一种水介质脉冲形成线充电用Tesla变压器

为了给水介质脉冲形成线快速、高效地充电,研制了一种耦合系数为0.75的Tesla脉冲变压器。推导了开放磁芯结构Tesla变压器的初级和次级电感计算公式;根据研制的变压器几何尺寸,对该变压器的主要参数进行了理论计算并用PSpice软件对变压器给脉冲形成线充电过程进行了模拟计算。该脉冲变压器已应用于基于水介质螺旋脉冲形成线的脉冲调制器中,当变压器的初级输入50kV的脉冲电压时,次级输出脉冲电压给水介质螺旋脉冲形成线充电电压高达720kV,变压器能量效率为36%。理论和模拟结果与实验测量值基本一致,该脉冲变压器具有运行稳定、体积小、结构紧凑等特点。     

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。     

紧凑型重复频率高压脉冲变压器研制

紧凑型脉冲变压器将脉冲变压器与脉冲形成线(PFL)紧密结合在一起形成了脉冲产生和成形一体化结构,实现了其结构的紧凑性,在性能上具有许多优点,是一个研究的重点。为此介绍了一种紧凑型脉冲变压器的基本原理,阐述了采用该技术的高压脉冲发生器的基本设计思想及设计中的关键技术,并用Pspice软件对PFL的充电电压波形及负载电压波形进行了模拟,模拟结果表明在设计的参数下可以实现脉冲变压器充电1.7MV。在理论分析的基础上研制了一台紧凑型重复频率高压脉冲变压器。测试结果表明:此变压器对形成线单次充电达到1.75MV,重复频率100Hz时脉冲变压器能够在1.65MV下稳定运行。     

一种Tesla型的螺旋脉冲形成线设计

设计了一种基于Tesla型的结构紧凑的高电压周期性纳秒脉冲发生器方案,其中一段通过内置高耦合Tesla变压器充电的螺旋脉冲形成线的结构参数为:外筒半径20cm、螺旋线导体半径18cm、螺旋角60°。采用PIC软件模拟分析考虑螺旋线导体厚度时横电磁波的传输过程,并讨论了Tesla内磁芯的引入及内磁芯的大小对波传输的影响,引入半径7.5cm的内磁芯后,慢波系数变化不大(约2.6),输出脉冲平顶波动10%。模拟结果表明,从波传输的角度而言,这种结构的脉冲发生器方案是可实现的。     

基于脉冲形成线的脉冲方波电源设计

为研究某种高压氧化锌(ZnO)陶瓷压敏电阻的特性,设计了用于该电阻测试所需的高压脉冲方波电源。利用脉冲形成开关和高压脉冲形成线网络相结合的原理,采用固体半导体开关器件来产生触发脉冲信号。运用场畸变火花开关作为脉冲形成开关,去控制由脉冲形成线网络构建的储能单元进行放电。再通过应用脉冲变压器进行传输与能量变换后,最终在这种高压ZnO陶瓷压敏电阻负载上,实现输出电压幅度不大于40 kV、脉冲宽度不小于4μs、脉冲前沿不大于1μs的高压脉冲方波信号。     

部分磁芯的带绕式脉冲变压器的研制

针对空芯变压器传输效率低的缺点,采取了在带绕式空芯变压器中加入部分磁芯以提高其性能的改进措施。通过比较选择,最终确定用铁基非晶带材料作为磁芯材料,用计算机软件仿真确定只加内磁芯的圆环式结构并根据分析结果制作了初级电感3.1μH、次级电感298.7μH、耦合系数0.87的高功率带绕式脉冲变压器。理论计算和模拟试验得到变压器的变比相一致,部分磁芯变压器是空芯变压器变比的1.2倍,部分磁芯带绕式脉冲变压器的输出电压>635 kV,满足设计和实验要求。     

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.     

铁心式脉冲变压器的谐振充电特性

基于脉冲变压器的陡脉冲发生器是神光III能源模块主放电开关的触发方案之一。该类型触发器利用脉冲变压器对高压电容谐振充电,并通过陡化开关输出陡脉冲触发气体开关。分析杂散电阻和激磁电感对谐振充电变比和效率的影响,理论推导了环形铁心脉冲变压器的铁心体积最小值,并在实际工程中验证。设计了带载电容为1.08 nF,输出电压峰值为130 kV,绕组变比为65的干式铁心式脉冲变压器。研制了基于脉冲变压器谐振充电的气体开关触发器,其输出脉冲峰值大于120 kV,上升时间小于30 ns,能够稳定可靠地触发两电极气体开关。     

采用双边对称输入方式的4模块直线变压器驱动源研制

为开展脉冲功率系统小型化研究,介绍了直线变压器驱动源的工作原理,阐述了其设计思想和关键技术,研制了以脉冲形成网络为初级脉冲形成单元、采用双边对称输入方式的4模块直线变压器驱动源。通过对单模块的试验研究,分析了充电位置对输出电压波形的影响,并进行了优化设计。研究了充电过程中充电电流对磁芯的去磁作用,并根据设计参数进行了模拟计算,结果表明充电电流可使磁芯完全去磁。最后开展了4模块直线变压器驱动源的试验研究,其输出电压幅值约600kV、脉宽约200ns、前沿约52ns(10%～90%),输出功率达数GW,在重频25Hz下工作稳定。与相同输出参数的基于水介质脉冲形成线的直线变压器驱动源相比其尺寸明显减小,说明此直线变压器驱动源的研制促进了脉冲功率源小型化发展。     

一种LCC逆变充电混合储能脉冲功率电源

为了获取万伏以上的高压窄脉冲输出,设计了一种采用高压脉冲变压器混合储能脉冲功率电源,同时为了提高电源的重复频率,设计了LCC逆变充电器。省去中间的高频变压器,电源采用逆变输出直接整流对初级储能电容充电的拓扑结构,文中首先通过充电电容等效为电压源的方法分析逆变器的工作原理,并给出参数选取原则和计算方法。接着分析了电容充电及向脉冲变压器电感放电的过程,说明了在放电电流最大时断路可在负载侧获取高压窄脉冲。电源实验表明,按所选取的参数,电源可实现前沿1.0μs幅值30 kV脉宽1.5μs(90%幅值)的高压脉冲输出,重复工作频率可达2.5 kHz以上,也可实现前沿8 ns幅值4 800 A的脉冲电流输出,充电器实现了对初级电容的快速充电。该电源结构较简单、成本较低,容易做成紧凑一体化的结构,可作为废气处理电源或其他需要数万伏高压窄脉冲工作的场合。     

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。     

螺旋型水介质Blumlein线的初步研究

介绍了水介质螺旋Blumlein型脉冲形成线 (长约0 5m)的设计和实验结果。实验表明 :它可得到前沿约 12 0ns、脉宽约 2 70ns的方波脉冲 (而同样长水介质同轴Blum lein线只能得到 31ns的方波脉冲 ) ,可满足一些长脉冲功率源或较高阻抗脉冲功率源的应用需求     

具有大耦合系数的Tesla变压器理论分析

带有开口铁心的Tesla变压器与成形线一体化,使Tesla变压器的耦合系数>0.9。根据Tesla变压器电路模型,得出了输出电压、电流的解析表达式。在此基础上分析了失谐系数、耦合系数等参数与输出电压、能量传递效率之间的关系。指出在工程设计中,应更多时候注意在失谐系数>1时来设计Tesla变压器的能量传输效率,并且应尽可能的提高耦合系数。     

Compact low-cost high-voltage pulse generator for biological applications

In order to test the electroporation applied to mammalian cells (DU-145 human prostate cancer cell line), treated with short (30 ns) intense electric pulses, a new architecture of a pulse generator is proposed. It provides a quasi-rectangular output with nanosecond rise time and fully controlled repetition rate, which allows the control of the electric field dose applied to the cells. The system consists of a pulse generator with a high voltage gain and power efficiency, but it outputs exponential pulses. To improve that side, a pulse forming line (PFL) is used to get the final rectangular pulse. The whole device is designed using a multilayer printed circuit board (PCB) technology. That reduces the cost and increases the compactness of the generator. The output is connected to a special electroporation cuvette filled with special liquid. The impedance of such load is not well known, that is why some preliminary tests were carried out to identify the load of the generator. A number of simulations allowed to validate the design and to find out the influence of different parameters on its characteristics. Finally, a compact 4-kV generator was built and tested. The results are discussed and compared with those obtained from simulations.     

一种带绕式空芯变压器的设计

介绍了带绕式空芯变压器的基本特点和应用前景。分析了影响变压器型脉冲调制系统效率的原因,并给出了在利用第一振幅充电及不同耦合系数的情况下,调谐比与效率的关系。阐述了变压器型脉冲调制系统的设计方法,设计了耦合系数为0．86,充电时间0．96μs,效率55％的脉冲调制系统。     

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。