4-22 四路高压快脉冲源研制

张扬陈敏德

　　研究成功的四路点火脉冲源具有幅度大于4kV的点火脉冲输出、延迟时间晃动小于20ns和上升时间小于30ns及抗强电干扰和中子辐射等特性，并且能抗幅度为30kV、脉宽为10ms的反馈脉冲的冲击。根据这些要求，选择以高速脉冲氢闸管为核心研制了该四路高压快脉冲源。此脉冲源在强激光、加速器和电磁辐射等研究领域也均有广泛应用。

　　该高压点火脉冲源主要由高压电源、低压电源、高压显示、高压脉冲产生、电缆增幅、外部检测等电路组成。如图1所示。低压电源N₂为氢闸管提供灯丝电流，用以控制氢闸管内等离子体浓度和加热阴极。高压电源N₁通过限流电阻对储能电容和电缆充电，并为氢闸管提供阳极高压。数字表P通过高压电阻的衰减取样显示直流高压值。当氢闸管的栅极受到来自纳秒高压触发源幅度约4kV的快前沿负脉冲触发时，氢闸管阳极和阴极间迅速导通，储能电容和电缆中的储存电荷通过管子及负载放电从而形成负高压脉冲输出。由于电缆终端开路，故终端输出脉冲幅度应该加倍。

　　在原理样机研制中，灯丝电压、增幅电缆的阻抗、栅极电阻和触发幅度的选取至关重要，对脉冲源的技术指标和可靠性及转换效率影响很大，这几个值又是相互制约的，怎样在保证可靠性的前提下达到预期的技术指标，是必须解决的问题。在工程样机的研制中，储能电容是该脉冲源的关键组件，该元件的选取将对技术指标有很大的影响。选取电感小、耐高压、高频损耗小的电容作储能电容能获得小的上升时间、稳定的脉冲宽度和高的幅度转换效率。脉冲源是否能抗高压是整个系统可靠性研究的关键部分。

　　实验证明，系统串有电阻时，工作很稳定，是原理样机向工程样机转化的关键，此电阻必须是大功率耐高压又体积小的无感电阻，采用的RI系列的电阻，很好地解决了这个问题。采取在氢闸管灯丝电极与低压电源之间接入高频扼流圈阻止高压脉冲冲击低压供电电源、在市电供电回路中加入高压扼流圈和高压旁路电容阻止高压脉冲通过供电系统串入整机等措施，对脉冲源做了进一步的完善，保证了脉冲源的可靠性。

　　经过近1年的研制和改进，高压脉冲源达到了预期的目标，输出幅度达到5kV，时间晃动£5ns，上升时间£10ns，四路输出时间分散性£5ns，可靠性大幅度提高，达到研制的要求。如果能够找到更好的耐高压、电感小及高频损耗小的电容作储能电容，将能获得更小的上升时间、更稳定的脉冲宽度和更高的幅度转换效率，性能将进一步提高。