1MV/100kA快脉冲直线型变压器驱动源装置设计

快脉冲直线型变压器驱动源(LTD)技术是一种可以直接获得<100ns脉冲上升时间的新型脉冲功率技术,在Z箍缩、闪光照相和高功率微波等领域具有重要的应用前景。为了掌握LTD装置设计技术,基于已经研制完成的100kV/100kA快脉冲LTD原型模块,设计了输出电压/电流分别为1 MV/100kA的快脉冲LTD装置。装置由10级LTD模块串联而成,系统总储能为20kJ,次级采用真空磁绝缘传输线结构。装置直径约1.5m,长度约2.2m。根据10级LTD模块串联装置系统电路分析和数值模拟,结果表明在10Ω负载上的输出电压约为1.08MV,上升时间约51ns,脉宽为168ns。同时还针对磁绝缘传输线锥形和直筒形阴极结构建立了简化模型,采用PIC粒子模拟编码对其进行粒子模拟,结果表明,2种结构在负载端的输出电压均约为1MV,输出阻抗接近10Ω,同轴传输线间隙的电子流能够实现磁绝缘。     

一种全固态多匝直线型变压器驱动源的研制

针对脉冲电磁场生物医学应用中高电压大电流宽范围脉冲的应用需求,设计了一种多匝直线型变压器驱动源(LTD)。该LTD脉冲发生器的磁心采用多匝绕制的方式,可输出宽脉宽的脉冲。设计了各级LTD模块同向绕制的驱动供电及储能充电隔离方式,各级磁心隔离电压为LTD模块的工作电压。多匝LTD脉冲发生器共由10级LTD模块组成,各级LTD模块由18个储能电容及MOSFET放电开关并联,并设计了其同步驱动电路。通过对各主要器件的型号进行分析筛选,研制了模块化紧凑型多匝LTD全固态脉冲源样机,可输出脉冲参数为:电压幅值0～5kV,输出脉冲电流高达500A,脉冲宽度200ns～5μs,上升沿30ns,下降沿16ns,其脉冲宽度、幅值等参数均灵活可调,并且可通过增加LTD模块的数量,实现更高电压的脉冲输出。     

百ns直线型脉冲变压器模块仿真及初步试验

短脉冲直线型脉冲变压器(LTD)是近年发展的一种新型脉冲功率驱动源新技术,LTD模块化后可方便地串、并联使用。为了紧跟国际上短脉冲LTD技术,进一步拓宽其应用领域,介绍了LTD的基本原理后根据国内脉冲电容器、高频磁芯和绝缘子的技术水平,提出了一种电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的一级LTD模块的技术方案;重点介绍了设计模块的结构及磁芯材料的选取;利用通用电路仿真软件Pspice建立了相应的模拟电路模型,并计算了输出参数;在充电±35kV时对设计方案进行的一路单元初步实验中得到短路电流幅值7kA,上升时间(10%～90%)约86ns,单个回路电感约270nH。实验结果表明,设计方案能达到预期指标。     

基于半导体开关的高重频LTD

脉冲功率的工业应用需要紧凑、灵活、稳定的脉冲功率源。高重频LTD是以此为目的发展的新技术,它所代表的脉冲叠加法与传统的脉冲压缩法存在很大的差异。本文介绍基于半导体开关的高重频LTD的基本方法和典型的实验结果。该LTD系统由30个模块构成,每个模块采用24个MOSFET作为开关。实验结果表明:该LTD系统可以产生最高29 k V的输出电压和240 A的输出电流;脉冲宽度在50~170 ns范围内任意可调;控制模块的开关顺序可以方便地组合出不同的波形。LTD的模块化趋势和它的输出波形可调性是其主要优势,而在能量效率上有待进一步改善。     

200kV多级多通道火花开关

模块化直线型脉冲变压器(LTD)是脉冲功率技术中的一种新型初级储能装置,开关是其关键部件之一,多极多通道闭合开关工作时能够形成多通道放电,具有电感小的优势。为了研究用于电流上升时间约100ns、电流峰值约100kA的LTD模块设计了一种标称电压为200kV(±100kV)多极多通道气体开关。通过对开关的电场数值计算,对开关设计进行了验证和优化,并对开关的静态特性和动态特性进行了初步的实验研究,结果证明,开关电感<30nH,并且具有工作范围宽,触发特性好,工作稳定等特点,初步实验表明能够满足模块的要求。     

单级长脉冲LTD模块的设计及分析

为了解直线型变压器驱动源(LTD)的工作特点,掌握LTD对百ns方波脉冲的响应情况,设计了一台可输出电压峰值>20 kV,脉冲半高宽约150 ns的单级长脉冲LTD模块。对整个装置的各个单元的设计进行了详细介绍,通过理论分析进行优化,给出了合理的参数,该LTD模块采用两路并联馈电。每路馈电脉冲由30 kV高压电缆绕制而成的脉冲形成线产生,且为减小回路杂散电感的影响,设计制作了一个低电感、较小抖动的三电极触发开关。初步的实验结果表明,初、次级间电压吻合的很好,验证了理论分析及装置设计。最后针对以上工作中的不足提出了今后的工作重点,包括对磁芯非线性磁导率和损耗的研究,提出更加符合实际的变压器模型,对LTD以及馈电装置的布局研究等,为将来优化设计并多级串联,实现更高电压输出奠定了基础。     

基于Marx和LTD拓扑的全固态复合模式脉冲源的研制

针对不同应用领域中负载阻抗的多样性,研制一种基于Marx和直线型变压器驱动源(LTD)拓扑的复合模式脉冲源。该脉冲源包含4个LTD模块,且每个LTD模块由1个3级Marx电路组成。其主要优点是可以降低对隔离电源模块、触发同步性的要求,负载适应能力强,并且可使脉冲装置小型化。首先对该脉冲源拓扑结构和参数进行设计和理论计算,并采用PSpice软件验证其可行性,最后研制复合模式脉冲源的样机并测试其性能。该脉冲源采用MOSFET作为主开关,二极管作为隔离元件,用含锁相环功能的现场可编程门阵列(FPGA)产生控制信号。该脉冲源的输出脉冲参数:幅值为0~8 kV,脉宽为60~160 ns,脉宽步进可达1 ns,重复频率为1 kHz,上升沿约10 ns。通过FPGA产生相移控制信号对该脉冲源的每级进行单独控制,可实现对输出脉冲上升沿和下降沿的灵活调节。脉冲源采用模块化设计,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。     

基于SiC MOSFET的新型直线变压器驱动源设计

采用新一代半导体开关器件碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),通过新型平面式布局升压技术和优化同步触发电路,设计出一种可获得快上升沿、短脉冲的直线变压器驱动源(LTD)。该驱动源由8级LTD串联而成。此处在阐明LTD工作原理的基础上,详细分析LTD主电路参数的设计,以及8级串联结构的设计,并结合Pspice软件仿真与具体实验,充分验证了该驱动源设计的可行性。实验结果表明,该驱动源在200Ω负载上,可获得峰值电压约3.8 kV,上升沿约25 ns,下降沿约30 ns,整个脉冲宽度约100 ns输出,并实现在一定范围内输出脉宽可调。     

基于MOSFET的固体调制器研究

固体调制器能产生短脉冲、快上升沿、快下降沿、大电流,并能工作在兆赫兹频率下,因此是脉冲功率技术的一个重要发展方向.介绍了由功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件组成的固体调制器的基本工作原理.采用单片机和CPLD作为硬件核心设计了脉冲信号发生器,作为同体调制器的触发信号源.通过对驱动电路的仿真,确定了由集成驱动芯片组成的驱动电路的主要参数;设计了6个MOSFET并联的开关模块.实验表明,其具有良好的静态、动态均流效果.最终设计的调制器由3个开关模块叠加而成,在800V充电电压下,可以得到最短脉宽为33.8ns,前沿为13.9ns,幅度为2.20kV的脉冲.在多脉冲情况下,脉冲的一致性良好.     

高功率Z-Pinch脉冲源技术的发展

概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。基于直线型脉冲变压器（LTD）、电感储能（LES）、等离子体断路开关（POS）以及真空磁绝缘传输线（MITL）技术的低电感、模块化脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z－Pinch装置。     

两相混合式步进电动机细分驱动技术的研究

以CPLD器件XC95 36和PWM控制芯片UC36 37为核心实现了一种具有绕组电流补偿功能的两相混合式步进电动机 10细分和 5 0细分驱动器。从驱动器的总体设计、绕组电流参考信号的形成、不同细分数的实现、绕组电流补偿的实现、高品质PWM信号的形成等方面 ,对该驱动器的实现方法进行了详细的论述     

小电感无刷直流电机不同驱动结构下的控制特性及功耗比较

针对具有小电感特性的无刷直流电机,比较了全桥结构下PWM驱动和PAM驱动方式的区别。两种驱动方式下系统的控制特性和功耗有所不同,对于全桥结构下的PWM驱动方式,具有调速特性非线性的特点,在控制系统设计时应考虑在不同转速下采用不同的比例系数;而PAM驱动方式具有调制特性线性度好、电流平滑、涡流损耗小、系统功耗低和高低速系统特性一致的特点,但相对地增加了结构复杂性。两种驱动结构应根据实际情况使用。     

VXIbus模块仪器驱动测试软件的设计

本文介绍了VXI总线模块仪器测试软件的一般特点及组成结构,并讨论了驱动程序和测试软件的关系以及由此导致的开发测试程序的不同方法。本文详细介绍了依据字串行协议控制VXI总线消息基模块仪器进行测量的思想,并给出具体实现手段。     

自动测试系统中仪器可互换性

文中介绍了在自动测试系统的开发过程中，如何实现仪器的可互换性，使得用户在需要更换系统的仪器硬件时具有更大的自由，而测试软件又能够得到保值和再利用。     

LED照明应用现状特征及驱动技术发展综述

LED以高光效、长寿命的优点获得了广泛关注,其节能的优点对绿色环保有积极的意义。LED驱动技术是当前的研究热点之一。在LED快速发展过程中,大量的机遇与挑战同时出现,对LED照明应用现状进行总结,以从中分析出LED照明应用的发展趋势显得非常必要。通过分析各种文献和应用,总结了LED照明应用现状的典型特征,即LED与其他光源并存、定制化与标准化并存、网络化控制兴起等特征。根据这些应用现状对LED驱动技术的进行了分析,提出了高适应性LED驱动技术发展的思路,以期对LED照明应用有所推动。     

基于OMAP5912视频监控终端的软件设计

视频信息的采集、压缩、传输是视频监控系统的核心环节,它决定了视频监控系统的各个性能指标。采用数字化的传感器和高性能的视频压缩算法可以克服传输过程中的干扰,增大系统的容量,提高监控服务器的安全性。阐述了基于TI公司OMAP5912平台的视频监控系统终端的软件设计。     

电磁激振器在家用电器中的应用设想

利用电磁振动力学原理,制造一种具有直线往复推动工作动力、工作频率或振幅可控的电磁激振器应用在家用电器方面,从而设计出一些不同用途的新产品。     

一种适用于GaN器件的谐振驱动电路

针对氮化镓(GaN)器件,传统的驱动电路是电压源型驱动,在高频下充放电回路中的寄生电感会引起栅源电压振荡,超过GaN器件的栅源耐压值,损坏GaN器件。采用谐振驱动(RGD)电路是解决上述传统驱动存在的问题的有效途径之一,利用LC谐振,在GaN器件开通和关断时提供一条低阻抗箝位路径,减小栅源电压的振荡,提供一个稳定的栅源电压。详细分析了RGD电路的工作原理,同时设计制作了1 MHz的Boost变换器原理样机,并给出了实验结果。     

SiC BJT的新型高速低损驱动电路设计

SiC BJT新型器件是IGBT器件的有力竞争对手,由于SiC BJT是电流型器件,设计适应于SiC BJT的电流型驱动电路非常重要。针对传统双电源阻容RC(resistance-capacitance)驱动电路的不足,设计了一种双电源阻性时序驱动电路。该驱动电路由开通支路、稳态支路和关断支路3个支路组成,通过延时电路产生不同的驱动信号,分别控制3个驱动支路。该结构可以解决传统RC驱动电路的占空比问题和驱动振荡问题,和传统RC驱动电路相比较,其驱动损耗减小很多。为了验证新驱动电路的优势,对两种驱动电路分别进行LTSPICE仿真,并制作了对应的驱动样板,仿真和实验结果验证了所提出方案的良好驱动性能。     

IGBT驱动器输出性能的计算

绝缘栅双极型晶体管（IGBT）是应用广泛的功率半导体器件,驱动器的合理设计对于IGBT的有效使用极为重要。本文就利用栅极电荷特性的考虑,介绍了一些计算用于开关IGBT的驱动器输出性能的方法。