基于STC89C52的高压脉冲电源的设计

采用脉冲单元叠加技术,设计了由10个相对独立的脉冲电源叠加构成的高压脉冲电源。应用同步驱动技术,实现了20 kV,峰值电流100 mA的高压脉冲输出。各脉冲电源单独采用独立的驱动模块控制,驱动信号由单片机控制产生相同的PWM脉冲信号。电源的性能指标为:脉冲电压幅值0～20 kV,脉冲占空比5%～40%可调,脉冲频率20 kHz,也可进行相应调节,脉冲电流最大幅值100 mA,最大额定功率2 kW。设计的电源可通过调节直流电压的大小来满足不同电压输出的要求。测试结果表明设计的电源运行稳定、可靠。最后提出一种采用多模块串并联叠加技术来提高功率的改进方案。     

一种基于IGBT的Marx发生器的研制

为了解决地球探测仪器等领域所需脉冲电压在几十至几kV之间输出电流相对较小的问题,提出了在中小功率场合采用IGBT代替空气放电球隙,从而改进充放电回路的控制方式。给出了以IGBT作为控制开关的Marx发生器的构成框图,IGBT驱动电路和AT89S52单片机控制电路;分析了以放电球隙作为控制开关的Marx发生器基本回路的动作过程;设计了一种以IGBT为控制开关的3级Marx发生器,并进行了放电等效电路的计算和元件参数的选择。采用单片机内部定时/计数器产生周期性脉冲信号,作为IGBT驱动电路的原始控制信号,最终实现了幅值1200 V,脉宽1~10 ms,脉冲频率为10~240/min可调的脉冲电压。采用示波器分压测试的方法给出了负载电阻输出脉冲电压的实际测试结果。测试结果表明,中小功率场合采用IGBT作为控制开关构建Marx发生器切实可行。     

用于放电等离子体的重频固态纳秒脉冲电源

为提高放电功率、产生大面积等离子体,设计了一种高重复频率纳秒脉冲电源,其基本原理是采用高压截断法产生高压脉冲.选用通断速度较快的碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生纳秒级截断,进而可以大幅提高输出脉冲的重复频率;使用8个串联的MOSFET同步工作,以提高输出电压幅值.测试结果表明,该电源输出脉冲的电压幅值可达10 kV,脉冲上升沿约为12 ns,半高宽约为750 ns.负载为5 kΩ无感电阻时,连续运行重复频率可达100 kHz,爆发模式下重复频率可达1 MHz.电源带载能力较强,未击穿时输出电压脉冲波形基本不随电极负载发生改变.该电源可长期稳定工作,产生较大面积等离子体,满足了高重复频率纳秒脉冲放电的需求.     

一种升压模式的可调极性高频Blumlein脉冲形成线功率调制模块

随着脉冲功率技术在新型粒子加速器、生物细胞实验仪器等领域拓展应用,对脉冲功率发生器高重复频率、短脉冲、脉冲参数灵活可调提出更高的要求.该文研究了一种新型的功率变换模块电路拓扑.这种电路拓扑由LC振荡升压单元和Blumlein形成线单元组成,利用多开关时序逻辑控制实现对输出波形参数的调整,相对于传统Blumlein线在保留其短脉冲成形优点的同时,能获得输出脉冲频率数倍于开关频率,输出电压幅值数倍于直流充电电压,输出脉冲的极性及间隔时间的灵活调整.同时,通过动态电路的时域分析和传输线波过程分析阐述该电路的工作原理,并通过电路仿真加以验证.此外,采用射频MOSFET开关和同轴电缆搭建一台原理样机,在负载匹配时,实现了在开关频率500kHz时输出脉冲频率1MHz、输出脉冲电压幅值4倍于直流电源电压20ns的短脉冲.     

模块化绝缘老化试验高压脉冲电源的研制

根据绝缘材料检测的需要,研制了一种新型的无输出脉冲变压器的高压脉冲电源.基于模块化思想,通过增减模块可以改变系统最大输出峰峰值电压,开发的脉冲电源由4个模块串联而成,电源输出峰峰值电压0～4kV,频率1～20kHz,占空比50%,空载时上升沿小于100 ns,加最大负载时上升沿小于200 ns,完全满足对绝缘材料的检测要求.     

均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路设计

为给介质阻挡放电提供电压、频率、脉宽可调的高压脉冲,文中设计了均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路。该串联电路在每个IGBT两端并联一个动态均压与驱动信号输出耦合电路,在导通关断时,一方面保证IGBT两端电压不超过额定电压,另一方面为下级IGBT提供驱动截止信号。通过仿真研究,验证了电路原理的可行性,探索了元器件的选型规则。通过实验研究,实现了电源电压在0～15 kV可通断、频率在0～1 kHz可调节、脉冲宽度在一定范围内可变化,并成功实现介质阻挡放电。该电路解决了多驱动IGBT串联电路需要隔离高压电源及单驱动IGBT串联电路结构难以扩展,各级IGBT导通关断跟随性差,元器件容易损坏的缺陷。该电路同样适用于MOSFET,具有很好的应用前景。     

基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

IGBT串联技术在雷达脉冲调制器中的应用

介绍了氢闸流管开关雷达脉冲调制器的工作过程和特点,给出了串联IGBT新型调制器的技术方案,并对IGBT的驱动保护和串联运行电压失衡原因进行了分析,给出了电压均衡方法,证明了串联IGBT在雷达脉冲调制器中应用的可行性。     

IGBT串联技术在雷达脉冲调制器中的应用

介绍了氢闸流管开关雷达脉冲调制器的工作过程和特点,给出了串联IGBT新型调制器的技术方案,并对IGBT的驱动保护和串联运行电压失衡原因进行了分析,给出了电压均衡方法,证明了串联IGBT在雷达脉冲调制器中应用的可行性.     

基于Marx电路的固态高压脉冲电源设计

针对高压脉冲放电和低温等离子体应用的要求,设计了一种基于Marx电路的高重复频率的固态高压脉冲发生装置。该脉冲电源利用Marx电路电容并联充电、串联放电的原理,选取绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为放电开关,控制电路的模态切换。Marx主电路由84级单元组成,每级单元包含IGBT开关管、快恢复二极管和储能电容。实验结果表明,在输入电压为480 V直流电压,并且在300 Hz的频率下,该电源可以产生幅值为20 kV、脉宽为500 ns的高压脉冲,满足设计要求。     

航天器表面放电脉冲测量系统

文中介绍了一种用于航天器表面放电脉冲测量的瞬态脉冲测量系统,详细地描述了测量系统的原理、电路结构和测量结果。     

基于磁开关的高压纳秒脉冲电源

基于磁脉冲压缩技术设计了一种磁开关,通过初始脉冲波形参数与磁开关参数的配合,将微秒级原始脉冲加以压缩,产生电压幅值为6 kV、上升时间为300 ns的脉冲。分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的工作原理,介绍了磁开关的计算设计方法,并建立了电子工作台(Electronic Workbench,简称EWB)电路仿真模型,比较了电路中各元件参数对脉冲输出参数的影响。     

New approaches to selective pulse design

Selective pulse design for noninteracting spins is equivalent to inversion of the Bloch equations. Until recently, few analytical solutions to this problem were known. However, approaches based on inverse-scattering theory have now led to general solutions that offer ever higher precision in meeting target responses. The concept of soliton pulses (pulses that leave the spin system unaffected) turns out to be a particularly valuable one because half-solitons (both /2 and pulses) are inherently phase compensated. Such pulses are important for observation of shortT ₂ species, where substantial signal loss could occur in any refocusing period. Multiply-selective pulses, suitable for simultaneous suppression of several solvent lines have been generated by inverse-scattering theory and have considerable potential in bothin vivo magnetic resonance spectroscopy and in routine high-resolution NMR. Although analytical solutions show great promise, it is likely that optimization methods will continue to be of value for the foreseeable future. The use of the SPINCALC scheme that operates in a switched stationary reference frame is illustrated through its use to design adiabatic refocusing pulses that do not lead to cumulative errors when used in multiple-echo trains.     

脉冲序列调制-脉冲跳周期调制Buck变换器研究

脉冲序列调制(Pulse Train Modulation,简称PTM)采用高、低能量脉冲对开关变换器的输出电压进行调整,其动态响应速度快,控制器设计简单,但同时开关变换器轻载效率低,输出电压纹波大。脉冲跳周期调制(Pulse Skipping Modulation,简称PSM)采用ON/OFF控制对输出电压进行调整,虽然提高了开关变换器的轻载效率,但也存在输出电压纹波大的缺点。结合PTM与PSM调制技术,提出了开关变换器的PTM-PSM调制技术,在保留PSM调制轻载效率高的同时,降低了输出电压的纹波。最后设计了基于PTM-PSM调制的Buck变换器,通过实验验证了分析结果。     

嵌入式微机与PWM联合控制的脉冲电源研制

为了使高频直流脉冲电源的输出参数可调,从而使电源能更好地适应负载大范围变化的工作状况,将嵌入式单片机控制技术与PWM调制芯片SG3525相结合,成功研制了一种可变频率输出直流脉冲电源.该电源利用SG3525芯片调节和控制直流脉冲的电压,利用嵌入式微机C805IF330GM控制脉冲的频率和占空比,使电源输出直流脉冲的频率、电压和占空比均大范围连续可调.实验结果表明,所研制的高频直流脉冲电源电压稳定度小于0.3%,且电源具有参数可调节范围宽、稳定性好、结构简单的优点.     

基于磁开关的脉冲陡化电路的设计与仿真

为研制用于等离子体发生器的高压高频脉冲电源,根据磁脉冲压缩网络的理论设计了一套脉冲陡化电路。该电路将峰值5 kV、重复频率5 kHz的电压脉冲陡化,其脉冲上升沿由50μs陡化为几十ns。在分析了电路的工作原理并给出其设计要点后建立了电路的仿真模型。仿真结果表明:电源输出脉冲波形受负载等效参数的影响较大;脉冲陡化效果受磁开关饱和电感以及导通时间的影响较大。     

长脉冲折叠型螺旋脉冲形成线的设计和初步实验

高功率脉冲功率调制器的紧凑化是其重要研究方向,为此将螺旋线与折叠线技术相结合,设计了一种长脉冲折叠型同轴螺旋脉冲调制器,该调制器将两根螺旋型脉冲形成线通过过渡段部分连接,形成折叠结构,在一定的长度范围内实现了长脉冲的输出,设计指标为:二极管电压400 kV,负载电流26 kA,脉冲宽度约为260 ns。对传输线的电压波过程进行了分析,结果表明,过渡段阻抗与传输线阻抗匹配时输出波形最好;用PSpice软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;利用高压同轴电缆,进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究结果一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

高压GaAs亚纳秒光电导开关的实验研究

报道了用全固态绝缘结构研制的半绝缘GaAs光电导开关产生高压亚纳秒电脉冲的性能和测试结果。分别用ns、ps激光脉冲触发开关的测试表明，开关的暗态维持电场达35KV/CM，输出电流脉冲上升时间约500ps，达亚纳秒量级。测量了高倍增开关的光电阈值曲线，其最小触发电场阈值≥4.1kv/cm。开关输出电磁脉冲无晃动。3mm电极间隙开关2500v偏置下，入射能量为8μj时获得线性波形，在48μj时获得Look-on波形。     

利用DBD开关开展脉冲压缩技术研究

为输出1～2ns脉宽的脉冲,进行了利用脉冲形成线原理和DBD开关快速导通技术压缩SOS脉冲源输出波形的实验,结果表明:峰值功率450MW、脉宽6ns的脉冲输出可压缩为峰值功率约1GW、阻抗50Ω、脉宽1.8ns、脉冲前沿约0.9ns,运行重复频率2kHz。证明该脉冲压缩技术是实现高重复频率超宽谱源的有效方法。     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.