线形变压器带动源探讨概论

技术优势LTD独特的电路结构赋予其诸多优点：(1)LTD中的电容器充放电均为并联进行，在次级实现电压叠加，初级工作电压低(<200kV)，绝缘要求降低。(2)作为初级储能，可提供较短的脉冲输出，节省脉冲压缩段，使装置比较紧凑，降低了装置造价。(3)快脉冲LTD可提供100ns以下的短脉冲，可直接驱动Zpinch、二极管等负载。

使用模块化LTD，输出参数可以灵活调整。如输出极性、输出电压及阻抗的改变。LTD的研究现状LTD的概念20世纪70年代就已提出，迄今为止LTD技术的发展经历了三个阶段，技术日益成熟展示出广阔的应用前景。

提出原理与初步应用从20世纪70年代到90年代初，是LTD技术的最初发展阶段，LTD技术的原理被提出并得到初步应用。俄罗斯大电流所(HCEI)的G.A.Mesyats和B.M.Kovachuck是LTD技术的先驱。1979年，G.A.Mesyats等人研制了用于产生高温等离子体的Modul装置，其初级储能源首次应用了LTD技术，是LTD技术研究的开端。此时，LTD被命名为LPT，Modul装置的LTD由28级模块串联，每级模块由2个电容器(3F，40nH，50kV)和2个火花开关串联组成，正负充电，输出参数为2.3MV/1.4s.从1987年到1997年，HCEI陆续研制了SNOP2、SNOP3系列装置和MIG多用途装置。这些装置的初级储能源均采用了LTD技术，SNOP3装置的LTD由24级模块串联组成，输出参数为2MV/1.3s;MIG装置的LTD由60级模块串联组成，输出参数为6MV/1.3s<2>。

在此发展阶段，LTD均作为初级储能源为水介质脉冲压缩段充电。装置的电容器和开关构成的初级回路结构松散，回路电感较大(约450nH)，不利于快脉冲输出;初级回路工作于空微秒量级LTD模块气中，并未密封于金属壳体内，运行维护方便，但工作电压较低且不利于装置紧凑化;相邻模块间相互绝缘，初级电流全部绕过磁芯;次级采用甘油浸渍的绝缘介质膜来绝缘。

模块系列化、标准化从1995年到2000年，s量级的LTD技术发展成熟，初步形成系列化、标准化模块，并开始应用于大型装置中。

CEG与HCEI合作，计划采用s量级LTD作为初级能源，采用电感储能方式，用POS实现脉冲压缩，再经多路并联获得大电流，建造大型PRS辐射源装置(计划30MA)。1997年，报道用HAEFELY电容器(5.6F/75kV/10nH/50m)和同轴多级多通道开关(90kV/20nH/1MA)构成子块(单向充电)，两个子块并联构成一个LTD模块，并以此为基础建成了一个20级模块串联的单路装置，末端用POS实现脉冲的最后压缩<5>。后来，SYRINX研究方向调整为探索用磁通压缩的方法实现功率增益。2000年，报道已建成的原理验证装置ECF1储能600kJ，由6路LTD并联组成，每路由4级LTD模块串联组成。其中2路为次级发生器，输出参数为250kA/1s，用于产生磁通;4路为初级发生器，输出参数为2MA/1s，用于驱动等离子体套筒压缩磁通。2002年，ECF1装置升级为ECF2，采用16路LTD并联，每路10级，其中初级发生器12路，次级发生器4路，总储能为3.6MJ.ECF2装置使用了新的LTD03模块，LTD03模块采用了HAEFELY电容器(4F/90kV/10nH/15m)，运行时充电75kV;矩形多级多通道开关(4nH)，极间均压用漏电电阻代替电晕针，开关工作于大气压空气中。模块输出电流大于1MA，1/4周期为800ns.ECF2经磁通压缩后对负载的输出电流为14MA.ECF2装置计划增加LTD并联路数和每路LTD模块数，并拟采用二级磁通压缩来实现脉冲压缩，以扩大到更大规模(60MA)<6>。ECF2用于磁通压缩的研究于2003年截至，装置经改造用作长脉冲(约1s)PRS驱动源，并重新命名为Sphinx.Sphinx由12路LTD并联组成，每路8级模块串联，总储能为1MJ.计划至2006年升级至16路，每路10级，总储能为3MJ，X射线产额超过100kJ<7>，现已完成16路并联，每路8级串联，单级模块进一步改进，使之能够运行在70kV，模块命名为LTD05<8>。ECF系列装置及Sphinx装置开创了LTD多路并联的先河，也是唯一储能达到MJ量级的LTD综合系统。

该阶段，LTD的模块设计开始集成化和标准化;初级回路设计采用了类似感应电压叠加器(IVA)感应腔的结构;电容器和开关等关键器件的性能有很大改善;电容器和开关集成为一体全部密封在金属壳体内，装置紧凑，大大减小了初级回路电感(约110nH)且整个装置外壳在运行时始终处于地电位。

讨论LTD技术经历了近30年的发展，目前快脉冲LTD技术成为发展的重点。主要的需求牵引和发展方向有：第一，用于ICF点火乃至未来惯性聚变能(IFE)研究的超大型Zpinch驱动源，100ns量级的LTD模块向电流水平更高、重复频率运行方向发展。第二，作为驱动各种类型二极管用于闪光照相的驱动源，脉宽50ns左右的LTD向重复频率运行，参数调整灵活方便、结构紧凑、运行高效可靠的方向发展。第三，作为磁驱动等熵压缩(ICE)驱动源，LTD向驱动电流波形调整灵活可靠、运行高效的方向发展。