一種新型高功率輕小型化脈沖驅(qū)動源研制

夏文鋒,張冬曉,劉啟晨,石 磊,喬漢青,王翔宇

(先進高功率微波技術(shù)重點實驗室;西北核技術(shù)研究所: 西安 710024 )

脈沖驅(qū)動源輕小型化、緊湊化是制約高功率電磁脈沖產(chǎn)生技術(shù)走向應用的重要因素。根據(jù)高電壓脈沖產(chǎn)生方式不同,脈沖驅(qū)動源可分為Tesla型脈沖驅(qū)動源、Marx型脈沖驅(qū)動源等。其中,Tesla型脈沖驅(qū)動源具有能量傳輸效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點,由于開關數(shù)量少,便于重復頻率運行,具有高穩(wěn)定性、高可靠性[1-2]。電介質(zhì)影響脈沖驅(qū)動源的儲能密度、高電壓絕緣和裝置輕小型化,常用的電介質(zhì)主要有氣體、液體和固體3種形態(tài)。氣體介電常數(shù)低,但質(zhì)量輕、絕緣恢復能力強;液體和固體介電常數(shù)分布范圍大、絕緣能力不等,其中液體流動性好、散熱快,常用于脈沖形成線,而固體在擊穿后會喪失絕緣能力,一般用于隔離和支撐[3]。傳統(tǒng)Tesla型脈沖驅(qū)動源通常將Tesla變壓器和脈沖形成線做一體化設計,初、次級線圈內(nèi)置于脈沖形成線中,減小裝置結(jié)構(gòu)尺寸,該技術(shù)路線主要適用于低介電常數(shù)絕緣介質(zhì)[4-7]。若保持脈沖驅(qū)動源輸出脈沖寬度不變,將低介電常數(shù)的變壓器油更換為高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)碳酸丙烯脂,則可大幅度減小脈沖形成線的長度[8-11]。但Tesla變壓器初、次級線圈及磁芯長度遠大于脈沖形成線長度,無法進行一體化設計。

針對脈沖驅(qū)動源輕小型化設計難題,本文提出了一種低阻抗脈沖驅(qū)動源設計新方法,基于高儲能密度液體電介質(zhì),通過理論設計和仿真優(yōu)化,研制了一種高功率輕小型化脈沖驅(qū)動源。……