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层叠blumlein线脉冲叠加特性

强激光与粒子束 2014年第4期26卷 158-162页

作者：林加金张建德杨建华张慧博杨霄国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

利用传输线等效放电模型对层叠blumlein线的脉冲叠加特性进行了分析。结果表明:外部短路阻抗是降低层叠blumlein线脉冲叠加效率的主要因素,其中,短路电感产生输出波形平顶的衰减,相对衰减量取决于叠加级数以及短路等效电感与传输线电感... 详细信息

利用传输线等效放电模型对层叠blumlein线的脉冲叠加特性进行了分析。结果表明:外部短路阻抗是降低层叠blumlein线脉冲叠加效率的主要因素,其中,短路电感产生输出波形平顶的衰减,相对衰减量取决于叠加级数以及短路等效电感与传输线电感之比,短路电容产生输出波形前沿的慢化,前沿慢化的相对值取决于叠加级数以及短路等效电容与传输线等效电容之比;由于各级开关导通时间分散性的存在,输出波形的前沿及后沿皆呈阶段状,相当于产生了时间量等于开关导通分散性时间的前沿及后沿慢化现象。增加传输线外部的短路阻抗、减小多开关的导通分散性是提高层叠blumlein线的脉冲叠加效率、改善输出波形的有效途径。

关键词：层叠blumlein线叠加效率短路阻抗导通分散性

层叠blumlein线多开关导通时间分散性

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强激光与粒子束 2012年第8期24卷 1995-1999页

作者：王松松舒挺杨汉武国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

高介电常数陶瓷储能脉冲形成线需要用到多开关触发的层叠blumlein线结构。从形成线波过程理论出发,分析了多开关导通时间分散性对层叠blumlein线及其输出波形的影响。主要包括两方面影响:其一是造成输出方波脉冲的前沿和后沿均出现阶梯... 详细信息

高介电常数陶瓷储能脉冲形成线需要用到多开关触发的层叠blumlein线结构。从形成线波过程理论出发,分析了多开关导通时间分散性对层叠blumlein线及其输出波形的影响。主要包括两方面影响:其一是造成输出方波脉冲的前沿和后沿均出现阶梯形畸变;其二是使得各延迟导通的平行平板blumlein线承受过电压,容易引起陶瓷储能介质的电击穿。在不单独考虑开关电感的理想情况下,利用PSpice电路程序模拟了开关导通时间分散性对四级层叠blumlein线的影响,模拟结果与波过程理论分析一致。为减弱这些影响,提出了可行的解决方案。

关键词：层叠blumlein线多开关导通时间分散性陶瓷介质

陶瓷储能平行平板层叠blumlein线(英文)

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强激光与粒子束 2013年第5期4卷 1311-1314页

作者：王松松舒挺杨汉武国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

采用一种具有高储能密度的玻璃陶瓷板介质作为平行平板层叠blumlein线(SBL)的储能介质,设计了一种平行平板SBL。针对该SBL的特点,设计了一种层叠轨道间隙触发开关。在实现多通道时,模拟与实验研究结果均表明该开关的上升时间小于10ns。... 详细信息

采用一种具有高储能密度的玻璃陶瓷板介质作为平行平板层叠blumlein线(SBL)的储能介质,设计了一种平行平板SBL。针对该SBL的特点,设计了一种层叠轨道间隙触发开关。在实现多通道时,模拟与实验研究结果均表明该开关的上升时间小于10ns。为验证这种设计理念,制造了一台2级平行平板SBL样机,实验结果表明,该结构适合于实现脉冲功率系统的模块化设计。

关键词：层叠blumlein线陶瓷储能介质高储能密度轨道间隙开关触发开关

单开关调制的PFN型层叠blumlein线发生器

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强激光与粒子束 2013年第6期25卷 1414-1418页

作者：林加金杨建华张建德高飞张慧博国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

采用平板线加载的陶瓷电容型脉冲形成网络(PFN)构成了单开关调制的层叠blumlein线发生器。采用传输线理论对短路寄生传输线的短路特性进行了理论分析,结果表明,短路寄生传输线的阻抗可以等效为耦合电感在主传输线的放电频率下产生的感抗... 详细信息

采用平板线加载的陶瓷电容型脉冲形成网络(PFN)构成了单开关调制的层叠blumlein线发生器。采用传输线理论对短路寄生传输线的短路特性进行了理论分析,结果表明,短路寄生传输线的阻抗可以等效为耦合电感在主传输线的放电频率下产生的感抗。Pspice软件模拟表明,层叠线blumlein线的电压叠加效率随耦合电感增加而增加。提出了一种磁环增感方法,在4级层叠blumlein线上实现了3.1倍的脉冲电压叠加。

关键词：脉冲形成网络层叠blumlein线寄生传输线耦合电感

高效率高阻抗层叠blumlein线固态脉冲发生器研究

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现代应用物理 2024年第3期15卷 58-63页

作者：杨双孙晶晶李典耕于瑞鑫陈绒高景明国防科技大学前沿交叉学科学院脉冲功率激光技术国家重点实验室长沙410073

为提高电压效率基于标准同轴电缆研制了1种高阻层叠blumlein线固态脉冲发生器。首先,采用传输线理论和放电等效电路,分析了耦合传输线对层叠blumlein线输出电压效率的影响,并利用数值仿真软件对外筒放电型和内筒放电型2种结构的层叠Blum... 详细信息

为提高电压效率基于标准同轴电缆研制了1种高阻层叠blumlein线固态脉冲发生器。首先,采用传输线理论和放电等效电路,分析了耦合传输线对层叠blumlein线输出电压效率的影响,并利用数值仿真软件对外筒放电型和内筒放电型2种结构的层叠blumlein线进行了模拟验证。理论与模拟结果表明:耦合传输线阻抗是造成电压效率损失和能量效率下降的主要因素,增大耦合阻抗可提高输出电压幅值和波形质量;内筒放电型结构能够减少耦合传输线的数量,从而提高电压叠加效率;同时,采取螺旋盘绕方式绕制及磁芯隔离的方法可增大耦合阻抗,进一步提高层叠blumlein线的电压叠加效率。基于内筒放电型结构和磁芯隔离方法,研制了10级层叠blumlein线脉冲发生器,并对其进行了实验测试。测试结果表明:充电电压为489 V时,输出脉冲电压幅值为4.56 kV,脉冲前沿约为21 ns,脉宽约为75 ns,输出电压效率为93.3%,测试结果有效检验了脉冲叠加效率提高方法的可行性。

关键词：层叠blumlein线放电等效电路耦合传输线叠加效率磁芯隔离

层叠blumlein纳秒脉冲形成线设计与实验

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强激光与粒子束 2014年第4期26卷 108-113页

作者：谌怡刘毅王卫夏连胜张篁朱隽石金水章林文中国工程物理研究院流体物理研究所、脉冲功率科学与技术重点实验室四川绵阳621900

研究了一种结构紧凑型的多级层叠blumlein纳秒脉冲形成线,从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠blumlein脉冲形成线输出电压的影响,并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠blumlein脉冲形成线输出结果的影响,发现开关的导通电阻... 详细信息

研究了一种结构紧凑型的多级层叠blumlein纳秒脉冲形成线,从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠blumlein脉冲形成线输出电压的影响,并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠blumlein脉冲形成线输出结果的影响,发现开关的导通电阻是制约输出电压幅值的主要因素,开关的分布电感对输出波形的影响大于负载分布电感的影响,基于时域有限差分法原理,利用XFDTD软件模拟了两级层叠blumlein线的电磁耦合效应。开展了多级层叠blumlein脉冲形成线实验,结果表明,基于陶瓷固态传输线和GaAs光导开关的层叠blumlein脉冲形成线能够实现输出电压叠加,可用于产生ns量级脉宽的脉冲高压。

关键词：脉冲功率技术固态传输线 GaAs光导开关纳秒脉冲形成线层叠blumlein线

基于光导开关及层叠blumlein线的纳秒脉冲源

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强激光与粒子束 2013年第4期4卷 1063-1067页

作者：姜苹田青李洪涛刘宏伟刘金锋袁建强赵越谢卫平中国工程物理研究院流体物理研究所中国工程物理研究院脉冲功率科学与技术重点实验室四川绵阳621900

设计了一台层叠blumlein线型脉冲功率源。该脉冲源以平板型blumlein线为储能器件,使用4个GaAs光导开关作为脉冲形成开关,通过4级blumlein线层叠结构以获得更高输出电压。分别使用10mm及3mm间隙光导开关进行实验,比较了PSpice电路仿真与... 详细信息

设计了一台层叠blumlein线型脉冲功率源。该脉冲源以平板型blumlein线为储能器件,使用4个GaAs光导开关作为脉冲形成开关,通过4级blumlein线层叠结构以获得更高输出电压。分别使用10mm及3mm间隙光导开关进行实验,比较了PSpice电路仿真与实验结果。实验测试显示,10mm开关充电23.5kV时上升沿较大,可能的原因是偏置电场较低时开关导通时间较长。测试了不同工作电压下功率源的输出电压,结果显示:在10mm间隙开关条件下,充电23.5kV时,负载上得到了53kV的高压脉冲输出;3mm开关充电13.9kV时输出电压39.4kV,输出效率70%。实验结果表明,随着工作场强的提高,电压输出效率呈现先下降后上升最终趋于饱和的趋势。

关键词： GaAs光导开关层叠blumlein线输出效率 PSpice模拟

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基于光导开关的固态脉冲功率源及其应用

高电压技术 2015年第6期41卷 1807-1817页

作者：袁建强刘宏伟马勋蒋天伦姜苹王凌云中国工程物理研究院流体物理研究所脉冲功率科学与技术重点实验室绵阳621900 中国工程物理研究院流体物理研究所物理与生物医学交叉实验室绵阳621900 第三军医大学第一附属医院重庆400038

为了推动脉冲功率技术的应用,研制了紧凑、可高重复频率运行的固态脉冲功率源。通过大功率固体开关及电路拓扑结构的比较,选择了基于光导开关的层叠blumlein线型脉冲功率源这一技术路线。基于铁电陶瓷脉冲形成线和光导开关构建了大电流... 详细信息

为了推动脉冲功率技术的应用,研制了紧凑、可高重复频率运行的固态脉冲功率源。通过大功率固体开关及电路拓扑结构的比较,选择了基于光导开关的层叠blumlein线型脉冲功率源这一技术路线。基于铁电陶瓷脉冲形成线和光导开关构建了大电流固态模块,光导开关通流能力超过4 k A。已经实现的应用包括:研制了200 k V/1 k A固态脉冲功率源并与反射二极管结合实现了重复频率为100 Hz或1 k Hz、脉冲宽度约40 ns的猝发X射线脉冲输出;利用基于光导开关的blumlein线模块产生的快脉冲进行了血液病原体灭活初步研究,可得当脉冲个数为10个时,在80 k V/cm的电场作用下红细胞悬液中细菌的抑制率为57%。

关键词：光导开关固态脉冲形成线层叠blumlein线大电流模块全固态X光机血液病原体灭活

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基于光导开关的纳秒脉冲功率源技术研究

基于光导开关的纳秒脉冲功率源技术研究

作者：姜苹中国工程物理研究院

学位级别：硕士

脉冲电场能够使处于其中的生物体产生与生命现象相关的响应。当电脉冲宽度仅为数十ns甚至更短、电场强度高达100kV/cm以上时,电脉冲能够直接对细胞核膜作用,使细胞内部被诱导出与电穿孔效应不同的细胞内电效应,出现结构和功能性改变(如... 详细信息

脉冲电场能够使处于其中的生物体产生与生命现象相关的响应。当电脉冲宽度仅为数十ns甚至更短、电场强度高达100kV/cm以上时,电脉冲能够直接对细胞核膜作用,使细胞内部被诱导出与电穿孔效应不同的细胞内电效应,出现结构和功能性改变(如钙离子流失、基因表达增强等),产生细胞程序性凋亡。这种基于超快电脉冲非热效应的细胞内电效应可引起生物体内癌细胞凋亡和肿瘤萎缩,为治愈癌症提供了一种可能的新途径,使其成为近年来物理与生物医学交叉研究领域的研究热点。促进超快电脉冲非热细胞内电效应研究的关键在于纳秒脉冲源技术和细胞试样检测技术的发展。本文选择基于半导体光电导原理的光导开关和基于电磁波传输线原理的固态blumlein脉冲形成线研制输出脉冲宽度6.9ns的纳秒脉冲源,对可应用于生物医学效应研究的纳秒脉冲源技术途径进行了有益的探索。光导开关是一种新型固体开关,具有闭合时间短(ps量级)、时间抖动小、重复频率高、功率容量大、光电隔离等优势,在脉冲功率技术研究领域已受到广泛关注。本文首先对光导开关的运行机理进行了系统的理论分析和实验研究,采用GaAs和SiC两种半导体材料制作光导开关并开展相关实验,着重讨论了GaAs、SiC光导开关的输出特性。在开关结构和触发方式等方面提出了一些颇具成效的独特设计。研制的电极间隙为10mm的GaAs光导开关,工作电压26.4kV,电流达4.3kA;电极间隙为0.4mm的SiC光导开关工作电压10kV,电流大于90A。结果表明光导开关可用于产生高功率的电脉冲。研制了基于GaAs光导开关和层叠B线电路结构的纳秒脉冲源,通过电路仿真及实验研究了触发光对脉冲源电压效率和前沿的影响。本着减小回路杂散参数以加快脉冲上升沿的原则,设计了纳秒脉冲源的紧凑型物理结构。为提高光导开关的使用寿命,设计了脉冲充电电源对层叠B线充电。对激光器进行分光实现了四个光导开关的同步触发。分别使用纳秒激光器和皮秒激光器作为光导开关的触发光源进行了脉冲源的实验研究。Pspice电路仿真结果表明：开关导通电阻和充电隔离电阻及其连接方式将影响充电效率进而影响输出电压的总效率,开关电感及回路电感对输出波形的前沿影响较大。实验结果表明：纳秒激光器作为触发源,电阻串联充电情况下,充电电压25.8kV时,功率源的输出脉冲上升沿5ns,半高宽12ns,电压幅值53.6kV,总效率52%,脉冲形成效率74%;皮秒激光器作为触发源,电阻并联充电情况下,充电电压23.5kV时,功率源的输出脉冲上升沿4.5ns,半高宽6.9ns,电压幅值53kV,总效率56%,脉冲形成效率69%。分析认为光导开关导通电阻较高是造成功率源的脉冲形成效率较低的重要原因之一。在后续工作中,将探索进一步降低开关导通电阻的可能方法,例如通过开关结构的改进提高光吸收效率、实现更高的载流子增益等。同时,也将对功率源电路结构参数进行进一步的优化,研究提高功率源重复频率、减小输出脉冲上升沿以提高功率源总体性能的技术途径。

关键词：超快脉冲纳秒脉宽 GaAs光导开关 SiC光导开关层叠blumlein线