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。     

基于可编程数据发生器的高精度同步系统的研制

分析了国内高精度同步系统的研制现状,提出了基于数据发生器的高精度同步系统的研制,并详细介绍了产生μs级、ns级同步触发信号的设计方案:数据发生器工作在重复频率状态,输出信号的单次和重复频率状态切换通过一套专用的外围选单电路来实现,同时要求外围选单电路不能降低ns级同步触发信号的时间抖动精度。通过实验验证,最终在触发现场获得了理想的μs级、ns级同步触发信号,ns级同步触发信号的时间抖动小于500ps。该方案对我国新一代高功率固体激光驱动器以及其它需要高精度同步的仪器或者设备的设计具有一定参考价值。     

小晃动高分辨数字脉冲延时发生器设计

随着超快电子学的蓬勃发展,信号的同步成为了待解决的难点。同步控制电路的核心是由脉冲延时发生器组成的,因此设计一款小晃动高分辨数字脉冲延时发生器具有重要的意义。现有的数字脉冲发生器存在一些问题,例如信号不同步、延时精度低、延时范围小。提出了一种FPGA与模拟延时相结合的设计方法,采用晃动补偿的方法来消除晃动的影响,设计晃动测量电路来避免信号不同步;应用模拟延时芯片、设计模拟延时电路来实现延时的高精度;使用FPGA数字方式,通过计数器延时的方法扩大延时范围。对制作好的样板进行测量,基准信号为10μs,调节1ns时,相对延时平均值为1.014 ns;调节1.01 ns时,相对延时平均值为1.009 ns,抖动精度接近100 ps,延时精度接近10 ps,测试结果表明该设计方案可以较好地达到使用要求。     

激光触发变压器型脉冲调制器的实验研究

本文设计了一台激光触发变压器型脉冲调制器并开展了单次及1Hz重频实验研究。该调制器由水介质同轴脉冲形成线、激光触发开关、脉冲变压器、假负载等组成。在调制器主开关导通电压为-795k V时,激光到达开关25ns后调制器主开关导通,在负载上得到了电压-402k V、电流26k A、脉冲宽度128ns的准方波高功率电脉冲。当调制器主开关分别为氮气、六氟化硫时对调制器激光触发气体开关的延时、抖动特性进行了实验研究,266nm激光触发时,氮气具有较小的延时和抖动;同时对自击穿和激光触发两种情况下负载电压的前沿特性进行了对比,最后对实验结果进行了分析。     

一种100kV快前沿脉冲触发器

研制了一种结构紧凑型高电压陡前沿脉冲触发器 ,其工作原理是利用低电感脉冲电容器充电后 ,向输出高压电缆放电产生高电压脉冲。触发器采用同轴结构放电回路和场畸变触发气体开关实现了输出脉冲的快前沿和低抖动 ,经计算分析及测试其主要指标 :标称工作电压 10 0 k V,脉冲上升沿约 10 ns,脉冲宽度 80 ns,抖动 <10 ns。     

MOSFET在感应叠加型高压双方波脉冲发生装置中的应用

为了获得脉冲间距较小并且可随时调节的高压方波脉冲,利用MOSFET响应快、重复频率高的特点研制出了感应叠加型固态高压双脉冲发生装置,该装置主要由8个感应叠加模块组成,每个感应叠加模块由18个并联的功率MOSFET构成。每个功率MOSFET具有专用的驱动电路,该驱动电路由雪崩晶体管产生的触发脉冲进行同步触发。通过测试,所搭建的8个模块感应叠加装置具有输出高压大电流双方波脉冲的能力,在10Ω负载条件下输出的高压大电流双脉冲的峰值电压达3.6 k V、峰值电流达360 A。输出脉冲底部不平坦度10%。通过优化调节雪崩触发脉冲的时间一致性,获得的输出高压脉冲的上升沿和下降沿时间分别为20 ns及30 ns。通过调整雪崩触发脉冲源输出的双触发脉冲的脉宽和脉冲间隔,可调节输出高压双脉冲的脉宽及脉冲间隔。     

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个幅值大于400 V、脉宽小于20 ns的高压脉冲。笔者研制了一种纳秒级高压脉冲发生器,利用水银继电器作为开关,贮能电容通过此开关对匹配负载放电,经试验能产生脉冲幅值600 V、脉宽小于10 ns的陡脉冲电压信号。     

铁电体触发赝火花开关实验研究

本文阐述了铁电体触发开关的工作原理,进行了铁电体触发开关的实验研究。得出了气压与开关导通时间和延时的关系,并对此实验结果进行了分析。在开关间距为3mm、真空度为2.5Pa、阴极腔的深度为19mm、小孔直径为4mm的条件下测得开关的抖动小于3ns。实验结果表明触发电压的高低对开关抖动的影响很大,随着触发电压的升高开关的抖动越来越小。当触发电压达到6kV左右时,开关的抖动小于1ns。     

置于压缩气体中的高压陡波发生器

研制和分析了置于高压气体中的小型化ns级脉冲高压发生器,能产生电压幅值为210kV、上升时间为18ns的脉冲高压。该发生器有体积小、调压方便、便于使用的特点。     

双极性加载脉冲源中储开关同步击穿特性

采用2级压缩回路和双极性脉冲叠加技术可以获得高电压快脉冲,但这对脉冲源各级开关同步特性要求较高。为研究初级源对中间储能电容器充电时间约120 ns时中储开关击穿特性对脉冲源运行的影响,文中分析了一种双极性加载脉冲源对中储开关同步击穿的要求,通过实验获得了自触发预电离中储开关在相应充电时间下的击穿电压、时延及抖动特性,并根据实验数据计算了正、负极性脉冲下中储开关击穿时延差值的概率分布。结果表明,该双极性脉冲源需要控制中储开关击穿时延差值小于10 ns;自触发预电离中储开关在0.2～0.7 MPa氮气中、不同极性脉冲下的击穿时延抖动均小于3 ns;取99.99%置信区间时,气压0.5～0.7 MPa时正、负极性中储开关击穿时延差值小于10.8 ns。该结果可作为考核中储开关同步特性和分析峰化电容器绝缘裕度设计要求的参考。     

激光触发开关触发延时及抖动特性

为了研究激光触发开关工作特性,实验中利用高压电容放电开关试验平台,对氮气气体开关在波长为1 064、532、266 nm脉冲激光触发作用下,不同欠压比、不同能量、不同焦距等情况下开关的延时和抖动特性进行了研究。实验结果表明:开关的延时、抖动随激光能量的增加、欠压比的增大而减小;激光聚焦情况下,激光能量触发阈值明显小于未聚焦情况;较长的激光焦距下,开关具有较小的延时和抖动;激光波长为266 nm时,开关触发工作特性要好于532 nm和1 064 nm激光;较小的激光通孔具有较好的开关工作特性;激光作用电极的材料为不锈钢时,开关的工作特性要好于黄铜电极。     

一种晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元

为满足串联晶闸管阀组中多个晶闸管同步触发以及多个串联晶闸管触发模块之间的隔离强度,给出了一种新颖的晶闸管阀组高压侧触发能量耦合获取单元.该单元可在低压侧产生幅值恒定的直流或高频方波交流可控电流,通过高压绝缘电缆穿过多个磁环变压器将能量耦合至高压侧,在次级经变换后形成触发脉冲直接同步触发晶闸管,触发脉冲上升沿小于500 ns.在10 kv中压晶闸管投切电容器(TSC)无功补偿装置中的实际应用验证了该触发单元的可行性.     

便携式ns级脉冲功率高压源的设计与实现

描述了螺旋带状发生器的基本原理、设计参考和实现依据 ,在此基础上设计和实现了一种脉冲高压发生器 ,并基于脉冲高压发生器研制了一台脉冲电压幅度为 15 0kV、脉冲半宽为 5 0ns、重复频率为 2～ 5Hz的便携式ns级脉冲高压功率电源 ,同时给出了该电源的初级脉冲驱动源和控制电路的设计以及发生器输出电压的测量方式。     

脉宽和幅值可调的新型超窄脉冲发生器的研制

分析各种窄脉冲产生方法后用振荡电路原理研制了一种新型ns级高压窄脉冲发生器,可输出脉宽20～100ns、幅值500～1000V的可调ns级脉冲电压。理论和仿真分析电路中各器件的参数表明,得到的ns级的高压脉冲波形光滑、对称性好。     

ns脉冲电场发生器的研制及应用

为了研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合开关电源技术和脉冲功率技术,研制了一套多参数大范围独立可调的ns脉冲电场发生器。该发生器由高压直流电源、脉冲形成电路和辅助电路3部分组成,输出的脉冲幅值0～1.2kV内连续可调,重复频率1Hz～10kHz内连续可调,脉冲宽度分100、200、600和1000ns4级可调,脉冲个数可以任意预置,上升时间<30ns,并具有显示和保护功能。实验室调试和医学细胞实验结果表明,该发生器调节方便、性能稳定,能够有效诱导人肝癌细胞凋亡,为ns脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的机理和阈值参数选择规律的深入研究奠定了基础。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

适用于脉冲电声法的ns级超窄高压脉冲发生器的研制

对于电声脉冲法空间电荷测试系统中的高压脉冲电源,论文提出了采用脉冲形成线及振荡电路原理来实现超窄高压脉冲。论文在对脉冲发生原理及形成线的参数对波形影响进行了详细论述与分析的基础上,对超窄高压脉冲电源进行了制作和测试。从测试的结果可以看出,基于脉冲形成线原理的高压脉冲发生器能够形成稳定的超窄高压脉冲(ns级),其脉冲宽度随脉冲形成线的长度增加而线性增加,可适用于不同空间分辨率的电声脉冲法空间电荷测量系统。     

低抖动大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关

为了发展结构简单、便于维护的大功率气体火花开关,研制了大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关,该开关采用电晕放电均压方式,由9个相同的间隙构成。利用有限元分析方法对9间隙电晕均压气体火花开关的电场进行了分析,发现适合长度的电晕针对开关主间隙的电场影响很小,且加载触发脉冲时可在中间间隙形成了强烈的畸变电场。在理论分析的基础上,开展了开关击穿特性研究,实验结果表明电晕均压有利于提升开关的稳定性,开关自击穿电压分散性降低,自击穿电压略微增大;同时多间隙开关实现了良好的触发导通,在工作电压60～85 kV(工作欠压比56.8%～80%)范围内,开关的击穿延时抖动均小于20 ns,当工作电压达到80 kV以上时,抖动可小于10 ns。文中设计的大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关可用于直线脉冲变压器等脉冲功率系统,使用的基于电场模拟对电极结构进行优化的方法对设计其他类型的开关具有借鉴意义。     

激光触发开关同步特性的研究

利用高压电容放电开关试验平台,对两个氮气气体开关在266nm脉冲激光触发作用下开关的工作特性进行了研究。实验结果表明:两个开关的延时、抖动随激光能量的增加、欠压比的增大而减小。激光能量5.5mJ时,每个开关电压抖动时间达到了亚纳秒量级,但是两个开关的延时时间差大于1ns;当激光能量大于8mJ时,两开关导通的延时时间差达到了亚纳秒量级,可认为两开关同步导通。     

一种紧凑的高压毫微秒脉冲信号发生器

对一种紧凑的高压毫微秒脉冲信号发生器的整体结构和各部分工作原理作了较详细介绍。并对调试中出现的一系列问题进行了分析，高压毫微秒脉冲发生器由电子元件构成控制部分，采用了北京真空电子技术研究所的新型触发管作为放电开关，高压充电部分利用“反峰充电”原理完成。整机抗干扰能力强，能产生幅值在２５００Ｖ以上的稳定高压毫微秒脉冲，波形指标是脉宽１００ｎｓ，上升沿时间小于１０ｎｓ，平顶下降小于１０％，可以作为方波