100 kV触发器输出脉冲的陡化

快前沿的高电压脉冲在脉冲功率技术领域具有重要应用,使用快前沿的触发信号触发气体火花开关,能有效减小气体开关的抖动,使Marx发生器的输出抖动减小,从而有利于多台Marx发生器的精确同步并联工作。为利用陡化回路将触发器的输出电压脉冲进行陡化以得到快前沿的高压脉冲,分析陡化回路的工作原理后针对100 kV触发器设计了陡化器。确定了陡化器内可以使用的不同电极结构陡化开关的相关测量方法,研究了气体种类、电压大小以及电极结构这些因素对陡化回路工作性能的影响。当陡化回路选用间隙为5mm的尖电极陡化开关、陡化开关内充入0.60~0.90 MPa的N2、触发器主电容充电55 kV时,幅值为90 kV的电压脉冲其前沿从20ns降低为2.3 ns。研究结果表明:陡化开关内使用N2,适当提高输入脉冲电压幅值并增大陡化开关场强时,陡化回路的陡化效果更好。     

电容快放电型触发器的电路分析与设计

为获得快前沿的高电压脉冲,分析了电容放电型触发器的电路,利用简化的等效电路研究了放电回路参数和气体开关的火花通道电阻、电感对触发脉冲上升时间的影响.分析了电压波在高阻抗负载上形成触发脉冲的过程,讨论了不同置地元件对输出波形的影响.在此基础上,给出了快前沿的电容放电型触发器的基本设计原则,并完成了30与100 kV快前沿...     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

基于模块化Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源设计

重频纳秒脉冲激励的大气压等离子体放电具有反应活性高等优点。设计了基于模块化雪崩三极管Marx电路和传输线变压器的重频纳秒脉冲源。计算不同Marx模块的导通时延和输出波形的抖动,研究了磁心数量、位置和形状对于输出波形的影响。磁心电感越大、外径与内径之比越大,且位于传输线变压器第一级和最高一级时对脉冲叠加效率的提升作用越明显。提出直接叠加和传输线变压器两种脉冲叠加方式组合的方法,进一步提高输出电压。整体脉冲源可以在50~300Ω负载产生2~14k V,高阻负载产生4~25k V,前沿3.8ns,脉宽7~15ns,重复频率0~10k Hz的重频纳秒脉冲电压,装置结构紧凑,参数调节灵活,方便携带。     

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。     

基于可饱和脉冲变压器谐振充电的快脉冲功率源研究

基于可饱和脉冲变压器建立1种新型谐振充电装置，将脉冲变压器提升电压作用与磁开关陡化脉冲作用相结合大幅度提高输出电压的前沿。通过分析新型谐振充电装置的工作模式，确定面向快丝阵Z箍缩早期行为研究需求的谐振充电装置的参数。新型谐振充电装置驱动气体火花开关自击穿时延抖动比采用传统谐振充电装置降低50%以上。初始充电电压19kV、电极间距5.5mm、1.01325×105Pa气压下自击穿时延抖动降低至13ns。在高气压下气体火花开关的击穿电压稳定性也有大幅度的提高。利用新型谐振充电装置改进应用气体火花开关陡化脉冲变压器输出电压前沿的脉冲功率源的技术方案，建立的小型脉冲功率源可以极低的时延抖动和较高的击穿电压稳定性输出快Z箍缩预脉冲水平的脉冲电流。低时延抖动的脉冲功率源有助于对金属丝电爆炸等丝阵Z箍缩早期行为开展精确的高时空分辨率的同步诊断。     

低气压放电开关沿面闪络触发器的性能研究

脉冲功率技术和脉冲电流试验技术对放电开关提出了越来越高的要求,如较长的使用寿命、宽的工作范围、较小的触发时延及抖动等。为了满足这些需求,设计了伪火花开关的氧化锌半导体和高介钛酸钡陶瓷介质沿面闪络的触发装置,通过对表面放电触发器的实验发现:高介钛酸钡陶瓷沿面闪络触发器显示出强而快的电荷释放能力,在伪火花开关工作的气压范围内,触发器能够在20～30ns内释放20～30μC的电荷量,释放的电子数达到1.25×1014～1.875×1014,触发电流的上升陡度可达120～320GA/s。上述两种介质材料制作的PSS,气压7Pa时,自击穿电压28kV,最小工作电压分别为360、130V,放电延时分别为380～106ns和80～35ns,时延抖动分别为85～23ns和22～6ns。研究结果表明:高介钛酸钡陶瓷沿面闪络触发器显示出比氧化锌半导体强而快的电荷释放能力,由其制作的伪火花开关具有极低的放电时延和时延抖动。     

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。     

高稳定度全固态脉冲源的优化设计与评估

为了给电子设备的电磁脉冲环境效应研究提供稳定度高和重复性好的电磁脉冲源,基于雪崩三极管的雪崩效应,采用10级Marx电路结构研制出了一种高稳定度电磁脉冲源。首先对影响脉冲源稳定性的首要因素—三极管的选择作了详细阐述,然后分析了整个脉冲源的稳定性,并给出了相应的优化措施以提高其稳定性,最后提出了脉冲源波形稳定性的评估方法。结果表明,所研制脉冲源的输出负脉冲前沿3 ns,全底脉宽约为10 ns,峰值电压约为1.5 k V,峰值电压、前沿和脉宽的变异系数均5%,验证了输出脉冲的高重复性,表明其可以满足电子设备的电磁脉冲敏感度试验的高稳定度要求。     

轻小型高电压大电流脉冲电源研制

Pb(Zr_(0.95)Ti_(0.05))O_3(PZT95/5)铁电陶瓷具有较大的剩余极化强度,在冲击波压力作用下会发生铁电–反铁电相变去极化,从而释放出铁电陶瓷内部的束缚电荷。为此提出一种新型的小型高电压大电流脉冲电源,以炸药驱动铁电体脉冲发生器作为初始电源,为高电压脉冲电容器提供充电电流,当充电结束时电容器电压达到最大值,再触发电容器放电开关使其闭合,可在高阻抗负载上获得快前沿高电压、大电流电脉冲。实验设计的PZT95/5铁电陶瓷电源输出矩形脉冲电流,最大值约47 A、脉冲宽度约3.9μs、上升前沿210 ns,经脉冲电容器和锐化开关进行脉冲调制后,在负载上获得脉冲电流峰值大于1 kA、脉冲半高宽约130 ns、上升前沿15 ns,负载电压达到80 kV以上。实验结果与理论计算基本一致,为研制轻小型高电压脉冲源提供了一种新的技术途径。