阅读说明：本技术 一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块 (Low-impedance all-solid-state discharge module for high-transformation-ratio pulse transformer ) 是由 李运海 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明的一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块,包括放电单元包括充电隔离单元,储能单元,IGBT模块,续流回路,市电经航插送入壳体内低压供电模块；高压通过各充电隔离单元对储能单元进行充电,储能单元通过IGBT模块、放电接头和外部高变比脉冲变压器初级相连,形成放电回路；频率信号经过信号板送入各驱动板,对各路IGBT模块进行导通、关断控制；本发明根据需要包括多路相同的独立放电单元,实现多路并充串放的同时,通过模块内空间合理布局以及扁平电缆的连接,将放电回路分布电感进行有效压缩,极大的提高放电波形的di/dt,从而缩短放电波形的上升时间,最终达到实现调制器放电波形前沿改善的目的。(The invention relates to a low-impedance all-solid-state discharge module for a high-transformation-ratio pulse transformer, which comprises a discharge unit, a power supply unit and a power supply unit, wherein the discharge unit comprises a charging isolation unit, an energy storage unit, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) module and a follow current loop, and commercial power is fed into a low-voltage power supply module in a; the high voltage charges the energy storage unit through each charging isolation unit, and the energy storage unit is connected with the primary side of an external high-transformation-ratio pulse transformer through an IGBT module and a discharging joint to form a discharging loop; frequency signals are sent to each driving board through a signal board, and the connection and disconnection of each IGBT module are controlled; the invention comprises multiple paths of same independent discharge units as required, realizes the parallel charging and serial discharging of the multiple paths, effectively compresses the distributed inductance of a discharge loop through the reasonable space arrangement in a module and the connection of a flat cable, and greatly improves the di/dt of a discharge waveform, thereby shortening the rise time of the discharge waveform and finally achieving the purpose of improving the front edge of the discharge waveform of the modulator.)

一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块

技术领域

本发明涉及固态调制器技术领域，具体涉及一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块。

背景技术

脉冲变压器广泛用于高功率脉冲调制器技术领域；具有负载阻抗调节、初次级电压隔离、电压升高、改变脉冲极性等功能。随着脉冲调制器输出峰值功率越来越高，及可靠性要求越高的场合，对脉冲变压器的变比要求也越来越大，从传统的一比几到几十，变到最高到一比几百的数值。

变比升高后，对应前级放电模块有两个变化，一是放电电压可以从几千伏到几十千伏降到一千伏，方便半导体等功率器件的选择；二是放电回路阻抗变的很小，一般为小于1欧。

为了追求更快的脉冲前后沿，对高变比脉冲变压器的初级放电模块提出了更高的要求，而一般的放电模块，放电回路杂散电感大，脉冲波形前后沿慢，无法满足该要求。

发明内容

本发明提出的一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，可实现放电波形前沿高di/dt、模块化程度高、放电源内阻抗低等特点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，包括壳体，壳体内布置放电单元；所述放电单元包括充电隔离单元，储能单元,IGBT模块，续流回路，

市电经航插送入壳体内低压供电模块，低压供电模块产生正负15V用于辅助供电；

高压经接头送入壳体，通过各充电隔离单元对储能单元进行充电，储能单元通过IGBT模块、放电接头和外部高变比脉冲变压器初级相连，形成放电回路；

频率信号经过信号板送入各驱动板，对各路IGBT模块进行导通、关断控制；

壳体内还包括保护板，保护板和各路驱动板连接，将各路保护信号汇总处理后通过接口送出壳体。

进一步的，壳体内包含6路独立的放电单元，每路放电单元均有充电隔离单元，储能单元,IGBT模块，续流回路，各放电单元之间通过叠层母排进行连接。

进一步的，所述驱动板紧密安装在各路IGBT模块上，控制IGBT模块的导通和关断；

驱动板设置有源钳位和短路保护模块；

驱动板在控制IGBT模块的同时将故障反馈信号送给保护板，保护板将各路反馈信号汇总后送出壳体。

进一步的，所述壳体包括前面板、中间隔板、上下安装板、侧面板、后面板及中间层水冷板，通过螺丝紧密连接，构成一个完整的箱体。

进一步的，所述6路放电单元分上下两层，对称分布，各放电单元发热器件均涂有导热硅脂，紧密的安装在水冷板上下两端。

进一步的，所述壳体前面板设置有低压供电、触发指示、故障反馈指示灯。

进一步的，所述水冷板将壳体分为上下两部分，水冷板进出水口通过快速接头连接。

进一步的，所述壳体后面板装有供电、高压接头、各路放电接头以及高压接头防护挡板。

由上述技术方案可知，本发明的用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块可以解决高变比脉冲变压器的初级放电波形的前沿上升率问题。放电模块由直流高压通过充电回路对储能电容进行充电，外部频率信号控制IGBT模块的导通、关断，同时储能电容通过IGBT、模块内回路以及高变比脉冲变压器的初级形成放电回路。本发明在于该放电模块根据需要包括多路相同的独立放电单元，实现多路并充串放的同时，通过模块内空间合理布局以及扁平电缆的连接，将放电回路分布电感进行有效压缩，极大的提高放电波形的di/dt,从而缩短放电波形的上升时间，最终达到实现调制器放电波形前沿改善的目的。

本发明的用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块具有以下有益效果：

1、利用模块化设计思想，将多路相同的放电单元压缩在一个适当空间的机箱内，并且各路放电单元的发热器件紧密安装在水冷板上，这样使得单个放电模块可以工作在更高的重复频率、更高的平均功率下。条件合适时，单个放电模块重复频率可以达到k级，工作的平均功率能到25kW以上。

2、本发明的放电单元各器件紧密安装，并通过叠层母排进行连接，从而降低了回路的分布电感，整个回路电感小于0.5μH，阻抗小于0.5欧，对于充电电压1000V的放电模块，使得模块输出脉冲电流幅度能够达到2000A，前沿上升时间能够小于1μs.由di/dt＝U/L,可知模块

di/dt大于2000A/μs,放电波形前沿时间短。最终改善了高变比脉冲变压器的放电波形前沿。

3、本发明采用水冷板散热，并将发热器件安装在水冷板的上下两面，更加充分的利用了水冷板，同时也使壳体内的空间更加合理、紧凑。

附图说明

图1是本发明的结构模块框图；

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，包括低压供电模块、信号板、保护板、充电隔离单元、储能单元、驱动板、IGBT模块、续流回路等。

具体的说，包括壳体，壳体内布置放电单元；

所述放电单元包括充电隔离单元，储能单元,IGBT模块，续流回路，

市电经航插送入壳体内低压供电模块，低压供电模块产生正负15V用于辅助供电；

高压经接头送入壳体，通过各充电隔离单元对储能单元进行充电，储能单元通过IGBT模块、放电接头和外部高变比脉冲变压器初级相连，形成放电回路；

频率信号经过信号板送入各驱动板，对各路IGBT模块进行导通、关断控制；

壳体内还包括保护板，保护板和各路驱动板连接，将各路保护信号汇总处理后通过接口送出壳体。

如图1所示，市电经航插送入壳体内低压供电模块，低压供电模块产生正负15V用于辅助供电，主要供给信号板、保护板、驱动板。

高压经接头送入壳体，通过各充电隔离单元对储能单元进行充电，储能单元通过IGBT模块、放电接头和外部高分数比变压器初级相连，形成放电回路。

壳体内含6路独立的放电单元，每路单元均有充电隔离单元，储能单元,IGBT模块，续流回路，各部分之间通过叠层母排进行连接。6路放电单元分上下两层，对称分布，各放电单元发热器件均涂有导热硅脂紧密的安装在水冷板上下两端。

模块内放电回路通过叠层母排连接，模块外回路通过低电感线连接，整个放电回路电感可以控制到小于0.5μH，放电阻抗小于0.5欧，对于充电电压1000V的放电模块，使得模块输出脉冲电流幅度能够达到2000A，前沿上升时间能够小于1μs.

驱动板紧密安装在各IGBT模块上，控制IGBT模块的导通和关断。

驱动板具有有源钳位和短路保护功能，能够对IGBT模块提供可靠保障。

驱动板在控制IGBT模块的同时将故障反馈信号送给保护板，保护板将各路反馈信号汇总后送出壳体。

所述壳体包括前面板、中间隔板、上下安装板、侧面板、后面板及中间层水冷板，通过螺丝紧密连接，构成一个完整的箱体。

所述壳体前面板装有低压供电、触发指示、故障反馈指示灯。

所述水冷板将壳体分为上下两部分，水冷板进出水口通过快速接头连接。

所述壳体后面板装有供电、高压接头、各路放电接头以及高压接头防护挡板。频率信号经过信号板送入各驱动板，对各路IGBT模块进行导通、关断控制。保护板和各路驱动板连接，将各路保护信号汇总处理后通过接口送出。

本发明是一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，其外形见图2所示，以水冷板12为中心，所有放电回路器件均对称，紧密的安装在水冷板的上下两侧，模块四面设计成拼装结构，只要将侧板9,22固定在水冷板左右两侧，模块主框架即基本成型。中间隔板6将模块分成前后两侧，前侧分别安装低压供电模块5、保护板7、信号板4，指示灯8，后侧安装放电单元器件，放电单元器件有：二极管14、17，IGBT模块11、13，驱动板10，储能电容18，所有铜接线端子20及光纤接头21被设计在后面板19上，然后安装上前面板3，上15、下1盖板即可组成一个完整的模块。本模块的前面板、上下盖板可根据需要随时拆除，测试方便。

本发明是一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，其安装结构如图2所示，以水冷板12，和两侧板9和22，中间隔板6，构成主骨架，将前面板3，后面板19，上盖板15及下盖板1通过螺钉紧密连接到主骨架上够成一个完整的框体。

由上可知，本发明的一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块可以解决高变比脉冲变压器的初级放电波形的前沿上升率问题。放电模块由直流高压通过充电回路对储能电容进行充电，外部频率信号控制IGBT模块的导通、关断，同时储能电容通过IGBT、模块内回路以及高变比脉冲变压器的初级形成放电回路。本发明在于该放电模块根据需要包括多路相同的独立放电单元，实现多路并充串放的同时，通过模块内空间合理布局以及扁平电缆的连接，将放电回路分布电感进行有效压缩，极大的提高放电波形的di/dt,从而缩短放电波形的上升时间，最终达到实现调制器放电波形前沿改善的目的。

本发明是一种用于高变比脉冲变压器的低阻抗全固态放电模块，功能划分明确，模块结构方便组装生产和维护，内部回路采用叠层母排2,16连接，布局紧凑，分布电感小，平均功率大等优点。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。