基于TDS示波器的高压纳秒脉冲信号的测量

在进行重复频率脉冲下气体绝缘放电试验过程中,高压纳秒级的脉冲电压及电流信号的测量是分析气体绝缘特性的关键之一,同时重复频率下击穿所需时间也值得关注。利用TDS684A和TDS3054B实现了高压纳秒级的脉冲电压、电流信号的测量,及电压电流包络线的测量,同时利用这两种型号的示波器实现了重频下击穿的耐受时间的测量,并基于Wavestar软件对波形再处理,及导出波形数据实现数字信号处理。     

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用，脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求，设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成：主电路为8级Marx电路串联，MOSFETs作为充放电控制开关；触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作；LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好，充电速度快，结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述，并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机，实验样机参数为脉冲电压0～4 kV,重复频率0～8 kHz可调，脉冲宽度5～12μs可调。     

一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源的设计

为了满足介质阻挡放电、臭氧制取和材料表面处理等工业应用需求,设计了一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源,该脉冲电源主要由初级能源、磁芯脉冲变压器,螺旋脉冲形成线和气体开关组成。通过电路和电磁场理论分析、TPpice电路仿真及KARAT程序模拟计算,该电源在阻抗约25Ω时能够输出100 kV,脉冲宽度>150 ns,重复频率能够达到1 kHz的高电压脉冲。该电源结构紧凑,造价低,并且输出脉冲的上升前沿<20 ns,具有重要的应用前景。     

常压下重频纳秒脉冲气体放电试验研究

气体介质在重频(PRF)纳秒脉冲作用下的绝缘特性是高重频脉冲功率技术研发的基础。采用SPG200重频纳秒脉冲电源，通过测量常压空气介质间隙(5、10、15、20mm)，在不同重复频率(1、10、100、500、1000Hz)、不同电压幅值(60、80、100kV)作用下的击穿电压、电流、击穿延时及耐受时间，研究了空气的绝缘特性。结果显示重频脉冲常压下空气的击穿场强比单次脉冲时低得多；随击穿场强的增大，击穿时延、重频耐受时间均有减小的趋势，高PRF时减小趋缓。低PRF下的放电发展过程与单次时的放电发展过程差别不大，而与高PRF下的不同。最后对纳秒脉冲下击穿时延及放电机理等进行了一些讨论。     

高压高重频脉冲发生装置研制

本文介绍了一种高压高重频脉冲发生装置的研制过程,装置主要由脉冲信号源,驱动电路和功率放大电路组成。本文详述使用FPGA设计脉冲信号源的方法,驱动电路中脉冲整形电路的设计思路和在功率放大电路中降低电路寄生参数的手段。装置在1MHz重频下工作,在50Ω负载上测得脉冲前沿低于14ns。     

基于快Marx发生器的紧凑型重频脉冲驱动源

为了实现重频脉冲功率源小型化,研制了基于快Marx发生器的紧凑型重频低阻抗脉冲驱动源。采用低功率电源(比如30 V电池)作为初始能源,重频高压充电电源集成大容量超级电容,可脱离外部电源重频对Marx发生器充电至100 k V,结合对高压充电电源和脉冲触发源的同步控制,实现Marx发生器的重频高功率多脉冲输出;Marx发生器中采用薄膜脉冲电容器、小型化气体开关、电感隔离以及SF6气体绝缘等设计,最高建立电压800 k V、额定储能1.6 k J;高压充电电源和脉冲触发源采用真空灌封绝缘胶等紧凑设计,全系统集成后外形尺寸约0.9 m×0.45 m×0.45 m。在实验中获得了重复频率10 Hz、脉宽150 ns、峰值电压400 k V、电流21 k A的连续多脉冲输出,为研制更高性能的小型化重频脉冲驱动源奠定了基础。     

单信号驱动的固态脉冲源

随着脉冲功率电源在材料表面改性、污水处理以及生物医学等方面的广泛应用,脉冲功率电源正在朝着小型化、驱动简单及稳定的方向发展。目前,由于固态脉冲电源信号需要进行高压隔离,造成系统复杂且体积庞大。为了降低系统的质量和体积,文中提出了一种单信号驱动的固态脉冲源的拓扑结构,通过一个信号控制第一级开关的导通和关断,经主电容对剩余开关的门极电容充电后自行触发余下开关。最后,基于该拓扑结构在通用电路分析(PSPICE)中仿真了10级单信号驱动的固态脉冲源电路,结果表明该新型电路拓扑直流充电源工作在800 V,系统输出幅值约为8 kV,脉宽约为200~800 ns的脉冲电压,对于生物医学应用、肿瘤消融以及污水处理有重大意义。     

基于感应叠加技术重频脉冲源的研制

具有亚微秒上升前沿的高压大电流重频脉冲源在生产和科研领域有着广泛应用,由于导通电流大、工作电压高,脉冲源一般选用气体火花开关。由于气体电离的恢复特性,普通气体火花开关难以做到较高频率下的重复导通。氢闸流管开关由于特殊的工艺结构,具有稳定可靠的触发和快速的脉冲上升前沿,适宜作为重频脉冲源的开关。介绍了基于感应叠加方法用较低工作电压的氢闸流管开关获得数倍高压输出的重频脉冲的原理,分析了同轴屏蔽输出结构磁场的分布以及高压重频源的实现方法。     

氢闸流管开关和感应叠加技术重频脉冲源的实验研究

在电力系统和继电保护设备快速瞬变电磁脉冲群的效应实验中,具有亚μs上升前沿的高压重频脉冲源是关键的设备之一。提出了采用氢闸流管开关结合感应叠加技术实现高压重频脉冲输出的方法。基于变压器理论推导并分析了感应叠加输出方式对脉冲前沿的影响,仿真分析了重频脉冲与单脉冲在频域内的分布情况及变压器的磁场分布,给出了同轴屏蔽结构的设计。应用该方法得到了幅值为50kV的连续5路且前沿在20ns内的重频脉冲输出,该脉冲间隔最小为50μs,并能以10μs为步长调节。实验结果表明:氢闸流管触发稳定可靠,同轴屏蔽结构的感应叠加输出方式可以有效地减小漏感对脉冲前沿的影响,并增加了传输效率。     

基于冷阴极触发管的重频高压脉冲源设计

为满足爆轰物理实验、X光机以及Marx脉冲功率装置等触发系统的需求,设计了一种输出幅度在8~15 k V、重复频率1~40 Hz工作的重频高压脉冲源。采用固定频率脉宽调制(PWM)控制器TL494集成电路,构建高压电源给储能电容提供所需能量;在手动触发、光触发(单次和重频)以及电触发三种触发脉冲信号的作用下驱动IGBT半导体开关,经脉冲变压器变换后控制冷阴极触发管迅速导通,致使储能电容上的能量在75Ω负载上瞬间产生放电,得到一路幅度大于15 k V、脉冲前沿小于13 ns、脉宽大于500 ns的高压脉冲和一路幅度大于150 V、前沿小于8.3 ns、脉宽大于1μs的同步脉冲,系统抖动时间绝对值小于10 ns。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了重频工作下高压脉冲源输出的实验结果。     

10 kV系统冲击与工频续流联合试验回路设计

为检验10 kV带间隙防雷装置在冲击闪络后熄灭工频续流电弧的能力,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的试验回路。为了产生较高电压下的高幅值工频续流,采用LC串并联谐振回路产生工频续流,对该回路中各元件的参数进行计算并给出合理数值,最后利用同步控制回路提取冲击信号来导通工频续流回路,实现冲击试验与工频续流试验的同步。计算结果表明,该联合试验回路能在产生1.2/50 μs冲击波的同时产生频率为50 Hz的正弦电流波且电流的振荡能够持续至少100 ms,满足带间隙防雷装置在冲击闪络后,检验工频续流下熄灭电弧能力的要求。     

晶闸管交流调压电路数字触发系统的研究

在深入分析目前晶闸管数字触发电路存在的主要问题的基础上,提出了一种新型晶闸管交流调压电路触发系统的设计方法。提出了基于锁相环的电压同步检测电路的原理与设计,保证了同步信号对电源频率的跟踪;设计了以单片机89s51、计数器8253为基础晶闸管触发电路,并通过相序检测、校正电路实现了相序自适应触发;提出采用高频互补对称触发脉冲设计方法,有效地减小了对脉冲变压器的功率要求。     

超级电容器在晶闸管触发装置中的充放电研究

供电电源是脉冲功率系统晶闸管触发装置的关键组成部分.基于大功率晶闸管的触发要求,对触发电路进行了方案设计.系统采用了超级电容器作为供电电源来满足触发电路的供电电压要求.在此进行多次晶闸管触发实验,反复试验多组不同容量的超级电容器的充放电特性,选择容量合适的超级电容器作为晶闸管触发电路的触发电源.实验结果表明,晶闸管触发装置能够可靠触发,设计满足实验要求;选择5组超级电容器供电,满足触发时间要求.     

模拟量线性光电隔离的新设计

讨论了模拟量线性光电隔离的一种新设计方法,此方法通过常用的光耦隔离元件与简单的电路就能达到精度较高的模拟量光电隔离。传统的模拟量光电隔离电路虽然能实现高精度,但都必须采用特殊的光耦隔离元件与多组互相隔离的电源,此方法则克服了这些缺陷,只需采用普通光耦产品,用到1组电源,一样能实现较高精度的模拟信号光电隔离,从而降低成本。新电路已成功应用于弹载黑匣子的电压采样电路中。     

冲击电压下500 kV油浸倒置式电流互感器局部放电特性研究

为了研究油浸式电流互感器在运行过程中的局部放电特性,搭建500 kV油浸倒置式电流互感器在冲击电压下的局部放电试验回路,对试品施加标准雷电冲击电压和操作冲击电压,使用安装在试品末屏接地引下线处的非接触式高频局部放电传感器采集局部放电信号,通过高采样率示波器显示放电波形。在冲击试验后进行工频局部放电测量、油中溶解气体成分分析、高电压介质损耗因数测试、频域介电谱测试,以检测试品的绝缘状况。研究结果表明:油浸式电流互感器在冲击电压下发生局部放电,绝缘损坏,放电熄灭电压低于正常运行电压,放电无法自熄灭,长期累积作用造成设备故障。     

基于DSP的中频发电机半控整流控制

利用数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)功能强,运行速度快的特点,构成一种基于TMS320LF2407A的中频发电机晶闸管全数字控制系统;具体讨论了采用DSP控制晶闸管半控整流电路的软件设计方法.通过软件编程,DSP产生的触发信号可靠稳定,软件简单明了,可使原来复杂的移相触发电路变成移相触发软件的编程,实现了晶闸管触发的全数字控制.在中频发电机上的试验结果表明,利用这种方法设计整流电路的触发信号可靠,输出直流电压稳定性好,负载切换时能够有效抑制由发电机转速变化引起的直流电压突变.     

基于锁相技术的三相交流调压电源设计

采用锁相环技术,通过拾取某一相的信号,经过相位比较、低通滤波、压控振荡实现触发信号脉冲与拾取的相位信号同步.给定信号和反馈信号经过PID调节,送C8051F310单片机的ADC单元,经程序处理产生同步移相脉冲输出,送由复杂可编程逻辑器件EPM7032完成脉冲成型及放大,由触发器电路输出控制三相可控硅全控桥实现交流调压,...     

高压静电设备中倍压整流电路的工作状态分析

从电压、电荷、能量等各个角度详细分析了理想倍压整流电路中倍压电容上的电压关系。结果表明静电电源设备倍压整流电路正常工作下输出电压波动很小,但当除尘电场击穿放电时,其输出电流出现一浪涌,其幅值可超过正常电流的几十倍,引起高压除尘装置供电设备发生故障。     

基于ZVS双管自激电路的等离子体电源设计

目前,等离子体激励电源通常以工频交流电作为供电输入,并且体积较大,与便携式等离子体发生装置不匹配,限制了等离子体技术的应用与推广。以此为研究背景,开展了便携式介质阻挡放电电源的设计与研究。该电源重量为200 g,体积为102 mm×57 mm×30 mm。电源主电路采用ZVS双管自激电路。通过电路仿真软件辅助设计主电路,并进行了实验测试。结果表明,当电源输入电压为3 ~12 V时,输出电压可达2 ~ 5 kV、输出频率可在20 ~ 30 kHz范围内变化,最大输出功率为60 W,功率重量比为300 W/kg,高于目前商品化高频高压等离子体电源。采用设计的电源能够成功激发沿面型介质阻挡放电（SDBD）等离子体发生器和悬浮电极介质阻挡放电（FE-DBD）柔性等离子体发生器产生冷等离子体,并对相关特性进行了实验研究,满足了大气压开放条件下空气介质阻挡放电工作电压2 ~ 20 kV、工作频率50 Hz ~ 1 MHz的要求,为介质阻挡放电电源的便携性提供了良好的技术支撑。     

基于四电平编码与弱光通信的极低功耗传光式电流互感器

针对传光式电流互感器高压侧现有的母线取能和激光供能方式存在供电死区、能量转换效率低、使用寿命不足等问题,提出一种基于四电平编码与弱光通信的极低功耗光电传输系统方案。首先,设计三态门电路将信号采集模块的采样时钟和数据信号叠加为一个四电平信号。然后,利用超高亮度且极低功耗的LED将四电平信号转换为光信号并通过光纤传输至低压侧。最后,在低压侧通过高灵敏度雪崩光电二极管探测器进行弱光检测后输入解码电路实现信号解码。将极低功耗光电传输系统应用于传光式电流互感器中进行实验验证,测量结果满足0.2级精度要求,系统高压侧的平均功耗可降低至3.91 mW,保证测量精度的同时大幅降低了功耗。由于高压侧的功耗极低,故可采用大容量电池或小功率光伏系统等可靠供能方案,从而解决了高压侧的供能问题,提高了系统的稳定性和可靠性。