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。     

纳秒级脉冲电压作用下聚丙烯膜反极性充电现象的研究

采用针-板电极系统，对无纺聚丙烯过滤膜纳秒级脉冲电压作用下电介质膜空间电荷形成过程进行研究。发现了聚丙烯膜积累的空间电荷与所加脉冲电压极性相反的聚合物膜反极性充电现象。正极性脉冲峰值越高越容易引起聚合物膜反极性充电。峰值足够高且脉宽足够窄的负极性脉冲也导致反极性充电。脉宽大于200ns的负极性脉冲作用下，聚合物膜充电过程为同极性充电，并且电荷积累量与脉冲峰值无关，随着脉宽的增大均趋于同一个稳定值。据此，文中提出了基于强场注入和反向注入两种充电过程并存的新理论模型，强调了针-板空气间隙固有放电特性对聚合物膜充电过程的影响。     

200 kV脉冲电压发生器的研制

研制了以Tesla变压器为核心组成的200kV脉冲电压发生器,介绍了高压脉冲变压器以及脉冲极性和限流电阻自动转换的设计、制作与试验。高压脉冲发生器的输出为±(60～200)kV,连续可调;输出波形为半正弦波;波形宽度约6μs;限流电阻调节范围为2～17kΩ;高压脉冲极性和限流电阻可自动转换,其性能指标满足使用要求,且操作简单、安全,性能稳定可靠。     

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。     

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。     

纳秒级高压快脉冲发生器的研制

为了研究电力系统中不断产生的特快速瞬态过电压(VFTO)对电工绝缘材料的影响,设计了一台用于模拟VFTO的快脉冲发生器,其输出波形要求:上升时间＜50 ns、峰值电压达1000 kV.该发生器由Marx发生器、负载测试腔及中间连接段组成.Marx采用正负充电电路,包括10个0.015 μF/100 kV的塑壳电容器、6...     

小型毫微秒高压脉冲发生器及其应用

介绍一种采用螺旋形传输线的小型重复频率ｎｓ高压脉冲发生器的工作原理及结构特点，报道了应用本发生器开发出的一种便携式闪光Ｘ射线检查仪及实验结果。     

纳秒级周期脉冲信号检测方法的研究

针对数字信号处理器(DSP)的高速低耗、实时性好的特点,运用混沌测量原理构建了一个特定的混沌系统用于检测纳秒级周期脉冲信号。此系统将不稳定的混沌状态到稳定的大尺度周期状态的跃迁作为检测周期性高速脉冲信号的依据,将待测信号作为影响Duffing振子周期的摄动源设计成混沌检测系统,并根据系统的运动状态(大尺度周期运动态或噪声混沌态)检测高速脉冲信号的幅值与频率。理论分析和实验均表明该检测系统能实时有效地检测出脉冲信号及其特性。     

轻质高频高压纳秒脉冲电源研制

高压脉冲电源是产生放电等离子体及其应用于生物医学、材料表面处理及流动控制的重要激励源.基于单极性Marx电路与脉冲变压器相结合的思路,利用脉冲变压器的电压波形过冲现象,开发了一台高频高压纳秒脉冲电源样机.该电源样机输出电压幅值最高可达21 kV,频率最高达16 kHz,上升沿和下降沿分别约为145 ns和215 ns,脉宽约为250 ns;输出平均功率为125W以内时,整机效率高于80％.该脉冲电源的输出电压、频率等参数连续可调且体积较小.上述研究为开发应用于放电等离子体的高压脉冲电源提供重要参考.     

小型纳秒级方波脉冲电源的研制

采用飞行时间法测量原子氧束能谱时,要求离化源为纳秒级脉宽、能量均匀的脉冲电子束,以尽量降低离子收集器附近产生的等离子体鞘层电位对原子氧束能谱测量精度的影响。针对上述脉冲电子束的性能要求,研制了一款基于雪崩三极管Marx电路的小型方波脉冲源。首先介绍了雪崩三极管的工作特性、Marx电路的升压原理以及元器件的选取方法;然后结合脉冲形成线电压波反射原理,建立了同轴线缆充电时的电路方程;分析了方波脉冲成形机理和传输线阻抗对输出脉冲波形的影响,将同轴电缆传输线等效为分布式电感电容模拟网络,搭建了同轴电缆传输线仿真模型;设计制作了具体电路,在各级模拟网络充放电特性仿真结果的指导下,针对性地对同轴电缆传输线的姿态进行微调,改善了输出波形。实际电路产生了幅值±200～300 V、频率1～10 kHz可调、双快边沿纳秒方波脉冲。     

Nanosecond High Voltage Pulse Generator Using Water Gap Switch for Compact High Power Pulsed Microwave Generator

Nanosecond and sub-nanosecond high voltage pulses can provide new applications. A cancer treatment by an ultra-short pulse high electric field is one of them. High power pulsed microwave has been proposed to apply the high electric field for that treatment. This work focuses on the design of a compact high power pulsed microwave generator using a nanosecond pulse power generator for the cancer treatment. To obtain fast rise time of voltage and current for nanosecond pulses, a switch has to have low inductance. Water gap switches have this property. Since water has a dielectric strength exceeding 1 MV/cm, gap distances for switching can be reduced to several hundreds of micrometers, and still allow switching of tens of kV. The narrow gaps allow us to reduce the switch inductance. In this study, the water gap switch was built in a Blumlein pulse forming line. The Blumlein line was designed to provide a pulse of 1 ns and to match an impedance to 16 Omega of an antenna. By using the water gap switch in the Blumlein line, the voltage rise time obtained approximately 750 ps at 13 kV of a peak pulse voltage. An electromagnetic wave was radiated underwater by the loop antenna. A measuring antenna at 0.15 m and 0.4 m from the radiating antenna caught electric field intensities of 116 kV/m and 32 kV/m, respectively. A frequency element of 250 MHz had higher intensity.     

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。     

电磁脉冲模拟器用纳秒脉冲源的研制

随着电磁武器的发展,电磁脉冲及其防护技术再次成为关注的焦点。简要介绍了核电磁脉冲模拟器的标准电场波形和脉冲源的组成及其基本原理,论述了脉冲分压器的设计。分析显示,所研制的新型电阻分压器可以减少响应时间和上升时间3ns以上。实验结果表明,该分压器可以用于上升时间为1ns以上脉冲的测量。研制的脉冲源的输出脉冲满足设计要求,峰值电压高于26kV,上升时间小于2.8ns,下降时间约55ns。     

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。     

用于产生非平衡等离子体的纳秒级脉冲电源研制

为了给非平衡等离子体相关实验提供ns级高压脉冲,研制了一台基于传输线变压器(transmission linetransformer,TLT)原理的高压重频ns脉冲电源,通过在传输线外套加磁环增加二次阻抗,提高TLT的输出电压和能量传输效率。同时设计了一种电容-开关-传输线的紧凑化同轴结构。实验表明,在连接匹配负载条件下,电源输出脉冲电压峰值可以达到26kV,脉宽100ns,上升时间25ns,可在500Hz频率下稳定运行。同时成功地将其应用于大气压氩气等离子射流实验,发现与正弦电压相比,相同电压峰值下,脉冲电源作用下的等离子体射流长度更长,但2种电源作用下的射流长度均出现饱和现象,同时电源频率对射流长度无明显影响。     

Design of a Compact Transmission Line Transformer for High Voltage Nanosecond Pulses

The area of pulsed-power technology covers a broad range of powers (up to 10¹⁴ W), voltages (up to 10⁶-10⁷ V), currents (as high as 10⁶ A or higher) and pulse durations (below 10^-8 s). State of the art systems have voltages up to a few hundred kilovolts at pulse lengths down to the nanosecond range. Special applications require extreme field strengths in the range of 1 GV/m. The design of a compact source, meeting the above requirement aims for 1 MV, 1 ns pulses. In this paper, we present a novel compact TLT (transmission line transformer). The TLT consists of 10 coaxial transmission lines which are connected in parallel at the input and in series at the output. To verify the theoretical analysis a model of the transmission line transformer has been simulated by a time domain electromagnetic field solver. An optimized transmission line transformer has been built and first measurements have been performed. The equivalent circuit model and the simulations agree with the experimental results. The effect of secondary mode suppression by means of ferrite has been investigated. Both simulations and experiments showed that ferromagnetic cores around each individual transmissions line in our design can be omitted.     

Compact, Nanosecond, High Repetition Rate, Pulse Generator for Bioelectric Studies

The high dielectric strength and high permittivity of water allow for its use for energy storage and switching in compact pulse power systems. A 10-Omega pulse generator with flowing water as dielectric and as the switching medium is presented here. It can provide a 10-ns pulse with a risetime of approximately 2 ns and an amplitude of up to 35 kV into a matched load. The system was operated in burst mode with repetition rates of up to 400 Hz, limited by the charging power supply. For a switch with two pin electrodes, strong electrode erosion limits the use of the pulser to less than 1,000 pulses before electrode readjustment is necessary. A considerable reduction of the erosion effect on breakdown voltage was obtained with coaxial electrodes. The pulse generator was used to study the effect of the repetition rate (or the time between successive pulses) on the viability of B16 murine melanoma cells.     

脉冲电晕法中的双脉冲电源的研制

研制设计了脉冲电晕法脱硫脱硝重要组成部分的双脉冲电源 ,它由高压发生、控制、火花间隙开关 3部分组成 ,可产生 6 0kV的脉冲高压 ,改变电容器容量可改变脉冲宽度。该实验所选电机转速 4 0 0 0r/min ,容性负载 30pF ,脉宽 <2 0 0ns,上升沿 <5 0ns,频率调节范围 0 相似文献   

一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源的设计

为了满足介质阻挡放电、臭氧制取和材料表面处理等工业应用需求,设计了一种结构紧凑重频高压ns脉冲电源,该脉冲电源主要由初级能源、磁芯脉冲变压器,螺旋脉冲形成线和气体开关组成。通过电路和电磁场理论分析、TPpice电路仿真及KARAT程序模拟计算,该电源在阻抗约25Ω时能够输出100 kV,脉冲宽度>150 ns,重复频率能够达到1 kHz的高电压脉冲。该电源结构紧凑,造价低,并且输出脉冲的上升前沿<20 ns,具有重要的应用前景。