4-31  重复频率高压脉冲触发源的研制

冯弟超  常安碧  龚胜刚  夏世维

在1.0 MV Tesla变压器型加速器的运行中，高压脉冲触发源是为高压气体开关的小忒斯拉变压器提供触发能量的单元。让高压气体开关点火并导通，从而让形成线对传输线和二极管放电，产生强电子束流。

高压脉冲触发源的负载小忒斯拉变压器是一种小电感，低阻抗的能量转换系统，在整个系统工作时，要求在高压脉冲触发源在放电的过程中触发准确，导通速度要快。当系统工作在重复频率100 Hz时，还要求系统在两次放电的间隙对所消耗的能量进行快速补充，为了防止在每次充电时充电电流过大，同时也为了防止对各元器件的冲击，损坏元器件，所以在放电储能系统的前面还设置了初级储能系统，在放电完成后储能电容上的电压为负值，如果此时直接对它进行充电，压差大，充电电流也大，容易损伤元器件，所以设计了进行能量回补的补偿系统，在整个实验结束后还要对储能系统C₁和C₂上储存的能量进行放电，整个触整个触发源系统共有预充电系统、储能系统、补偿系统以及放电系统模块，在已知预充电时间小于10 s，重复频率为0~100 Hz。开关触发电压为150 kV，小Tesla变压器初级与次级的绕组匝数之比为1: 600，而且在重复频率为100 Hz，每次放电系统提供的能量为5.5 J的情况下，确定了初级储能与次级储能之间的储能之比约为22: 1，由此计算出初级储能系统和次级储能系统的参数：U₂=308 V，C₁=240 µF，U₁=310 V，C₂=6600 µF，并计算出预充电的电阻为R₁=300 W，谐振的线圈的电感为80 µH。在按以上参数进行设计的基础上，研制加工了高压脉冲触发源系统。

在供电电源220 V进行实验，在预充电完成后初级储能电容C₁上电压约315 V，次级储能电容C₂上的电压约312 V，系统在重复频率为100 Hz时，监测了在电容C₂上的电压放电过程，在触发信号的作用下，形成线放电结束后C₂上的电压约-260 V，在触发信号后1 ms，由谐振电路完成C₂电压的谐振反向，进行能量回补，此时C₂上的电压约为260 V，在触发信号后3 ms初级储能C₁对储能C₂谐振充电，充电结束后C₂上电压约310 V，为下一次C₂对负载进行放电做好准备，整个放电过程由计算机控制，每完成一次放电周期为5 ms，工作结束后，还需要对C₁和C₂上储存的能量进行自动放电。整个工作时序和幅值与理论计算相符，触发源与整个加速器其他系统一起联调运行工作正常，达到了设计的要求。