一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源

重复频率脉冲功率技术是一系列高科技研究与前沿研究的基础。开关是重复频率脉冲功率系统中的重要元件,其工作性能决定着整个系统的重复频率输出特性。为此,研究了一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源。该脉冲电源包括主回路、触发回路和控制电路3个部分。在主回路和触发回路中均采用LC串联谐振的方式,用可控硅控制一个大容量电容器,通过电感给一个小容量脉冲电容器充电。主回路的小容量电容器提供通过触发开关主电极的大电流。触发回路的小容量电容器由IGBT控制向脉冲变压器放电,为触发开关提供重复频率的高压触发脉冲。控制电路协调主回路和触发回路各元件的动作时序。在触发开关的实际测试中,该电源的重复频率为1 kHz,输出电流峰值为750 A。     

Design of EUV pulsed power system using multi-stage magnetic comoression circuit

阐述用于EUV光刻技术的脉冲功率电源的设计.该脉冲电源由充电电容组,半导体开关(IGBT),脉冲变压器和四级磁压缩回路组成.解释磁开关的工作原理,提供各关键元件的设计参数.根据磁性材料的物理特性参数,利用Pspice 仿真软件建立磁芯模型,构建磁开关和仿真电路,对各级电压和电流波形进行分析,进而设计调整各级磁开关的参数.实验结果表明,该脉冲电源输出峰值为30 kV,上升沿为＜85 ns,脉冲宽度＜100 ns的脉冲信号.     

多级磁压缩脉冲电源

阐述用于EUV光刻技术的脉冲功率电源的设计。该脉冲电源由充电电容组,半导体开关(IGBT),脉冲变压器和四级磁压缩回路组成。解释磁开关的工作原理,提供各关键元件的设计参数。根据磁性材料的物理特性参数,利用Pspice仿真软件建立磁芯模型,构建磁开关和仿真电路,对各级电压和电流波形进行分析,进而设计调整各级磁开关的参数。实验结果表明,该脉冲电源输出峰值为30 kV,上升沿为<85 ns,脉冲宽度<100 ns的脉冲信号。     

超导电感储能高功率脉冲技术及其仿真研究

提出了利用超导磁储能系统(SMES)来提高电力系统稳定性、提供紧急备用电源和实现新概念武器脉冲电源的“一机三职”功能的基础上,研究了一种基于超导电感储能系统和超导开关的脉冲功率成形技术,探讨了超导脉冲功率技术需要解决的重要基础问题;并根据超导电感储能系统及超导开关特性,提出了超导磁体和超导开关的理想结构,设计了一种脉冲成形网络模型;通过控制外加电流触发超导开关失超来控制超导开关断路,实现高密度无损耗储能、可控脉冲整形,并在电阻负载下,进行了脉冲成形回路放电仿真实验,得到了较理想的脉冲功率输出。     

基于高频振荡回路的激光触发真空开关开断特性

真空触发开关(TVS)是脉冲功率技术的重要开关器件,随着脉冲功率系统向更高工作频率的方向发展,要求TVS具有在高频回路中稳定工作的能力,因此采用LC高频振荡回路对一种新型激光触发真空开关(LTVS)进行实验研究,考察振荡回路频率、间隙电压以及初始等离子体浓度等因素对LTVS的开断特性的影响。实验结果表明,振荡回路频率增加和间隙电压升高将导致电流峰值及电流过零点变化率升高,电路未成功开断或者发生重击穿概率增加;重击穿时间间隔随间隙电压和回路频率升高而缩短;LTVS未成功开断或者发生重击穿概率与初始等离子体浓度无关。实验结果对于改善LTVS在高频回路中的稳定工作能力具有参考价值。     

无磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的研制

为减小磁开关的体积、提高磁脉冲压缩的能量传递效率和频率,分析了基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的工作原理,结合磁开关的工作特性,设计出一种新型的单级磁脉冲压缩拓扑结构,它省去了磁芯复位电路且结构上更加简单、紧凑;并详细介绍了磁脉冲压缩装置的工作原理,通过理论计算给出了此装置关键元件的参数;最后结合理论分析,实验研究了两种特性的磁脉冲压缩装置的不同特性;两种装置可以分别输出幅值为4.8kV、脉冲上升沿0.5μs和幅值为3.6kV、脉冲上升沿10μs的脉冲电压波形;实验结果分析表明:由于磁开关的特性,可使主回路气体开关实现零电流开通,有效减小了气体间隙的损耗,有利于提高气体开关的工作频率。     

基于RSD开关的脉冲放电主回路

运用RLC 电路脉冲产生原理设计出一种以反向导通双晶复合晶体管(Reversely Switching Dynistor,简称RSD)作为开关的脉冲放电主回路。基于RSD 开通的预充要求,引入磁开关作为主回路和触发回路的延迟隔离器。根据磁开关饱和时间τ和饱和电感Ls的综合要求,讨论了磁开关磁性材料的选取,重点设计了体积参数,分析了 s杂散电容、电感对放电回路的不利影响,分别给出两者的估算方法及减小措施。试验连线长60cm ,磁开关采用环形结构,磁芯材料为铁基非晶合金磁芯,其内径为60m m ,外径为120m m ,高为30m m 。经过多次放电试验,得到下述结果:①改善回路杂散电容及电感后,放电电流波形明显光滑;②磁开关绕线匝数决定了隔离时间并改变了回路总电感;③不同负载电阻的放电波形符合RLC 放电规律。试验结果验证了电路参数设计的合理性。该放电回路适合RSD 的测试及其脉冲功率电源。     

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...     

半导体断路开关及其应用

介绍了一种新型的半导体断路开关 ,它采用 P+ - P- N - N+ 的半导体结构 ,可完成亚 ns级的关断 ,关断电流达数 k A、承受反向电压达百 k V、重复频率达数 k Hz。在介绍SOS结构和主要特性的基础上 ,还介绍了基于 SOS的脉冲功率发生器的研究和发展现状     

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.     

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。     

磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用

结合实验与仿真结果,分析了系统,多级磁脉冲压缩电路的运行特点,讨论了作为“磁开关”的可饱和电感磁心复位问题,最后介绍了磁脉冲压缩技术在脉冲电源领域中的应用情况,给出了ＩＧＢＴ脉冲电源样机运行结果。     

基于MOS管串联开关的高压脉冲电源设计

介绍了一种基于MOS管串联开关的高压脉冲电源设计方案,采用工频高压电源通过MOS管串联开关向脉冲变压器初级放电,经脉冲变压器升压在负载上输出-4500V的高压脉冲,该方案具有电路结构简单、可靠性高等优点。     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

大功率脉冲磁场电源系统

本文描述了中国环流器2号A(HL-2A)装置磁场电源系统,并介绍了电源的控制系统和实验结果。磁场电源总脉冲容量近250mV·A,一次放电脉冲释能1200mJ,电源主回路主要由飞轮脉冲发电机、晶闸管变流设备、硅整流器等组成。实验表明,磁场电源的性能指标能够满足装置实验的要求。     

基于磁脉冲压缩技术的电除尘器供电电源

阐述了脉冲供电电源对比其他种类电源的优点及其应用,提出了基于磁脉冲压缩技术的电除尘用脉冲供电电源,利用磁材料的B-H曲线和伏秒积特性解释了磁开关即可饱和电感的实质及其工作原理,在分析一阶磁压缩网络的基础上,给出了基于二阶磁脉冲压缩供电电源的电除尘器的仿真实例,通过仿真结果证实了磁脉冲压缩理论运用在电除尘领域的可行性。指出减小磁芯体积可有效降低损耗,并推导了构成磁开关的两个重要参数-磁芯体积和电感量的计算公式。     

超级电容器用于建立强脉冲磁场的可行性研究

为解决爆炸磁流体发电机应用设计中储能高压脉冲电容器存在的一些缺点,提出了一种以超级电容器替代高压脉冲电容器作为储能器件建立强脉冲磁场的设计方案。在给出脉冲放电回路中超级电容器的等效电路模型、超级电容器模块的设计原则和储能系统管理方案后,对超级电容器模块振荡放电和非振荡放电两种类型进行了分析计算。超级电容器模块和高压脉冲电容器模块的放电电流仿真波形和模块参数的对比结果表明,在产生同样大的脉冲电流下,超级电容器模块放电持续时间更长,在体积和重量上有一定的优势,用于建立强脉冲磁场是可行的。     

基于脉冲变压器RSD直接式预充的设计与研究

基于反向开关晶体管(RSD)的工作原理,提出采用脉冲变压器隔离的直接式触发高压RSD,以解决系统对触发开关要求较高的问题。脉冲变压器的作用是隔离主放电回路的高压,同时在有限的时间内给RSD提供足够的预充电荷且经过一定的时间延迟后饱和。据此,利用变压器等效电路对其进行了设计,得到了变压器及电路的相关参数。利用电路仿真软件Saber仿真脉冲变压器的饱和特性,并进行了实验验证。最后以10kV电压通过RSD对负载放电为例,验证方案的可行性,得到峰值为12kA、底宽15μs、di/dt为2kA/μs的主电流。实验完毕,经测试,器件完好无损。     

大功率超高速半导体开关的换流特性研究

研究了一种应用于激光驱动源的大功率超高速半导体开关反向开关晶体管(RSD)的新结构，以实现ms、ns脉宽、MW以上的高重复率脉冲的产生和控制。RSD具有大面积快速均匀开通、可无限串联、功率大、换流效率高、寿命长的特点。利用单次脉冲试验平台研究了RSD的开通机理及高密度能量转换、允许通过的峰值电流、开通条件与预充、准静态损耗及其di/dt等多项特性。根据经验公式，对小直径RSD做极限电流试验，f 20mm的RSD堆体通过了19.9kA脉冲电流(脉宽30ms)。通过减小主回路电感考核了RSD的高di/dt 耐量特性，放电电压3kV时得到di/dt接近8kA/ms。