叠加型高压重频微秒脉冲电源研究

针对水污染领域的高压脉冲电源存在的输出脉冲质量差、输出脉冲不可调等问题,本文从脉冲电源主电路的整体结构和变压器磁芯优化2个方面进行改进。首先,结构上,前级Buck电路调节输出脉冲电压幅值,后级全桥逆变电路调节输出脉冲的频率和脉宽,由5个模块电路串联产生高压脉冲。其次,升压变压器选择高磁导率和高磁通密度的磁芯,保证输出脉冲质量。研制一台额定功率为3kW的样机,对电源进行单触发和重频试验。试验结果表明,该电源输出脉冲实现了频率、脉宽和电压幅值可调,满足设计指标。     

基于脉冲数据采集法功率图示仪校准仪的研制

大功率智能图示仪是用来测量功率半导体器件直流及I/V参数的测试设备,是半导体器件质量控制的必备设备。脉冲测试法为该类设备内部参数测量原理,目前校准难点主要体现在内部集电极电流偏转系数、阶梯电流源、阶梯电压源的校准缺乏整体校准方案。本文通过研究基于脉冲分流器和脉冲电压测量单元的脉冲数据采集法,研制主控模块、多路选择矩阵模块、集电极电流校准模块、阶梯电流校准模块、阶梯电压校准模块、采样保持电路模块、程控放大电路模块、数据处理电路A/D模块、程控基准电源模块、定时模块、触发模块、USB通信模块等模块,推出了一种基于脉冲数据采集法的功率图示仪校准仪,填补了国内功率图示仪校准仪的空白,并通过对关键参数测量不确定度的评定,证明其能够满足大功率智能图示仪校准需要。     

25kV/2A谐振式恒流充电电源

为 1MJ 电容器储能系统研制了一台输出电压 25kV,输出电流2A的恒流充电电源。该电源采用零电流切换非连续全波谐振原理。串联 LC 谐振电路由接成全桥形式的4只大功率 IGBT 驱动,谐振频率固定为 80kHz,开关工作频率 30-65kHz 可调。谐振产生的非连续正弦形电流经匝比为 1:50 的高压变压器升压至 25kV,经快恢复高压二极管串组成的全桥电路整形为一系列非连续的半正弦状电流脉冲,给 10000μF 高压电容器组充电。最终充电电压和充电电流的大小由微处理器控制,前者正比于充电电流脉冲的总个数,后者则正比于开关工作频率。     

高频宽气隙介质阻挡放电负载特性研究

为了研究高频宽气隙条件下介质阻挡放电特性,实现电源和放电管之间的负载匹配。使用频率20~40 k Hz连续可调的全桥方波逆变电源作为主电路,采用脉冲宽度调制作为控制策略,利用高频变压器漏感和放电管等效电容进行阻抗匹配。重点研究了高频宽气隙放电特性,采用Lissajous图形法研究放电过程中等效电容,等效电阻等电学参数。研究结果表明,稳态工作时的放电负载可等效为电容电阻相串联的模型,随着放电负载两端电压的升高,放电管的等效电容增加;随着放电功率的增加,放电负载的等效电阻线性增加。     

75kW超声波发生器控制信号研究

75kW超声波发生器的控制信号必须满足死区时间稳定,频率可调、稳定,能够间隙激发等要求。采用的是电压驱动型脉宽调制控制芯片TL494CN,其产生方波频率在15~40kHz范围内连续可调,死区时间为3μs。用NE555P产生调制波,该调制波信号与TL494CN产生的频率可调脉冲信号经调制后形成有间隙的方波信号,用于控制功率器件IGBT的驱动电路。从示波器记录的输出波形上可以看出:TL494CN生成的频率可调方波与NE555P产生的调制波经过调制电路后,得到能够间隙发射的控制信号。通过现场试验,该控制信号能够控制IGBT的驱动电路实现大功率超声的激发,且满足大功率超声激发的要求。     

脉冲电压下局部放电对聚酰亚胺膜寿命的影响

本文研究了方波脉冲电压下不同频率、电压和温度下的局部放电行为及对聚酰亚胺薄膜寿命的影响.通过连续高压脉冲下的绝缘老化试验和测试系统,以聚酰亚胺薄膜为试验对象,研究不同脉冲幅值、频率及温度下的局部放电特征和影响因素,并得到其寿命曲线,分析了局部放电参量和寿命间的联系,得到了基于连续高压脉冲下的绝缘老化寿命模型的相关参数.     

脉冲射频/40kV高压直接耦合等离子体离子注入电源系统研制

研制的用于等离子体浸没离子注入(PIII)的电源系统采用高压隔离与高频滤波技术,将40 kV高压脉冲电源与13.56 MHz射频电源直接耦合,由单一输出电缆连接到实验靶台上,通过射频与高压脉冲的时序控制,实现了40 kV的高压脉冲与脉冲射频交替输出。工作过程中,通过射频产生等离子体,而后施加高压脉冲获得离子注入,进而实现PIII与沉积。该电源系统的性能指标为:高压脉冲电压幅值10~40 kV,脉冲频率10~1000 Hz,射频脉冲宽度0.01~10 ms,射频与高压间隔0.1~10 ms,高压脉冲功率6 kW,射频脉冲功率1 kW。实验研究表明能够有效的实现PIII。本文将介绍该种新电源的设计思想、电路以及在内凹零部件(如管筒内壁)等离子体离子注入等方面的应用。     

基于Cortex-M4医用高频高压发生器的研究

针对医用X射线机在工频供电条件下存在有用射线输出率低、X射线管输出电压纹波系数普遍偏大的现象,为保证X射线机工作的稳定性与准确性,该文提出一种基于Cortex-M4内核的医用高频高压发生器设计方案。分析高频高压发生器的结构及其工作原理,运用全桥串并联谐振逆变电路实现对高频电压的转换。设计采用双闭环控制,通过对采样电压及电流的采集计算和误差分析,进而调节脉冲频率控制电路和脉冲宽度控制电路,确保输出管电压、管电流的精确、稳定。运行结果表明:该设计的高频高压发生器相对误差小,系统运行稳定性能好,输出电压精度和电流精度高,可以很好地满足医用X射线机工作需求,具有较好的应用价值。     

不同激励参数对DBD等离子体放电功率的影响

为探索DBD等离子体放电功率与各激励参数之间的联系,本文建立了二维的板-板电极简化仿真模型,分别研究了脉冲、正弦交流两种激励的放电频率、电压与放电功率间的具体函数关系。仿真结果显示:一定条件下,放电功率正比于脉冲电压峰值的1.381次方、正比于脉冲放电频率的1.097次方,即放电功率与脉冲电压峰值及脉冲放电频率间均有幂函数关系;放电功率与正弦交流电压幅值呈现指数函数关系,放电功率与正弦交流放电频率间近似线性关系;实际工程中,需要增大DBD等离子体放电功率时,应尽量选用提高电压峰值(幅值),而避免选择提高放电频率。     

25kV／2A谐振式恒流式电电源

为１ＭＪ电容器储能系统研制了一台输出电压２５ｋＶ，输出电流２Ａ的恒流充电电源，该电源采用零电流切换非连续全波谐振原理。串联ＬＣ谐振电路由接成全桥形式的４只大功率ＩＧＢＴ驱动，谐振频率固定为８０ｋＨｚ，开关工作频率３０－６５ｋＨｚ可调。谐调产生的非连续正弦形电流经匝比为１：５０的高压变压器升压至２５ｋＶ，经快恢复高压二极管串组成的全桥电路整形为一系列非连续的半正弦状电流脉冲，给１００００μＦ高压电容     

开关特性测试仪校准装置的速度发生器设计

在对开关特性测试仪各速度参量进行校准时,需要有一个能够满足校准需要的速度发生装置。本文介绍了一种在高压开关特性测试仪校准时提供速度信号的速度发生器的总体设计方案,详细讨论了其设计过程。该速度发生器应用STM32F407作为主控芯片;设计了一套提供真实位移过程的位移机构;设计了信号输出电路以输出可自定义脉宽与幅值的脉冲信号。校准时可以根据被校准仪器的需要选用不同的速度信号源,以解决开关特性测试仪速度参数校准的速度源问题。     

可编程的多波形脉冲低温等离子电源北大核心CSCD

高压脉冲已经运用于许多领域,其中一个就是可以用来产生等离子体电源。脉冲输出参数是脉冲波形、脉冲电压幅度、脉冲频率以及脉冲持续时间等。本文应用现代电力电子技术提出了一种脉冲电路的拓扑结构,通过一定的控制算法可以产生不同的脉冲波形且脉冲幅度可以成倍增加以输出高压脉冲,并开发出了一套可编程的脉冲输出设备以用于生物组织或者材料等的改性加工。电路拓扑采用电容、二极管及开关管配合的方式工作,控制算法由复杂可编程逻辑器件FPGA来实现,通过导通或者关闭开关管来控制电容的充电或者放电以形成脉冲波形。电路拓扑通过Saber仿真软件和实测波形图证实了其可行性。通过单脉冲和多波形脉冲在生物组织上的实验对比,反应了多波形脉冲能够更好的对生物组织进行消融处理。     

可编程数字控制精密延时电路设计

设计一种基于斜波式发生器原理可编程数字控制精密延时电路,用恒流源电路充放电和18位的DA转换器分别接入高速比较器的两端,DA转换器预先设定一电压基准,恒流源充电电容达到电压基准,高速比较器开始反转,形成一个触发脉冲信号,然后充电电容通过高速二极管快速放电重新计时。设计成18bit数字控制可编程动态范围2ps的采集时间间隔,提高采集信号的精度和频率。     

可编程的多波形脉冲低温等离子电源

高压脉冲已经运用于许多领域,其中一个就是可以用来产生等离子体电源。脉冲输出参数是脉冲波形、脉冲电压幅度、脉冲频率以及脉冲持续时间等。本文应用现代电力电子技术提出了一种脉冲电路的拓扑结构,通过一定的控制算法可以产生不同的脉冲波形且脉冲幅度可以成倍增加以输出高压脉冲,并开发出了一套可编程的脉冲输出设备以用于生物组织或者材料等的改性加工。电路拓扑采用电容、二极管及开关管配合的方式工作,控制算法由复杂可编程逻辑器件FPGA来实现,通过导通或者关闭开关管来控制电容的充电或者放电以形成脉冲波形。电路拓扑通过Saber仿真软件和实测波形图证实了其可行性。通过单脉冲和多波形脉冲在生物组织上的实验对比,反应了多波形脉冲能够更好的对生物组织进行消融处理。     

基于多通道电刺激的食管起搏系统研究

针对研究功能性电刺激治疗贲门失弛缓症的需求,设计了一种基于多通道电刺激的食管起搏系统.系统以低功耗单片机MSP430为核心处理器,通过对前端脉冲发生信号的处理,控制低功率压控精密恒流电路,采用软件精确延时等技术实现了刺激脉冲的生成、多通道顺序输出、脉冲参数可调等功能.组织5名受试者参加了吞咽信号采集与处理实验.结果显示,系统可以100%检测到受试者吞咽引起的电压变化.将经采集处理后的电压变化值作为比较电路的阈值参数,进一步生成有效的脉冲发生信号.并且利用高精度示波器和万用表对系统生成的刺激脉冲的强度、频率、脉宽3种性能指标进行测试,对所有数据进行误差计算和分析.数据表明,实际测量值与理论值相对误差均小于2.5%,验证了设计原理的正确性和系统的可行性.     

汞离子推力器用的空心阴极脉冲点火性能

试制了一台高压脉冲点火器,输出电压0.1KV-6KV。测量了空心阴极脉冲点火电压与脉冲宽度,脉冲重复频率及汞流率的关系。对直流点火与脉冲点火进行了比较。用降低阴极工作温度的方法,拍摄了两组阴极放电熄火过程的电压-电流波形照片。在测试范围内,脉冲点火电压随脉冲宽度增大而下降,随脉冲重复频率增高而成直线关系下降。文中讨论了脉冲点火的优点。     

200kV/2mA连续可调直流高压发生器的设计

本文针对传统直流高压发生器体积大、效率低等缺点,设计了一种200kV连续可调、最大输出功率为400W的直流高压发生器。重点对直流高压发生器的功率和控制部分做了详细的介绍,其中功率部分采用高频逆变技术和高频变压器结合倍压整流的方式,而控制部分采用DSP作为系统控制核心。仿真结果和理论分析表明了系统设计方案的正确性及可行性。     

用于电爆炸丝电压测量的水电阻分压器

基于电爆炸丝脉冲高电压的高幅值、快前沿等特点,设计了一个分压比为400∶1的水电阻分压器,并将泰克高压探头P6015A接入该分压器的高压输入端,利用对比法对分压器进行了标定.测量电压为30kV,响应时间为0.05μs,标定结果偏差为1.5%.该水电阻分压器被用于测量含电爆炸丝断路开关的脉冲功率电路,测得输出脉冲电压为0.92 MV,前沿时间为0.1μs.     

基于Proteus的脉冲发生器设计与仿真

针对脉冲涡流检测的需要,设计了可调频的脉冲信号发生器.以简单、可调的比较电压发生电路为控制源,先将比较电压经μA741放大后送入ADC0832进行A/D转换,再将所得的数字信号送人单片机AT89S51,在单片机软件控制下输出一定频率的脉冲信号.硬件设计省去了传统的调频电路,简化了结构;软件设计采用中断控制A/D转换,避免了数据的重复采集.Proteus仿真结果表明,系统设计正确,运行可靠.     

外置式DBS的体外控制电路

针对外置式DBS体内脉冲发生电路的需要,设计了一种体外控制电路.该电路由控制模块和驱动模块组成.控制模块产生一定频率及脉宽的刺激信号,驱动模块将这一刺激信号进行功率放大并有效驱动经皮变压器的初级线圈.本文所设计的体外控制电路实现输出幅值、频率、脉宽可调,尤其是刺激脉冲极性可控.通过对所设计的体外控制电路的变压器负载实验,可以实现高频载波信号的传输.在两线圈间距为5 mm时输出幅值为8 V,效率为8%,间距为15 mm时的输出幅值为3 V,效率为0.5%.实验结果表明,所设计的体外控制电路满足外置式DBS体内脉冲电路的需求.