R3端的电压，可以得出分压电阻R3、R4串联电路两端的电压值即是输出到负载接入端U_out的脉冲电压。

在一个实施例中，分压电阻R3远大于同轴高压电缆的波阻抗，陡化电压可以在同轴电缆末端形成全反射，从而使得脉冲幅值加倍，提高了输出脉冲电压的触发能力。

在一个实施例中，分压电阻R4远大于同轴高压电缆的波阻抗，陡化电压可以在同轴电缆末端形成全反射，从而使得脉冲幅值加倍，提高了输出脉冲电压的触发能力。

在一个实施例中，输出电缆C4为直流耐压150千伏特的同轴电缆，分压电阻R3为4千欧姆，分压电阻R4为0.5欧姆。

上述脉冲发生装置包括放电电路和陡化电路，放电电路包括用于产生第一脉冲的第一脉冲产生电路和用于产生第二脉冲的第二脉冲产生电路，第二脉冲与第一脉冲存在时延。陡化电路与放电电路电连接，用于对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，从而输出陡化电压。该脉冲发生装置通过第一脉冲产生电路和第二脉冲产生电路产生双脉冲，降低了触发拒动的概率，通过陡化电路对第一脉冲和第二脉冲进行脉冲上升沿陡化处理，提高了脉冲的触发能力和触发的可靠性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。