14级紧凑Marx发生器自击穿建立的分析与实验

使用六氟化硫(SF6)及其混合气体做绝缘介质,并提高工作气压,增加绝缘强度,利于实现Marx发生器的小型化、轻量化。为保障Marx发生器的顺利建立,一般需要使用触发电源。某些场合下,去掉触发源,Marx依靠开关自击穿建立,可提升Marx发生器的使用便利性,降低维护难度。搭建了14级气绝缘Marx发生器,当工作气压逐渐升高时,Marx发生器依靠开关自击穿建立变得困难。对Marx发生器建立过程进行理论分析及开关电极的优化验证实验,改进了Marx发生器开关的电极形状及组合形式。实验表明,改进后的Marx发生器在高气压下的自击穿建立概率提高了。研制的Marx发生器工作在0.25 MPa的六氟化硫下,结构紧凑,体积较小,在45 Ω的水负载上获得约7 GW,脉宽70 ns的电压输出。     

同轴结构快Marx发生器设计及实验

设计了一种紧凑型同轴结构快前沿Marx发生器,该发生器采用3.3 nF陶瓷电容器作为储能电容,用螺旋形空芯电感作为充电电感,通过各级气体火花开关迅速放电在负载上产生电压脉冲。为使整个Marx发生器结构紧凑,将电容器、气体开关、充电及隔离电感设计为同轴一体化结构,并放置在一个密封的金属圆筒内,通过充氮气和六氟化硫的混合气体来绝缘。采用理论及电路模拟的方法,分析了开关导通状态、分布电容、回路电感等因素对输出波形的影响。Marx发生器的基本运行参数为：十二级Marx发生器在负载50 Ω时输出电压150 kV,开路电压达240 kV,负载输出波形脉冲宽度25 ns,上升时间约10 ns,脉冲功率源能量为7.9 J。     

高重复频率纳秒级脉冲发生器研究

为实现高重复频率纳秒级脉冲输出,提出了采用射频功率MOSFET,基于感应叠加拓扑的脉冲发生器。脉冲发生器采用15个模块化组件,每个组件输出670 V/50 A 脉冲,每个组件的输出脉冲在感应变压器次级串联叠加,得到10 kV/50 A 高压脉冲。为实现脉冲前沿小于5 ns,必须尽量降低脉冲变压器漏感以及组件和系统的回路电感。感应脉冲变压器采用圆柱形同轴结构,初次级均为单匝,并且和脉冲发生器单元一体化设计,以减小漏感以及组件分布电感。采用大功率驱动电路和同步触发器,实现MOSFET 开关的快速导通和关断,以及触发的一致性。仿真结果显示设计能够满足指标要求。     

纳秒上升时间Q开关高压脉冲发生器的设计

设计了一种基于Marx Bank Generator脉冲发生原理而设计的ns级上升沿调Q开关雪崩三极管高压脉冲发生器。它可以在20ns以内的时间在Nd:YAG激光器的电光调Q晶体（KD*P）两端加上1/4波高压，调Q时间由原来使用电子管时的90ns缩短为15ns以内，从而使输出脉冲的峰值功率由25mW增大至93mW，脉宽由16ns缩短为8ns。该调Q电路还具有体积小、功耗低、电磁辐射小、重复率高和工作寿命长等优点。     

一种电磁脉冲辐射系统设计

提出一种电磁脉冲辐射系统设计方案,此系统由Marx发生器、短路-锐化组合开关型脉冲形成线和带低频补偿的高功率超宽带横向电磁波(TEM)喇叭天线组成.Marx发生器产生的单极脉冲经过短路-锐化组合开关型脉冲形成线锐化成双极脉冲,然后馈入天线进行辐射.仿真结果表明,在充电电压为10 kV时,电磁脉冲源可产生脉冲宽度1.41...     

Marx同步性问题及多支路解决方案分析

Marx脉冲发生器是超宽带高功率微波发生器的关键技术之一,根据对该技术中传输路径上火花开关的逐级过压特性的分析,指出导致Marx电路同步性问题存在的原因,并给出多充电支路的解决方案,同时在对不同电路结构充电方式的波形详细分析的基础上比较了它们的各自特点。最后,将多支路充电方法应用于Marx高功率电磁脉冲发生器试验装置。自制试验装置提供的试验结果与本文理论分析相吻合。     

基于双电容的Marx 发生器输出特性仿真分析

Marx 发生器的电路包含众多的电容和开关等元件,这些元件的数值,比如电容器容值,开关的击穿时刻等,受 制造工艺、物理特性等因素制约,不可能完全相同,通常是以一定的规律分布在一个取值区间。一般的Marx 发生器用作 升压设备,对它做仿真分析时,往往对各元件采用理想化的均等赋值,或仅进行整体等效分析,这样均无法获知因元件 取值差异对Marx 发生器本身输出稳定造成的具体影响,尤其当Marx 发生器直接驱动负载的时候。本文对一种特殊的20 级Marx 发生器,考虑其中主要的元件取值差异,运用Monte Carlo 方法进行仿真分析,得到了相应的结果。结果显示, 这种Marx 发生器,对电容、开关的数值偏差具有很强的容忍度。     

MHz高压脉冲电源的研究

针对均匀放电、生物医疗等高频纳秒脉冲的应用需求,文中设计了一款基于射频MOSFET(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)的高重频高压脉冲电源。脉冲电源的控制信号由FPGA(Field Programmable Gate Array)提供,并通过光纤进行传输,经驱动芯片放大后同步触发每一级放电管。驱动芯片采用电源模块隔离供电的方式来提供不同的地电位。放电管采用RCD(Residual Current Device)吸收电路来改善开关时刻的瞬时工况。分析和研究了最后一级隔离电感对放电管电压波形、负载电压波形的影响,并对Marx电路做出了改进。实验结果表明,在1 kΩ纯阻性负载上,该电源可在1 MHz重复频率下输出上升沿为40 ns、半高宽为100 ns以及电压幅值为1.1 kV的纳秒脉冲。实验验证表明该电源能够在高频高压状态下稳定工作,满足设计要求。     

基于Marx发生器的快速Q开关驱动电路设计

针对电光Q开关要求速度快的特点,提出基于Marx发生器的高压快速调Q驱动电路的设计方法。利用高压模块产生一级高压为并联电容充电,采用变压器隔离驱动8路MOS管。当触发信号引入时,功率MOS管导通使电容串联同时放电,从而电压倍增获得快速的高压脉冲。实验结果表明:通过该方法获得了上升沿12 ns,幅值3 000~4 000 V数字可调的高压脉冲波形。相比于传统脉冲变压器法的波形,上升时间减小了近35 ns。此调Q电路已应用于激光二极管（LD）泵浦的固体Nd:YAG激光器中,且长期稳定工作。     

绝缘老化试验高压脉冲发生器的研制

介绍一种绝缘老化试验高压脉冲发生器的研制。此高压脉冲发生器结构选择模块化串联结构,采用MOSFET作为发生器的开关元件,可输出空载上升沿小于120ns、电压峰峰值0—10kV的方波脉冲。     

像增强器高速选通脉冲形成电路的设计与实现

为像增强器的高速选通提供了纳秒级宽度的高压电脉冲电路的设计与实现.根据实际像增强器的结构特点,以功率型场效应管为核心器件,研究了获得理想开关速度的关键技术,设计了一种可靠的高压高速脉冲形成电路,并对其进行了Spice仿真,最终的电路实现了将脉冲后沿由20 ns加快到5 ns.     

激光雷达测距系统光源驱动设计

脉冲式激光雷达探测性能与激光光源发出的光脉冲密切相关,而激光二极管(LD)驱动电路性能直接决定了光脉冲的优劣。基于激光雷达系统要求,选用超快速金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)作为开关器件,建立驱动电路模型,对驱动电路设计与分析,经过多次试验,成功设计出最小脉宽10 ns,上升沿3.5 ns,重复频率可达50 kHz的LD驱动电路。驱动LD峰值功率将近60 W,成功用于激光雷达光源部分,测距精度达到3 cm/10.77 m,满足激光雷达系统要求。     

纳秒脉冲半导体激光驱动器的研究

为了获得高功率、高重复频率的纳秒级光脉冲,介绍了一种基于Marx bank脉冲发生原理的纳秒脉冲激光驱动器的设计,以及设计过程中雪崩晶体管的选取.该驱动器采用一级小雪崩管对触发脉冲进行陡化,由小雪崩管产生的脉冲对Marx bank电路进行触发,以获得大电流窄脉冲,用于驱动半导体激光器.设计所得驱动器的峰值电流为12.5A、半峰全宽为1.51ns、重复频率为100kHz,实现了大幅度纳秒脉冲半导体激光驱动器的设计要求.结果表明,对触发脉冲的陡化,可以降低后一级Marx bank电路的雪崩电压,同时使得脉宽更窄,这将更加有利于驱动半导体激光器.     

窄脉冲大电流半导体激光器驱动电路设计与仿真

设计出了一种窄脉冲大电流的半导体脉冲激光器驱动电路,并对电路进行理论分析以及Multisim仿真研究。相比以往研究,本仿真研究中考虑了电路和LD本身的寄生参数,使得仿真与实际电路更加吻合。该电路结构简单,采用了专用的MOSFET硬件关断加速电路和电容充放电方式向负载提供瞬时窄脉冲大电流的脉冲输出,脉冲宽度低于2.5ns,上升时间低于3.5ns,峰值电流超过20A。     

用于功率MOSFET的新型栅电荷测试电路

栅电荷是用于衡量功率MOSFET开关性能的重要参数,通常采用在栅极输入电流阶跃信号的方法来测量。一种新型的栅电荷测试电路被提出,该测试电路使控制信号从MOSFET的源极输入,从而消除了控制信号对栅极输入电流的影响。因为输入电流太小不能直接测量,测试时采用测量电压阶跃信号的方法来衡量电流阶跃信号的性能。与以往的测试电路对比结果表明,该电路可以使MOSFET栅极输入的电流更接近于理想的电流阶跃信号,该信号上升时间小于100 ns,并且上升后稳定,因此提高了栅电荷测量的准确度。     

Scaling laws for coupling quantities on EMP

A set of scaling laws relating three-potential electromagnetic coupling quantities to three electromagnetic pulse (EMP) characteristics is derived. The electromagnetic coupling quantities are an attempt to characterize, in a very rough sense, the ability of an electromagnetic wave to induce an electronic upset in an electric circuit. The coupling quantities used are chosen based on voltage transients, power transients, and energy-induced overload as mechanisms for electronic upset. The independent quantities in the scaling laws are chosen to be the pulse rise time, peak field, and total energy density