延时可控高压脉冲发生器的设计

将数字延时及高压脉冲形成电路结合在一起构成高精度的高压脉冲发生器，用于触发Marx发生器及高压脉冲触发装置，也适用于高压雷管起爆装置。以CPU 8031为控制核心，采用VE4137A型高电压、大电流、低抖动、快速氢闸流管构成高压脉冲形成级，MOSFET作为驱动级。延时可控，延时范围为10ns至99μs，连续可调，数显；高压脉冲幅度为5～30kV，前沿小于16ns，脉宽大于300ns，抖动小于10ns。     

重频高压ns脉冲电源关断保护电路的设计及应用

由于重频ns脉冲电介质击穿试验中持续时间过长的大幅值短路电流会对设备造成损害,因此设计了一种用于高压ns脉冲电源的关断保护电路。试验时根据电流的变化来判断击穿的发生并作为触发信号,关断保护电路将示波器的触发反馈信号转换成脉冲控制信号来实现击穿后电源的自动关停。将所设计的电路用于重频ns脉冲PTFE击穿试验中,验证了电路的有效性。利用该关断保护电路和示波器组成的测量系统测量了重频高压ns脉冲条件下PTFE击穿的电压电流波形和重频耐受时间,测得重频耐受时间204ms。结果表明该测量系统误差为22μs,可以满足40kHz重复频率以下的ns脉冲固体击穿试验的要求。     

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。     

10kV全固态重复频率方波脉冲源研制

基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和Marx发生器电路,研制了一种在重复频率1~100 Hz下,最高输出脉冲电压10 kV、脉冲宽度从550ns到1μs可调的全固态方波脉冲源。设计中利用直流高压电源作为能源系统,采用MOSFET半导体固态开关替代气体火花隙开关作为放电主开关,用快恢复二极管取代充电电阻。由外部多功能触发器产生脉宽和频率均可调节的触发信号,通过驱动电路控制由MOSFET半导体固态开关构成的放电主开关,经脉冲放电回路在不同负载上实现输出所需的高压方波脉冲。通过实验验证了设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重频信号触发下该固态方波脉冲源输出的实验结果。     

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。     

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。     

大功率CO_2激光器中的气体开关触发系统

为提高击穿CO_2激光器中大功率气体开关的稳定性,提高触发系统的效率,减小触发系统的损耗,开展了基于双管正激式电路拓扑的微秒级高电压脉冲触发系统的研究。该系统输出电压幅值38 kV、脉冲宽度10μs、脉冲数可控的信号击穿气体开关引燃激光器放电;设计干式脉冲变压器作为升压单元;根据反馈电路检测开关的击穿情况,通过SG3525和CD4098两种集成电路芯片设计的外围电路控制高压脉冲的输出频率和输出脉冲个数。试验结果表明:该系统在500 Hz重复频率下击穿气体开关的概率为99.7%,效率为0.2,损耗为0.88 kW;对比传统模式触发系统,击穿概率提高了2.7%,效率提高了0.12,损耗减小了1.512 kW。     

基于SOPC的高精度时间间隔测量仪设计

针对靶场测试中时间间隔测量仪测量精度低、体积庞大的缺点,在SOPC技术的基础上,采用计数法和内插法设计了一种纳秒级的高分辨率大范围时间间隔测量仪.设计的仪器由触发信号隔离模块、纳秒计时模块、标准计数模块以及相应外围电路组成.在接收到起始触发信号后,由FPGA内部基于SOPC的主单片机和时序电路构成的标准计数模块开始计数.同时,TDC GP2芯片和基于SOPC的从单片机构成的纳秒计时模块测量起始触发脉冲和标准计时脉冲的时间间隔;截止触发信号到来后,标准计数模块停止计数,纳秒计时模块测量截止触发脉冲和标准计时脉冲间的时间间隔,测量结束后,主单片机计算并显示最终时间间隔值.设计的时间间隔测量仪测量范围可以达到1～4＆#215;105μs,测量精度优于3 ns.     

高速数据采集系统中触发点同步技术研究

在高速数据采集系统中,并行时间交替采样会引起触发抖动,导致系统整体性能的下降。本文首先分析了触发抖动出现的原因,接着提出了一种基于FPGA硬件,利用时间扩展电路的触发点同步技术来降低触发抖动,最后进行了误差分析,并给出了采用该技术的实验结果。结果表明,触发点同步技术可以有效的降低触发抖动,同时相比较以往的软件查询算法,可以并行于采集过程完成触发点同步,因此不需要耗费额外的时间,并且也不会影响系统的整机性能。     

伺服电动机的时间常数分析

用户对运动控制系统要求的不断提高．使得表征伺服电动机动态性能指标的时间常数县有重要意义。文中分析了机械时间常数的变化规律以及同电气时间常数和机电时间常数之间的相互关系。测试证明，各时间常数之间的关系结论对理解时间常数和工程应用具有一定指导意义。     

电网时间统一系统可行性研究

通过对电网统一时间工作历史的回顾和现状的调研,分析了电网业务对时间的要求和时间的影响,详细研究了统一电网时间的必要性和可行性.通过对电网组成特点和相关业务用时要求的分析,提出了电网时间统一系统的方案.     

国家电网骨干时间同步网的技术探讨

由于电力二次系统时间不统一,由调度自动化系统、广域相量测量系统、继电保护及故障信息管理系统等多重重要系统提供的事件记录数据,在时间描述方面存在较大差异,难以准确叙述事件顺序,给电网故障的分析带来了一定困难。文章在研究了与时间同步相关的各种技术,包括时间源、时间传递协、时间同步网组网形式、同步网结管理系统等基础之上,提出了国家电网时间同步网络的建设方案,以供参考。     

地球以外时间规则研究

时间规则是为统一时间而制定的测量和计算时间的方法,包含 3 个要素, 即约定的时间单位和约定的时间起点, 以及 时间历法. 现有的时间规则仅适用于地球及其引力势范围内, 不适用于地球以外的浩瀚宇宙空间. 实现地球以外宇宙空间的 时间统一是人类走向太空的必然要求。 本文阐述时间规则的定义和内涵, 用广义相对性原理论证同时性仅存在于同一个坐标 系内,不同坐标系之间不存在同时性, 进而介绍了相对论中两种时间概念: 原时和坐标时, 用看似无穷远处的脉冲星来复现坐 标时. 比较两种时间统一的模式:“中心守时, 局域授时”模式和“局域原时, 全域坐标时”模式。 重点区分绝对时间观和相对 时间观, 认为相对时间观是解决地球以外时间统一问题的关键,再次运用相对时间观点解释时间规则的三要素,进而推出空间 守时系统的概念。     

PFC电解电容的选型

分析了电力电子装置中功率因数校正电路输出纹波产生的原因,并给出了理论计算。根据电路的不同用途,分别从纹波、寿命、掉电维持时间等方面给出了电解电容的选型方法,并用产品实例作了详细说明。     

电力系统时间同步安全性分析

随着智能电子设备的大量使用,电网运行对时间同步精度及稳定性要求更加严格。针对电力系统时间同步安全性问题,从时钟源、时间同步、对时物理联接、电力二次系统安全防护、授时设备的守时5个方面分析了时间同步安全性的主要环节,提出了相应的对策。     

安全稳定控制系统全程控制时间及其构成

安全稳定控制系统(简称"稳控系统")在故障发生后按照事先设计的逻辑和时间可靠动作是电网严重故障下安全稳定运行的重要保障。针对当前稳控系统"整组动作时间"难以反映从故障发生至控制措施执行到位完整时段进而难以准确用于指导系统仿真和分析的问题,详细分析了稳控系统从故障检测识别到控制动作出口所经历的过程、涉及的环节以及每个环节所需延时,为稳控系统时间性能的改进提供了合理依据,提出了新的稳控系统"全程控制时间"的概念。随着设防故障复杂化及稳控系统大型化,稳控系统的全程控制时间难以控制在传统的保守计时300ms内,建议从全程控制时间的完整时段挖掘潜力,从电网安全运行角度提升产品的时间性能。     

电磁继电器触动时间、超程时间及自由运动时间的测试分析方法

电磁继电器时间参数(包括吸合时间、释放时间、触动时间、回跳时间等)是保证其质量特性的重要参数，其中触动时间、超程时间、自由运动时间对研究继电器可靠性、动态性能具有重要意义。然而，以往的电磁继电器测试装置中往往忽视这三个时间参数的测试。通过分析电磁继电器的吸合动态过程，根据测试的线圈电流和触点电压的同步信号数据，采用高斯-牛顿法或麦克托法对触动时间进行分析，给出了触点超程时间和自由运动时间的分析算法。     

基于时间敏感网络的流量调度机制在智能变电站中的研究与实现

为解决智能变电站中数据流量增长与控制信息实时性的矛盾,提出了一种基于时间敏感网络的二层以太网新技术来对流量进行调度。该技术通过在传输时间上采用时隙窗口独占和共享的思想,在传输通道中采用帧抢占的机制,在前端根据流量特性进行分类,在后端通过算法进行参数的最优化配置。该技术可以改进智能变电站中过程层对传统交换机的流量调度机制,提升对时间敏感流量进行确定性时延调度的效果,为智能变电站的以太网网络提供具有低时延抖动的传输服务,为电力系统的服务质量(QoS)的提升提出了一个新思路。     

基于公共时钟同步的系统时序分析与控制

随着系统时钟频率不断提高,时序在高速数字系统设计中越来越复杂。为保证系统能正常稳定工作,必须在PCB设计之初就进行精确的时序分析和控制;同时信号完整性问题对时序的影响越来越严重,信号完整性问题需在时序设计的同时解决。对公共时钟同步系统的时序进行了详细的分析,并针对一嵌入式系统,采用Cadence仿真工具SPECCTRAQuest进行信号完整性仿真优化及时序分析计算,得出了控制系统工作时序的约束。这一设计方法也适用于其他高速数字系统的时序设计。