2021第10期“大容量脉冲功率电源关键技术”专辑征文启事

正现代脉冲功率技术在国防和工业领域均有广泛应用,包括脉冲激光光源、废气废水处理、材料表面改性、生物和医疗、加速器等。大容量脉冲功率电源朝着高功率、重复频率、集成化、小型化的方向持续发展,其关键技术涉及储能技术、开关技术、脉冲形成线和脉冲调制技术、绝缘材料技术、新型大电流脉冲源和高功率微波源、以及各类应用技术等诸多方面。脉冲功率技术的内涵也从能量在时间上的压缩扩展到能量在空间上的叠加,其面临的极端工况常常能触及相关学科前沿,其相关基础理论支撑着国家的重大工程,是一个科学与技术高度融合的领域。     

高功率微波脉冲功率驱动源研究进展

通过文献调研 ,阐述了高功率微波脉冲驱动源的研究现状、发展趋势及其所涉及的一些如开关、绝缘和材料击穿、脉冲形成和二极管等相关关键技术的发展状况 ,简要评估后得出一些相关结论 ,力图为应用于高功率微波的脉冲功率驱动源系统找出以后的发展方向     

中物院快脉冲直线型变压器驱动源技术研究进展

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)是一种可以直接获得小于100 ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要应用。为此,介绍了近年来以流体物理研究所为代表的中国工程物理研究院在快脉冲LTD模块关键单元技术(如多间隙气体开关、触发系统和磁芯等)、单LTD模块以及多级LTD模块串联装置等方面的研究进展。研究结果表明,LTD具有结构紧凑、参数调整灵活、能量效率高等优点,是未来强流脉冲驱动器设计的优选技术路线。     

基于特斯拉变压器的重频脉冲源输出特性分析及优化

特斯拉变压器型脉冲源是国内外脉冲功率研究领域的热点之一,由于其工作频率较低,而提升成本过高,限制了其在脉冲功率等高新技术领域的应用。该文基于螺旋线型特斯拉变压器的脉冲源样机,提出一种提升特斯拉型脉冲源重频工作能力的方法,分析该脉冲源脉冲形成过程,并将其分为充电电压上升、晶闸管关断和变压器谐振放电三个阶段,经过测试可知脉冲源变压器谐振放电时间是影响其频率提升的主要因素。基于上述研究进行脉冲形成过程不同阶段下的优化设计,调节外电路参数加快充电上升时间,分析晶闸管工作原理并对其关断时间进行优化,改变电路结构缩短其谐振放电时间。调节失谐系数可有效地提高脉冲源的输出电压比和能量效率等关键性能指数,在保证稳定工作的前提下,通过优化电路结构和谐振放电时间加强了脉冲源重频工作能力,最终可实现脉冲源为输出电压0～20kV,输出电压比123,能量效率64%,上升沿30ns,频率0～1kHz可调的纳秒脉冲发生装置。进而促进后续特斯拉型脉冲源的结构紧凑化及其在实际工程中的应用。     

高功率连续脉冲电源

一、引言为了各种应用,脉冲功率技术的发展面临着这样一个问题,必须提供能够产生脉冲功率10~(10)W、脉冲重复率1KHz、寿命大于10~9放电的脉冲功率装置;而高功率连续脉冲电源则是这种脉冲功率装置的关键设备。文[1]给出了利用磁开关技术获得高功率,高重复率和长寿命的连续脉冲电源的原理方框图。本文进一步介绍这种电源的主要部件的原理和线路,其     

高功率Z-Pinch脉冲源技术的发展

概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。基于直线型脉冲变压器（LTD）、电感储能（LES）、等离子体断路开关（POS）以及真空磁绝缘传输线（MITL）技术的低电感、模块化脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z－Pinch装置。     

重复推进系统中脉冲功率源研制及应用

电磁推进相对常规推进具有初速度高、稳定性高、可控性好等诸多优点。在电磁推进系统中,具备高储能密度、快速充放电特性的高功率脉冲功率源是系统应用的基础。为了满足电磁重复推进和冲击力试验要求,研制了电容器储能的200kJ脉冲功率源,主要工作包括电源结构优化设计、放电时序的精确控制及试验研究。脉冲电源放电电流与PSpice仿真相吻合,可以满足小质量电枢重复推进和冲击力试验要求。     

基于断路开关的准方波输出脉冲功率源

为了改善电感储能脉冲功率源的输出波形,提出一种基于电爆炸金属丝断路开关的准方波输出脉冲功率源。该脉冲源以脉冲电容器为初始储能源,通过脉冲形成网络对电爆炸金属丝开关放电,当电流达到峰值附近时,电爆炸金属丝开关断开,将能量切换到负载上。由于脉冲形成网络中电感电流不能突变,所以负载上能得到数倍于初始储能电容充电电压的脉冲输出;由于脉冲形成网络中电容的续流作用,所以负载上能得到准方波脉冲输出。通过理论分析和电路仿真分析,确定了脉冲形成网络的电感电容级数和爆炸丝参数。对功率源进行了实验验证,实验结果表明:在1μF初始充电电容充电32 kV时,在10Ω负载上得到电压幅值83 kV,半高宽279 ns,90%平顶172 ns左右的脉冲输出,证明了该原理的脉冲功率源可行性。     

固态平板Blumlein线中的GaAs光导开关导通电阻实验

为了研制紧凑型脉冲功率系统,开展了基于固态Blumlein线的GaAs光导开关(PCSS)导通电阻的初步研究实验。结合2mm厚固态平板Blumlein线,利用高功率脉冲激光二极管触发GaAs光导开关,在脉冲偏置电压下,GaAs光导开关非线性导通,经Blumlein线输出22.3 kV高压脉冲至负载,满足紧凑型脉冲功率系统的设计要求。通过偏置电压、输出电压以及Blumlein线阻抗估算光导开关的导通电阻约4.1Ω。另外,研究了GaAs光导开关非线性导通模式下的导通电阻与偏置电压和激光能量的关系。     

基于晶闸管开关的高重频脉冲泄放研究

高重频脉冲功率源是脉冲功率源技术未来发展的方向,脉冲电容器放电结束后依旧会残留大量电能,出于安全考虑,需要进行残能泄放。为了实现脉冲功率源的高重频放电技术,必须对脉冲电容器上的残能进行快速泄放。传统的机械开关导通响应时间长,开通时间不一致,不利于多模块脉冲功率源残能的快速泄放,因而采用快速晶闸管替代传统的机械泄放开关。通过计算分析给出了在实际实验中泄放电阻参数选择;设计了一种新型实现晶闸管开关状态监测功能的硬件电路,弥补了软件检测有时间延迟的缺点。结合实际应用给出了监测电路的设计原理与器件参数。测试结果表明,此方案可行,在0.5 s内电容器可以完成残能泄放,为高重频技术的实现奠定了基础。     

脉冲气体开关用SF6混合气体放电特性的研究

脉冲功率技术在大功率激光、Z箍缩、高功率微波和材料合成等领域均有非常广泛的应用,气体开关是脉冲功率装置中关键元件之一.为了获得开关间隙中不同气体电介质时开关工作性能、开关寿命等的变化规律,笔者针对一种典型结构的场畸变气体开关,采用工程中常用的正负充压回路方式,通过改变SF6/N2、SF6/Ar混合比、气压和电极间距等实...     

民用脉冲功率源的进展与展望

民用脉冲功率技术的发展一直比较缓慢,其根本原因是脉冲功率源有待于进一步多样化、小型化、重频化、长寿命和高性价比。电容器储能和开关技术是制约民用脉冲功率源发展的瓶颈。为此,简介了民用脉冲功率源在多样化、开关固态化、电容器储能和功率高密度化等方面的发展现状以及对它今后发展的思考。只有依靠多学科的大协作和政府的大投入,民用脉冲功率源才有望在不久的将来得到较大的发展。     

直线脉冲变压器技术回顾与展望

直线脉冲变压器是近年来发展最迅速的高功率脉冲驱动源.介绍了快放电直线脉冲变压器的应用前景、工作原理,回顾了直线脉冲变压器的技术发展历程,分析了不同时期的结构特点,阐述了开关、触发系统、磁芯等关键技术研究现状和今后研究重点.最后总结了直线脉冲变压器发展动向及可能涉及的相关技术.     

软磁材料开发应用新热点

从NFC(近场通信技术)、无线充电技术、逆变器技术、SMC(复合软磁材料)技术、脉冲功率技术等几个技术领域介绍了软磁材料最新开发应用热点,针对不同技术领域对软磁材料及产品的技术要求,展望中国软磁材料及产品开发应用方向。     

两级锥形磁通压缩脉冲电源的理论分析与实验研究

提出了一种新型两级锥形结构的磁通压缩脉冲电源模型，并对其进行了理论分析和实验研究，从而得出了一些重要的关系和有用的结论。为从事脉冲功率技术的研究提供了一种有效的高功率脉冲电源。     

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。     

Marx发生器驱动的电感储能型脉冲功率源

为研制电感储能型高功率脉冲源,实验研究了采用Marx发生器驱动电感储能-电爆炸丝断路开关的技术途径。研究表明,以等效电容1μF的Marx发生器作为能源,采用1.5μH的储能电感和上百根直径0.05mm、长560mm金属丝并联形成的断路开关,在Marx发生器等效输出电压>180kV时,可在约10Ω负载上输出峰值功率>40GW,能量传递效率>50%,脉宽近200ns,前沿约50ns的脉冲,从而证明该技术途径可较大幅度提高脉冲功率源的输出功率和能量传递效率。     

脉宽扩展型脉冲电源的研究

随着脉冲功率技术的持续不断发展,其在国防建设以及国民生产中的应用越来越广泛,为了满足电磁发射技术的需要,高精度的脉冲电源系统是必不可少的,基于国内外在高功率电容器,晶闸管和续流二极管及脉冲放电网络最新的研究基础上设计了一个小型的紧凑型脉冲功率电源,并采用pspice对脉冲电源的各个部件进行了理论研究和系统的仿真分析验证。为了满足轨道炮放电所需要的恒定持续的大电流,探讨和改进了两种脉宽扩展型放电网络,经过仿真分析,其能够很好地时序触发,并且电流的输出波形很好地满足了轨道炮的要求。最后对两种放电网络进行了仿真比较分析。     

高压脉冲电容器的国内外情况

一、前言高压脉冲电容器是一种储能器,它能够在一个较长的时间间隔内由一个功率不大的电源充电,把能量储存在电容器中。在需要的时候,能够在极短的时间间隔内放出近10~4安/分米~3的冲击电流和(1～5)×10~8伏安/分米~3的脉冲功率,这是其它的储能器如蓄电池和冲击发电机等所难以做到的。强大的冲击电流和脉冲功率可以产生出极高的温度,强大的电磁场和冲击波。在高压试验、激光技术,核子研究、地质勘探、等离子技术和火箭技术等方面都有着相当广泛的应用。世界各国,特别是美国在高压脉冲电容器的储能密度、寿命、低电感、高稳定性和介质材料方面     

脉冲功率技术综述

脉冲功率科学技术,是以电气科学技术为基础,把电工新技术和高电压-大电流技术融为一体的新型学科。本文首先科学地阐述脉冲功率定义、内涵和本质;其次,简介各种储能或脉冲发电系统(空间压缩);再次,简介能量的各种转换成形方法(时间压缩);最后,给出脉冲功率装置的各种负载及其应用,特别介绍了电磁发射技术。将使人们对脉冲功率科学技术有一系统完整的新认识。