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10 mhz模块化DOS超短纳秒脉冲电源研究

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高电压技术 2024年

作者：程显王帅印陈硕吕彦鹏郑州大学电气与信息工程学院河南省输配电装备与电气绝缘工程技术研究中心

高频快前沿纳秒脉冲在电网设备检测、等离子体射流、材料优化改性等方面应用广泛。基于LC谐振升压和反向快速截断的二极管开断电路(Diode Opening Switch，DOS)可在不同应用场景下产生超短纳秒脉冲，但谐振网络振荡持续时间制约其运行... 详细信息

高频快前沿纳秒脉冲在电网设备检测、等离子体射流、材料优化改性等方面应用广泛。基于LC谐振升压和反向快速截断的二极管开断电路(Diode Opening Switch，DOS)可在不同应用场景下产生超短纳秒脉冲，但谐振网络振荡持续时间制约其运行频率理论极值，且高频输出下剧增的电阻损耗严重影响电源安全稳定运行。本文开展模块化频率叠加高频超短纳秒DOS电源拓扑研究，建立考虑二极管寄生参数的DOS电路模型，明确高电压增益谐振网络参数配置，减小开关导通/关断电压、电流应力；设计模块化磁隔离级联电路，探明隔离电感参数最优区间，实现单级模块高幅值运行；提出多级模块化频率叠加控制策略，提升电路能量转化效率，突破传统DOS电路高频运行极值。实验结果表明，单级运行时，输出脉冲幅值高达1 860 V（变比增益10.3），半高宽7.0 ns；在模块化运行下，能量转化效率提高320%，负载端脉冲波形重复频率高达10 mhz，实验结果与理论分析相符。

关键词： DOS 高增益超短纳秒脉冲 mhz重复频率能量效率

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高重复频率固态矩形脉冲调制技术研究

高重复频率固态矩形脉冲调制技术研究

作者：冯元伟中国工程物理研究院

学位级别：硕士

高重复频率是脉冲功率技术的发展的研究热点,近年来,高重复频率脉冲功率源在离子束kicker、高功率激光、电磁脉冲、电磁发射乃至民用等领域得到了一定的应用。开关是脉冲功率技术中最关键的器件之一,开关的性能在一定程度上决定了系统... 详细信息

高重复频率是脉冲功率技术的发展的研究热点,近年来,高重复频率脉冲功率源在离子束kicker、高功率激光、电磁脉冲、电磁发射乃至民用等领域得到了一定的应用。开关是脉冲功率技术中最关键的器件之一,开关的性能在一定程度上决定了系统的整体性能。脉冲功率装置中通常是开关限制了装置的性能,例如,限制了峰值功率和重复频率等。常用的传统开关有闸流管、引燃管和火花间隙开关等,这些开关受限于它们的使用寿命、高成本、低重复频率和高损耗等。而基于功率半导体固态开关技术不仅解决了上述问题,还在诸如：稳定性、维护等方面表现出色。常用的固体开关有：MOSFET、IGBT、SOS、SIThy、PCSS,它们的性能参数各有差异,可应用于不同场合。论文采用的MOSFET,具有重复频率高、导通和关断时间短等优点。单个MOSFET的耐压和电流能力有限,需要产生高压和大电流时,需要对MOSFET进行串并联操作,论文采用电压感应叠加(IVA)结构。系统结构总体上分为触发控制系统、多通道光纤隔离、叠加系统等,其中,触发控制系统和叠加系统采用光电隔离传输触发信号。以单片机和FPGA为逻辑核心,设计了控制信号发生器。FPGA采用100mhz的晶振,最小逻辑周期仅为10ns。控制信号发生器最多给出6路同步信号,FPGA给出的信号经20路同步光纤隔离发射,再经一路转二路光纤分路器后,最多可得到240路同步触发信号。得到的光纤隔离信号经调理放大后,直接给MOSFET驱动电路做触发信号。开展了MOSFET驱动电路和功率MOSFET开关在各种条件下的实验,以及8只MOSFET并联的实验和1×16感应叠加单元实验,掌握了感应叠加系统最基本的电路原理。最终完成了4×16单元固态调制器的设计和实验工作,50.7Ω纯电阻负载上得到了3.26kV输出电压波形,前沿为42.67ns,后沿为29.04ns。

关键词：矩形脉冲功率MOSFET 电压感应叠加 mhz重复频率固态调制器

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高重复频率MOSFET脉冲调制技术研究

高重复频率MOSFET脉冲调制技术研究

作者：张良中国工程物理研究院

学位级别：硕士

能产生短脉冲、快上升沿、快下降沿、高电压、大电流且能工作在兆赫兹频率的固体调制器是脉冲功率技术的一个重要发展方向。本文介绍了由功率MOSFET器件组成的固体调制器的基本工作原理，设计思路。并且由固体调制器的基本框架图，设计... 详细信息

能产生短脉冲、快上升沿、快下降沿、高电压、大电流且能工作在兆赫兹频率的固体调制器是脉冲功率技术的一个重要发展方向。本文介绍了由功率MOSFET器件组成的固体调制器的基本工作原理，设计思路。并且由固体调制器的基本框架图，设计了固体调制器的原型。完整的固体调制器由控制系统，辅助供电部分，开关主体和负载组成。控制系统采用单片机和CPLD为硬件核心，设计了宽度，频率，个数可调的脉冲信号发生器，作为固体调制器的触发信号源。其输出的最小脉宽为12.5ns，多个脉冲的一致性良好。触发信号源的输出采用光纤隔离电路，来增强其抗干扰能力。根据功率MOSFET的工作原理，分别用分离元件和集成驱动芯片搭建了驱动电路。并且通过电路仿真结合实验结果，确定了驱动电路的主要参数，分析了电路中干扰的来源并给出改进的方案。驱动电路的供电采用可级联的DC／DC模块搭建。在单个功率MOSFET开关的基础上，讨论了功率回路的选择和保护电路，并分别进行了6个MOSFET并联和4个MOSFET串联的实验，同样使用电路仿真找到对输出波形产生影响的主要参数，并且给出改进方案。在详细比较直接串联和感应叠加两种产生高压的方法后，最后采用感应叠加的方式来设计调制器，叠加器的设计思路也被详细给出。最终设计的调制器由3个开关模块叠加而成，在充电电压为800V时，可以得到最短脉宽为33.8ns，前沿为13.9ns，幅度为2.20kV的脉冲。多脉冲情况下也得到良好的脉冲一致性。

关键词：固体调制器 MOSFET mhz重复频率固体开关感应叠加

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双脉冲电子直线感应加速器实验研究

强激光与粒子束 2009年第6期21卷 899-902页

作者：廖树清程诚郑曙昕唐传祥林郁正荆晓兵慕凡潘海锋清华大学工程物理系粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084 清华大学高能辐射成像国防重点学科实验室．北京100084 中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900

Mini-LIA为mhz重复频率双脉冲电子直线感应加速器,由双脉冲功率系统、热阴极电子枪注入器及金属玻璃磁芯感应加速腔等组成。在此平台的实验获得了数百ns间隔(即mhz重复频率)的双脉冲高压,每个脉冲幅值达到80kV,脉冲半高全宽为80ns;在感... 详细信息

Mini-LIA为mhz重复频率双脉冲电子直线感应加速器,由双脉冲功率系统、热阴极电子枪注入器及金属玻璃磁芯感应加速腔等组成。在此平台的实验获得了数百ns间隔(即mhz重复频率)的双脉冲高压,每个脉冲幅值达到80kV,脉冲半高全宽为80ns;在感应腔加速间隙处测得双脉冲加速电场;在加速器出口处测量得到流强约1.1A的双脉冲电子束流。实验结果表明:利用硅堆隔离汇流装置可实现mhz重复频率的双脉冲高压,金属玻璃磁芯感应加速腔和六硼化镧热阴极电子枪均适合mhz重复频率双脉冲工作方式。

关键词：双脉冲电子直线感应加速器 mhz重复频率金属玻璃六硼化镧阴极

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低剩磁磁芯自复位能力研究

强激光与粒子束 2008年第9期20卷 1528-1532页

作者：黄子平张良马兴明章林文中国工程物理研究院流体物理研究所四川绵阳621900 西南磁学研究所四川绵阳621000

在mhz重复频率的高压多脉冲下,如何在脉冲间隔对磁芯进行快复位是高压多脉冲感应加速腔研制的关键问题。对低剩磁磁芯在脉冲励磁后磁通量密度的自恢复能力及其影响因素进行了实验研究和理论分析,证实了利用低剩磁磁芯的自恢复能力来实... 详细信息

在mhz重复频率的高压多脉冲下,如何在脉冲间隔对磁芯进行快复位是高压多脉冲感应加速腔研制的关键问题。对低剩磁磁芯在脉冲励磁后磁通量密度的自恢复能力及其影响因素进行了实验研究和理论分析,证实了利用低剩磁磁芯的自恢复能力来实现在高压多脉冲下重复利用磁芯伏秒值的可能。实验证明:在选用合适的材料及工作电路后,磁芯在脉冲励磁后自复位到剩磁处的时间可小于500 ns,可稳定地工作在mhz重复频率的高压多脉冲环境下。

关键词：低剩磁磁芯自复位 mhz重复频率高压多脉冲

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基于MOSFET的固体开关技术实验研究

强激光与粒子束 2004年第11期16卷 1481-1484页

作者：赵军平章林文李劲中国工程物理研究院流体物理研究所106室四川绵阳621900

　采用两只1kVMOSFET器件及驱动模块和高带宽光纤收发对,研究了固体开关技术中的触发信号高压隔离、功率MOSFET器件栅极驱动及MOSFET串并联使用等关键技术。单器件开关获得了1kV,13A,4mhz重复频率的脉冲串输出。两器件并联开关获得了130... 详细信息

　采用两只1kVMOSFET器件及驱动模块和高带宽光纤收发对,研究了固体开关技术中的触发信号高压隔离、功率MOSFET器件栅极驱动及MOSFET串并联使用等关键技术。单器件开关获得了1kV,13A,4mhz重复频率的脉冲串输出。两器件并联开关获得了130A,2mhz的输出。两器件串联开关获得了1 6kV,2mhz重复频率脉冲串输出。

关键词： FDTD mhz重复频率 MOSFET 固体开关

多个功率MOSFET器件并联的固体开关设计

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多个功率MOSFET器件并联的固体开关设计