基于功率MOSFET的高压纳秒脉冲源研究
用于等离子体注入的高频高压全固态脉冲功率源
用于等离子体注入的高频高压全固态脉冲功率源 刘克富吴异凡邱剑 复旦大学电光源研究所 kfliu@https://www.wendangku.net/doc/032048132.html, 1 引言 随着脉冲功率技术的发展，Marx 发生器（如图1）目前已经远不是传统意义上仅仅作为进行耐压试验升压装置，在很多需要高功率脉冲的场合，都可以看到Marx 发生器的身影。由于传统的Marx发生器通常使用气体开关，因而重复频率，稳定性和寿命方面都有很大局限，整个系统的效率也很低。随着近几十年来电力电子半导体固态开关器件的发展和成熟，国内外的很多研究人员开始研制采用半导体开关作为主开关的Marx 发生器系统。 图1 传统Marx发生器结构 本课题所研制的固态Marx 发生器产生的重频高压脉冲可应用于等离子源离子浸没式注入（Plasma Source Ion Immersion Implantation）研究，在其他应用领域如雷达电源，高功率微波源，快脉冲放电源也有着非常广泛的前景。等离子源离子浸没式注入的实验及理论论证，用高重复频率短上升沿的负高压脉冲放电，可以获得很好的效果。传统的高功率脉冲源的输出脉冲很难兼顾高压、高重复频率和快上升前沿的要求，并且使用寿命和稳定性也不理想，本文将充分利用Marx 发生器和现代半导体器件在频带上的优势，旨在研制一台重频脉冲功率源，实现电压幅值最高－60kV，频率500Hz，上升时间800ns，负载脉冲电流25A 稳态电流3A，脉冲宽度20μs 到100μs 的方波输出。 本文通过对该Marx 发生器系统原理详细分析，设计出系统各部分的详细参数并选取了合适的器件；提出并改进了一种新颖的自取电IGBT 驱动电路；通过假负载测试给出了电源输出波形，并且将整套系统用于等离子源离子浸没式注入实验中，给出等离子
高精度高重频脉冲激光测距系统
第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011 高精度高重频脉冲激光测距系统 纪荣祎，赵长明，任学成 (北京理工大学光电学院，北京100081) 摘要：在三维激光扫描探测系统中，激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数。介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点，设计了一种以Nios II嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统。通过分析影响测量重频和测距精度的因素，采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别，使用TDC-GP2高精度时间间隔测量芯片进行精密计时，设计了基于Nios II嵌入式软处理器的计时控制系统以提高测量重频。实验结果表明：实现了测量重频为20000次/s、测距精度为3cm的激光测距。与传统的单片机控制的计时系统相比,该系统不仅测量重频和测量精度高，且具有更好的可扩展性和灵活性。 关键词：脉冲激光测距；精密时间测量；三维激光扫描；Nios II 中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1461-04 High precision and high frequency pulse laser ranging system Ji Rongyi,Zhao Changming,Ren Xuecheng (School of Photoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China) Abstract:In three-dimensional(3D)laser scanning detection system,the measurement repetition rate and measurement precision of laser ranging are the key parameters affecting the performance of the whole system.The work characteristics of3D laser scanning detection system were introduced,and a high repetition rate and high measurement precision pulse laser ranging system based on the Nios II soft-core was designed.According to the analysis of the factors which affected the repetition rate and precision of range measure,the double-threshold time discriminator was adopted to produce timing mark for the start-stop time discrimination,and the TDC-GP2high-precision interval measuring chip was used to achieve high precision on time measure.In addition,the time measure control system based on the Nios II soft-core was designed to improve the measurement repetition rate.Experimental results show that the measurement repetition rate of20000/s and the ranging precision of±3cm are https://www.wendangku.net/doc/032048132.html,pared with the traditional MCU time measure control system,the designed system owns the advantages of high repetition rate and high measurement precision,furthermore,it is more expandable and flexible. Key words:pulse laser ranging;high precision time measure;3D laser scanning;Nios II 收稿日期：2010-12-18；修订日期：2011-01-17 基金项目：国防科技工业技术基础科研项目(J172009C001) 作者简介：纪荣祎(1984-)，男，博士生，主要从事三维扫描激光探测系统的研究。Email:xiaoxiao8673@https://www.wendangku.net/doc/032048132.html,。 导师简介：赵长明(1960-)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事新型激光器件与技术、光电子信息技术与系统方面的研究工作。 Email:zhaochm1@https://www.wendangku.net/doc/032048132.html,
高压脉冲发生器的类型
高压脉冲发生器通常有五种方式可以实现： （1）Marx型，其原理图如图1.11所示，工作原理可以简单地概括为“电容器并联充电，串联放电”，即n个电容器对一个电压值为V0的直流电源进行并联充电，串联放电后，在负载上产生一定脉宽、电压幅值为nV0的高压脉冲。Baek等于2007年设计了一套输出为20kV/300A、脉宽为5μs的Marx型高压脉冲发生器。 （2）脉冲升压型，其原理如图1.12所示，这种类型的的发生器是将一个直流电压先经过逆变电路变为双极性的方波，再通过一个脉冲升压器提高电压等级。采用这种方法设计高压脉冲发生器的研究机构比较多，其中美国俄亥俄州立大学的Zhang等在2000年利用该原理搭建了一台输出电压为12kV的高压脉冲发生器，先将1000V的直流电经逆变电路转化为1000V 的双极性方波脉冲，再通过一个变比为1:12的脉冲变压器将电压升至12kV。另外，Alkhafaji 等在2007年也设计一台脉冲升压型结构的高压脉冲发生器，最后输出脉冲幅值30kV、脉宽2.5μs、频率200Hz的高压脉冲发生器。同样地，Rocher等在2010年也根据脉冲升压型的原理设计了一台脉冲幅值为15kV、频率为250~300kHz的高压脉冲发生器。 （3）固态开关串联型，其原理图如图1.13所示，系统一般由高压直流电源、储能电容、固态开关的串、并联模块和负载组成，通过控制串并联开关的导通与关断，可在负载上得到高压脉冲。Prins等于2001年利用IGBT串联技术搭建了一台电压幅值为30kV、电流200A、脉宽在0~99μs可调、频率为1kHz的双极性方波脉冲发生器。在中国，工程物理研究所的孔甘银等研制了电压等级为10kV的固态开关串联型高压脉冲电源。
关于脉冲功率电源的介绍
关于脉冲功率电源的介绍 在全球化的发展环境下，各国为了提高自身的综合竞争力，均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一，该技术的发展始于20世纪60年代，在多个领域均有着较为广泛的应用，其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况，并分析了其发展的技术阻碍，为了实现其快速的发展，要对其中存在的问题进行有效处理，在此基础上，脉冲功率技术的发展才能够更加稳定，同时，我国的国防竞争力也将不断增强。 标签：脉冲功率电源；电容器组；发电机系统；电池组；技术阻碍 当前，电源的相关问题得到了广泛的关注，其中最敏感的为小型化电源问题。在科学技术的支持下，电源的小型化得到了快速的发展，此类电源的应用是广泛的，其作用日益显著。但小型化电源的发展也存在不足，为了促进其发展，需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。在此背景下，文章研究了脉冲功率电源，该电源是借助不同方式进行提供的，具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求，为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。 1 脉冲功率电源的概况 1.1 电容器组 目前，在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性，其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。随着电磁炮的快速发展，对电容器组的要求不断提高，在脉冲形状控制方面，利用了闭合开关；在能量存储密度方面，利用了新的介电材料，在此基础上，电容器组得到了进一步的发展，进而适应了实际应用的需求[1]。 对于脉冲功率电源而言，作为电源的电容器组存在一定的不足，主要为偏低的转化效率，同时，其充电状态未能保持长期性。为了有效解决此问题，需要借助高功率的大型充电设备，以此保证充电的快速与便捷，与此同时，工作电压也将得到控制。在此基础上，电容器组拥有较大的体积，但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。因此，在轨道炮系统中，电容器组的应用缺少针对性与时效性，此时的电源未能适应军事发展的需要。 在对电容器组展开设计过程中，要关注其热量的控制。对于电容器的介电材料而言，通常情况，均属于电绝缘体与热绝缘体。在炮弹发射时，电容器内部的热量将不断升高，为了保证电容器组的安全性，要对其给予高度的重视[2]。 1.2 发电机系统 关于电磁炮发电机的研究，其应用的类型较多，主要有单极脉冲发电机、补
纳秒级脉冲电源的研究与设计
纳秒级脉冲电源的研究与设计 随着脉冲功率技术在军事、医疗、环保等领域的快速发展,对于大功率脉冲电源的上升沿宽度要求日益提高,高功率快脉冲也逐渐成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。而如何以较低的成本在提高脉冲电源电压等级的同时陡化脉冲宽度也是研究的难点之一。 以高压快脉冲为技术核心,以小型化、高重频和高效率为发展方向,本论文提出了一种低成本对称式的脉冲发生拓扑,同时以磁压缩技术陡化脉冲宽度,并深入研究了磁开关的控制技术,以实现高稳定性的纳秒级脉冲电源的研制,论文主要内容分为以下三个部分:1、提出了一种具有对称串联结构的高压脉冲电源拓扑,大幅降低成本;基于这种新型的高压脉冲电源拓扑,分析并初步验证了各种工作环境下的可行性。搭建了该高压脉冲电源的仿真模型,仿真验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下电路的工作原理。 在实验室完成了该高压脉冲电源的研制,实验验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下对于电路的分析,并在实际应用中证明了该拓扑相对于现有研究的优越性。2、介绍了脉冲磁压缩技术的工作原理,分析了各个磁芯参数对磁开关性能的影响,基于此,确定了磁芯材料的选择,并搭建了磁芯检测平台测量磁芯的磁滞曲线,对比了不同磁芯材料的区别。 基于脉冲电源体积小型化原则,分析了影响磁开关体积的因素,并利用数学模型确定了磁开关参数的最优解。系统地分析了磁复位原理以及磁复位电路与脉冲电源的匹配问题。 最后搭建了30kV/3kW的纳秒级脉冲电源样机,验证了磁复位原理的可行性,以及在高压大功率应用场合可能遇到的问题及其解决方案。3、针对电流型磁复
位方式存在的不足,指出了对于磁开关控制的必要性,并系统地分析了磁开关控制原理,提出了相应的控制方案。 最后基于PLECS软件搭建了35kV的纳秒级脉冲电源的仿真模型,通过仿真验证了控制方案的可行性和稳定性,并从实际应用角度分析了磁开关的最佳工作区间。
高压大功率脉冲电源的设计
1绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将 带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC y DC开关电源、DC y DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS可靠高效低污染的光伏逆变电 源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波 形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1. 1所示。 图1 . 1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其本质，
高压脉冲发生器
FS系列直流高压发生器 一、产品概述： 高压脉冲发生器广泛用于电表、家用电器、低压电器、机电等相关行业进行绝缘性能试验。高压脉冲发生器主要包括充电电路、脉冲成形电路两大部分。此外，脉冲变压器是高压大功率脉冲发生器中的关键部件，其功率转换效率高并对减小脉冲发生器的体积和重量起到决定作用。 FS系列直流高压发生器是我公司根据中国行业标准BF24003-90《便携式直流高压发生器通用技术条件》的要求，重新设计制造的新一代便携式直流高压发生器。它适用于电力部门、企业动力部门对氧化锌避雷器、电力电缆、发电机、变压器、开关等设备进行直流高压试验和泄漏电流试验。 二、高压脉冲发生器设计的要点 1、充电电路 目前比较常见的高压脉冲发生器充电电路包括电阻充电电路和电感充电电路。电阻充电电路结构简单、技术成熟，但其充电效率低，一般适用于中小功率、脉宽窄或工作比很低的场合；电感充电电路，由于其效率较高，故在大功率、高频场合下经常使用。另外，还有回扫充电电路、阶梯充电电路等。实际应用中需根据具体要求选择合适的充电电路。
2、高压脉冲成形 高压脉冲成形是高压脉冲发生器的主要部分。对于一般的指数型脉冲，可以通过控制调制开关的导通，使储能电容通过调制开关对负载放电，从而在负载上得到输出脉冲。该方法简单、技术成熟，但其杀菌效率明显低于方波脉冲。目前高压方波脉冲的产生一般采用全桥逆变加脉冲变压器升压。这种脉冲成形电路的优点是降低了初级电路的设计难度，但也存在很大的缺陷，如初级的震荡会传递到次级，从而使输出波形变差，其占空比的调节也比较困难，在频率较低时脉冲变压器体积较大且难设计。随着高压大电流开关的发展，使用高压直流电源、高压调制开关，可以通过控制开关的导通和关断在负载上得到脉冲输出。 该开关通过简单的电路，将功率MOSFET或者IGBT串并联，通过选用低感元件及合理的布局，从而实现脉宽和频率宽范围可调的高压脉冲发生器，且寿命长易于维修，但串并联开关器件导通和关断的控制电路设计比较复杂，需考虑均压均流同步等问题。另外，还有一种线型脉冲调制器，其以人工线（脉冲形成网络）做储能元件，用氢闸流管或晶闸管SCR 做开关，实现全部放电的脉冲调制器。其中人工线由电容和电感组成，随着其级数的增加，输出脉冲的波形越趋于方波。但人工线参数一旦确定，其输出脉宽就基本确定，所以该方法不适用于要求输出脉宽大范围可调的场合。实际应用中根据实际输出脉冲的指标要求来选取合适的脉冲成形电路。 3、高压脉冲变压器的设计 高压脉冲发生器中为了解决调制开关器件的电压等级以及阻抗匹配等问题，一般采用脉冲变压器。脉冲变压器的使用会使其最大输出脉冲受限于脉冲变压器磁芯的可利用伏秒特性，为了增加输出脉宽，一般增加去磁电路，以使其磁芯复位。利用脉冲变压器升压的高压脉冲发生器，其初级电路电压等级降低、设计难度减小。但这种结构要求脉冲变压器初级必须流过较大的电流，在脉冲变压器升压比较大时初级电流更大。因此在设计中要根据输出电压幅值、功率大小、脉冲调制开关的开关能力和脉冲参数的要求等方面进行权衡以确定合适的脉冲变压器升压比。脉冲变压器的漏感以及回路分布电感会影响输出脉冲的前后沿，因此在对输出脉冲前后沿要求较高或要求输出窄脉冲时，应设法减小脉冲变压器的漏感以及合理布局放电回路。 三、工作原理
等离子体应用中高压脉冲电源的研制
华中科技大学 硕士学位论文 等离子体应用中高压脉冲电源的研制 姓名：钟生辉 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：李胜利 2003.5.6
华中科技大学硕士学位论文 摘要 ｌ脉冲功率电源是低温等离子体技术在环境工程应用中的关键设备，其总体能量转化效率和脉冲功率的容量是影响等离子体技术工业化应用的重要因素十本文首先综述了一系列典型的脉冲电源回路，以及当前国内外脉冲电源研究的最新进展，提供了了几种新的电源结构。结合脉冲功率电源在环境工程应用中的要求和以往的设计经验，提出了新的设计思路。 在研制处理垃圾渗滤液的实用化电源中，分别对高压脉冲放电回路的原理电路进行了数值分析和仿真分析。ｆ根据分析结果，对电路进行了具体的改进措施。在电源控制回路中的设计中，考虑了一般的电路保护项目，加入了零电压启动的闭锁回路，并利用Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈实现了放电电压幅值的自动保护功能。最后针对现场运行时复杂的放电环境，提出了绝缘匹配方案。、ｌ 在脉冲高压开关电源的研制中，给出了电源的总体设计方案。在其中的Ｂｕｃｋ变换器设计中，首先通过数值计算，给出电路元件的参数，然后利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对电路仿真分析，发现功率晶体管在开关瞬间在集一射极之间有浪涌电压出现，根据结果对电路加入了保护电路。（经电路实验，验证了电路保护设计的成功；在半桥逆变回路设计部分，给出了电路的原理分析，依据电路设计参量选取了相应的电路参数；高频高压变压器作为半桥逆变回路的关键设备，影响着电路工作的可靠性和性能，主要针对它进行了具体的设计和分布参数分析。１ 关键词：脉冲功率电源’／Ｒｏｇｏｗｓｋｉ线圈、／Ｂｌｌｃｋ变换器；半桥逆琴高频变压器
亡的多参数可调高压纳秒脉冲发生器_图文(精)
1llO仪器仪表学报第3l卷 3高压纳秒脉冲发生器的研制 高压纳秒脉冲发生器的原理框图如图3所示,该装置主要由高压直流电源、纳秒脉冲形成系统和脉冲整形及计数系统三大部分组成。 纳秒脉冲形成系统 …………….企……………. 钮刮里h—习■刭一传:感厶畸器ry t 图3高压纳秒脉冲发生器基本原理框图 Fig.3The basic principles of the hish—voltage nanosecond pulse generator
高压纳秒脉冲发生器基本原理:高压直流电源通过限流保护电阻向LC形成线网络充电,在达到自击穿开关阈值电压时,自击穿开关瞬间击穿并在匹配负载(50Q处产生幅值为充电电压一半的高压纳秒方波脉冲。电流传感器在放电回路中采集脉冲电流,经过滤波、脉冲整形处理电路引入脉冲计数器,在脉冲输出重复频率一定时,通过计数器内置继电器控制整个装置的电源输入,从而实现本装置治疗时间窗口可控。 3.1高压直流电源 为减小装置的体积和重量,满足医用设备便携、简单可靠特性,高压直流电源采用高压恒流源(天津东文DW—IX303.1FlD。输出电压:DC O一+30kV;最大输出电流:l mA,电源配有电流、电压显示模块和调节电位器,并具有过压、过流保护模块。通过调节电源输出电流来控制LC形成线网络的充电速度,进而控制自击穿开关的闭合频率,最终实现装置输出脉冲重复频率可调,便于寻找最佳肿瘤细胞治疗剂量。 3.2纳秒脉冲形成系统 纳秒脉冲形成系统主要由LC网络、自击穿开关和负载电阻组成。 高陡度方波脉冲所包含的高频分量将有助于肿瘤细胞内电处理效应,进一步提高肿瘤细胞凋亡率及治疗效果,因此如何提高输出脉冲上升沿陡度是本装置的关键技术之一。根据电路理论¨…,脉冲的上升时间与杂散电感成正比,因此本装置主要从两个方面提高方波前沿的陡度。一方面在设计过程中,选择优质无感电容、电阻;合理布线,尽量减小回路所包含的面积,以减小回路杂散电感。另一方面,设计低导通时延的高性能自击穿开关。 3.2.1LC网络 高压电容选用无感陶瓷电容(西安九元CT8-1。电容值200pF,充分考虑裕度,电容耐压值选40kV。
基于PLD的纳秒级脉冲发生器
基于PLD的纳秒级脉冲发生器 随着电子技术的迅速发展，高速信号触发源已经广泛应用于通讯、雷达等 各种电子系统的测试和精确控制中。这就要求有一个稳定性好、纳秒上升沿、 可控的脉冲发生器。但是，国内至今还没有合乎这些要求的商用脉冲发生器。 即使在国际上普遍使用的加拿大生产的AVI-N 型脉冲发生器也存在着幅度小、 重复率低、易损坏等缺点。针对此现状，设计一款高速脉冲信号发生器是非常 有意义的。可编程逻辑器件(PLD)经历了PAL，GAL，CPLD 和FPGA 几个发 展阶段，技术日趋成熟。采用VHDL 语言对PLD 进行编程设计具有更改灵活、调试方便、操作性强、系统可靠性高等众多优点，并有利于硬件设计的保护， 防止他人对电路的分析、仿照。因此，利用PLD 器件为核心构造高速脉冲信号发生器是一种有效的方法。 1 基本原理 设计采用的XILINX 公司的复杂可编程逻辑器件(CPLD)几乎可适用于所有的 门阵列和各种规模的数字集成电路，他以其编程方便、集成度高、速度快、价 格低等特点越来越受到设计者的欢迎。选用的CPLD 为XILINX 公司的 XC9572XL，属于XC9500 系列，是目前业界速度较快的高集成度可编程逻辑 器件。 CPLD 开发软件用ISE 6.0+ModelSim 5.7SE，该软件是一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境，并且广泛支持各种硬件描述语言。他还具有与 结构无关性、多平台运行、丰富的设计库和模块化的工具等许多功能特点。CPLD 主程序流程图如图1 所示，时针信号是整个程序的关键，通过时钟对 各个模块进行精确控制，实现基本功能。时钟信号的精准度决定了输出脉冲信 号的精准度。时钟源采用了4 脚晶振，可以输出一个稳定的时钟信号。CPLD 内部电路资源分配如图2 所示。
图解脉冲高压电源的实现方法
图解脉冲高压电源的实现方法 发布:2011-05-26 | 作者: | 来源: zhanghuadong | 查看:353次 | 用户关注： 最近接触了一些使用脉冲电源的朋友，发现他们在需要方波输出的时候，使用全桥加变压器，次级直接输出方波。个人觉得这种方式存在很大的缺陷，比如初级的振荡会传到次级，使输出波形很差；调节输出占空比比较困难；当频率比较低时变压器更难设计，体积也会变得很大；对于短路的抵抗力也相当差。使用高压开关可以完全解决以上问题。使用一个直流电源，加上一个开关，通过控制开关的导通与关断来实现脉冲输出。这种开关通过简 最近接触了一些使用脉冲电源的朋友，发现他们在需要方波输出的时候，使用全桥加变压器，次级直接输出方波。个人觉得这种方式存在很大的缺陷，比如初级的振荡会传到次级，使输出波形很差；调节输出占空比比较困难；当频率比较低时变压器更难设计，体积也会变得很大；对于短路的抵抗力也相当差。 使用高压开关可以完全解决以上问题。使用一个直流电源，加上一个开关，通过控制开关的导通与关断来实现脉冲输出。这种开关通过简单的电路，将MOS 管或IGBT串联，通过低感且较小的布局，实现任意频率任意脉宽的开关，且寿命长，易维修。 开关由大量的MOSFET或IGBT通过串联、并联，并通过紧凑、低感的布局组成的，体积小，性能好。自身包含驱动电路，是一个小体积的组件，具有极高的可靠性和优异的开关性能（包括低的导通阻抗，高的截止阻抗，纳秒量级的控制传输延时和百纳秒量级的开启和关断时间）。同时控制驱动电路和开关电路的全隔离，保证了开关即可以用于高端开关，也可以用于低端开关，还可以用于两个高压开关组成的推挽电路。开关的使用也是极其简单的，只要提供一个5V的供电和TTL的开关控制信号，开关即可以工作在固定的脉宽下，也可以工作在可变的脉宽下。所选用器件均为常用器件，成本低。高压开关可以通过系列化的生产，具有极宽的负载电压和电流范围。 同时控制驱动电路和开关电路的全隔离，保证了开关即可以用于高端开关，也可以用于低端开关，还可以用于两个高压开关组成的推挽电路。开关的使用也是极其简单的，只要提供一个5V的供电和TTL的开关控制信号，开关即可以工作在固定的脉宽下，也可以工作在可变的脉宽下。所选用器件均为常用器件，成本低。高压开关可以通过系列化的生产，具有极宽的负载电压和电流范围。 总体图如下所示：
新型高压快脉冲发生器
新型高压快脉冲发生器 相关情况解析方案 https://www.wendangku.net/doc/032048132.html,/来源：元器件交易网日期：2012年02月03日 1、引言 目前，在大功率、高频率、窄脉冲的应用领域中利用的基本都是真空管，如：二次电子发射管、放电间隙开关、触发管、氢闸管等。主要研究方向是如何提高电真空器件的开关速度，减小其触发晃动，研制与其相配的高速高压驱动电路。但是真空电子管这类器件存在损耗大、驱动电路庞大、冷却麻烦等缺点;同时，为了在速调管打火时对其进行快速保护，还经常需要在调制器中设置复杂的撬棒管及其触发电路，这些问题直接影响调制器的效率和可靠[1]。近年来，由于半导体器件的电压和功率等级不断提升，相关技术也在逐步完善，为解决上述问题创造了条件。基于该项技术发展趋势，本文设计了一种新型高压快脉冲发生器。 2、输出指标和基本结构 高电压、快脉冲和高重复率是脉冲功率装置的发展方向。高频化是减小系统体积的一个有效途径。本设计采用IGBT做为主开关器件，输出脉冲电压峰峰值为±5kV，频率为1kHz～10kHz可调，脉冲前沿200ns。
本高压快脉冲发生器的设计主要分为三部分： (1)可调高压直流发生器：使用工频交流电为电源，在低压部分经过整流、逆变电路产生低压脉冲，经脉冲变压器升压，成为高压脉冲再经不可控整流为高压直流。再将其作为高压直流电源提供给最后的高压脉冲发生部分。可调高压直流发生器结构如图1所示。 图1 可调高压直流发生器结构图 (2)高压脉冲发生部分：将高压直流电源提供的直流高压送入可控开关器件，产生所需要的高压脉冲。 (3)高压逆变控制和驱动部分：控制高压逆变过程中的开关器件的开通与关断。在控制方面采用基于PWM控制方法的芯片SG3525。在驱动电路方面，采用三菱公司的IGBT专用驱动芯片M57962L。
高功率Z_Pinch脉冲源技术的发展
收稿日期:2000202216 作者简介:孙凤举(19672),男,山东籍,助研,博士生,主攻等离子体开关技术和脉冲功率技术应用研究。 综述和述评 高功率Z -P i nch 脉冲源技术的发展 孙凤举1,2,邱爱慈2,邱毓昌1,曾江涛2,蒯斌2 (11西安交通大学电气学院,陕西西安710049;21西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘要: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(L TD )、电感储能(IES )、等离子体断路开关(PO S )以及真空磁绝缘传输线(M ITL )技术的低电感、模块化快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 2P inch 装置。 关键词:高功率Z 2P inch ;直线型脉冲变压器;电感储能 中图分类号:TL 6;O 531;O 539 文献标识码:A 文章编号:100323076(2001)0120044205 1 引言 Z 2P inch 开始于六十年代受控热核聚变(CT F )反应的研究,其结构简单、造价低廉、 运行方便,且效率较高,但是在八十年代以前,由于受当时脉冲功率技术水平的限制和Z 2P inch 等离子体不稳定性的困扰,进展一 直比较缓慢。96年以来,Z 2P inch 技术取得重大突破,主要在于采用了高功率短脉冲大电流驱动多丝阵列负载,目前Z 2P inch 正成为当今国际上十分活跃的科学前沿研究领域[1,2]。高功率Z 2P inch 的品质与高功率脉冲源的参数紧密相关,Z 2P inch 技术要得到发展和应用,在很大程度上取决于脉冲功率源 的技术水平。驱动惯性约束聚变(I CF )的Z 2P inch 要求脉冲源储能数十M J ,脉冲电流约50～60M A [2],尽管国外在PB FA 2Z 装置上 获得了出色的实验结果,但PB FA 2Z 装置距 上述要求还存在很大差距,采用的技术按照能够承担得起的造价、体积和效率要求很难扩大到更高的功率水平[3]。作为高功率Z 2p inch 的脉冲源,要求技术风险小,运行重复 性、可靠性和能量传输效率高,结构紧凑、造价低廉,这关系到Z 2p inch 在I CF 中是否能 有更大的竞争力。因此,国际上正在发展新的技术,探索合适的高功率Z 2p inch 脉冲源技术途径。近三十年来,脉冲功率技术发展了电容、电感和磁感应储能以及为压缩脉宽的各种高功率开关等技术,下面对传统的电容储能和近年来发展较快的电感储能、磁感应储能技术作简单介绍。 2 电容储能与电感储能技术 直到七十年代中期,脉冲功率技术一直以电容储能与闭合开关技术为基础。因为去 离子水的介电常数高(Ε～81),采用水介质同
EPP-Ⅱ高压脉冲电源
电除尘电源的第三个里程碑连成环保EPP-Ⅱ型高压脉冲电源的研发及应用
电除尘器在我国已有30年以上的历史，自然作为电除尘器的重要部分--高压电源也已经走过30多年的历程了。在这三十多年中,电除尘器电源有单相工频可控整流电源、工频恒流电源、三相可控整流电源、中频电源、调频式高频电源和调幅式高频电源及脉冲电源等多种形式。 但是从研发和应用的广度和深度来看,从1985年至2000年主要是工频电源,这是第一个里程碑; 2001 年至2015年主要是第二个里程碑--高频电源;从现在开始,电除尘器高压电源已经步入了第三个里程碑一脉冲电源。估计再过十年或十五年，脉冲电源也会如今天的高频电源一样，得到大家的认可和广泛的应用，到2030年新建电除尘器选择电源时，人们就不会考虑工频电源，很少考虑高频电源，而是更多地考虑脉冲电源了。 高压脉冲电源 高压脉冲电源主要由采用移相ZVT-PWM控制技术的全桥逆变电路和多个相互独立的低压固体开关式脉冲形成单元组成，以DSP为控制核心，以窄脉冲（100us及以下）电压波形输出为基本工作方式。在不降低或提高除尘器运行峰值电压的情况下，通过改变脉冲重复频率调节电晕电流，以抑制反电晕的发生，使电除尘器在收集高比电阻粉尘时有更高的收尘效率。 常见的脉冲供电装置有三种类型 第一种是高压脉冲电源装置使用火花间隙产生脉冲这种方法装置简单、费用较低，但要求有高精度的维护水平；其脉冲宽度在微秒量级或更窄工作峰值电压比常规电源提高较显著但目前功率容量相对较小。第二种是采用贮能式原理，由半导体开关、贮能电容、脉冲变压器漏感和电除尘器电容组成串联谐振电路产生高压脉冲，在脉冲期间未被电除尘器耗用的脉冲能量通过反馈二极管回送到贮能电容贮存起来，以供下一个脉冲使用，具有显著节能的优点。第三种是多脉冲供电装置。其特点是基础直流电压和叠加的脉冲都取自同一个特殊的变压整流器，所产生的脉冲是每间隔3ms~100ms发出50us~100us宽的短脉冲群。 目前，第二种类型的高压脉冲电源装置由于除尘效果及综合性能更加显著，应用场合更普遍；其电源装置随着半导体器件技术、脉冲电容技术和电压电流快速检测技术以及数字信号处理技术的进步，其可靠性得到了显著提高；目前浙江连成环保科技有限公司新研发并投入使用的的EPP-Ⅱ型高压脉冲电源是目前除尘器电源技术的一个新的亮点。其电源输出的高压脉冲的
脉冲功率测试技术
脉冲功率测试技术
光电电流互感器原理及应用 电流互感器作为电力系统中的重要设备，对电力系统的正常运行和电力的精确计量有非常重要的作用。目前光电混合式电流互感器己进入实用化研究阶段，采用先进的电子和光学技术，无论对于光电混合式电流互感器的研制还是推广都非常重要。实践证明，采用这种方法设计的光电混合式电流互感器工作可靠、集成度高，有效的解决了高压端与低压端间的绝缘等问题，能够克服传统电磁式电流互感器的缺点，因此为光电混合式电流互感器在变电站自动化系统中的广泛应用积累了经验。 1 光电混合式电流互感器的分类 光电式电流互感器可分为无源型和有源型两大类，前者基于光学传感技术，一般是基于法拉第(Faraday)效应等磁光变换原理，这类互感器直接用光进行信息变换和传输，与高电压电路完全隔离，具有不受电磁干扰，测量范围大，响应频带宽，体积及便于数字传输等优点，其特点是在高压侧部分无需电源，故称为无源电子式电流互感器;后者基于电磁感应原理，如采用无铁心的Rogoswki线圈，这类电子式电流互感器与常规电流互感器较相似，但体积小，暂态响应好，可靠性高，可以直接以模拟量形式输出，也可将信号数字化后用光纤技术进行信息传送，这样大大简化了互感器的绝缘结构，适用于高电压系统，这类电子式电流互感器的特点是高压侧有电子电路，需要有电源对其供电。故称为有源电子式电流互感器。 (1)无源型光电电流互感器的工作原理及其结构 所谓无源型光电电流互感器乃是传感头部分不需要供电电源的电子式电流互感器。其基本原理是利用了光的传播原理。光在传播过程中，如果在垂直于光传播方向的平面内，光矢量始终沿一个固定的方向振动，就称这种光为线偏振光。磁场能使本来不具有旋光性的物质产生旋光性。即当一束线偏振光穿过无旋性介质时，如果在介质中沿光的传播方向施加一个外磁场，光通过介质后，光的振动面就会转过一个角度，这种现象被称为磁致旋光效应或法拉第效应。对于给定的介质，振动面的转角与介质的长度L及磁场强度H成正比，即=VHL其中，比例系数v叫做费尔德(Verdet)常数，由介质和光波波长决定。磁致旋光效应的旋转
(完整)高功率脉冲电源
HK系列高功率脉冲电源 一．概述 所谓高功率并不是指电源的输出功率大，而是指将低功率存贮压缩后，在瞬间释放出大能量脉冲。该项技术主要是用在具有激发性质的负载上，用以在瞬间获得更高的激发效果。由于功率在存储期间不消耗能量，因此电源效率得到大大增强，电能利用率比传统电源高1个甚至几个量级，负载上几乎不会产生热量损耗。由于实现原理复杂，对原器件要求苛刻等原因，目前国内几乎没有商业化产品，只限在大功率微波源、激光器、电磁轨道炮、电子对撞机等军事科技领域。但小型化产品已经开始出现在相关院校和各种实验室中。我们就是在这种情况下开发出类似功能的实用化脉冲电源。所谓类似是因为我们采用的是前级压缩技术，用压缩后的脉冲驱动功率元件，比直接末级压缩仍有一定的差距，因为末级压缩技术需要更高地研发成本。还有就是我们针对的应用对象不具备那样高的价值。当然与传统电源相比它仍然具有很高的效率，各项指标超过1倍以上。仍属于高功率电源范畴。 二．电路组成 1、处理器 微处理器是采用意法半导体（ST）公司生产的STM32F系列Cortex-M3内核的32位产品。处理器主用来产生基准时钟频率 和各种信号的采集和运算。根据采集到的各种包括键盘输入、运行中的电压、电流、频率、占空比、主元件运行中的温度等信号，
判断电源的工作状态，根据运算结果指挥整个电路完成保护、跟踪调整等工作，并将结果显示在控制面板上。 2、控制电路 控制电路通过两个控制面板完成对电源的控制和参数读取。主控制面板包括5个按键，分别是占空比+、占空比-、频率+、频率-和频率位选择。分别用来调整占空比和频率，其中频率位选择是用来选择调整个位、十位、百位、千位或万位的哪一位来调整，以节约调整时间。副控制面板包括上下两个翻页，分别用来翻阅运行中的电流、电压、有功功率、无功功率、视在功率等运行参数。 3、显示电路 显示电路通过2个显示面板来显示运行中的参数。主显示面板用来显示运行频率和占空比、副显示面板用来显示运行中的电气参数。 4、整流电路 整流电路是由大功率半导体整流模块组成，把三相交流电变换成直流电，并由电力滤波电容进行滤波，以保证功率输出电路正常工作。 5、脉冲压缩电路 脉冲压缩电路是采用微分电路对从CPU经过分频后得到的 脉冲信号进行压缩整形，得到理想的信号前沿，保证信号质量。 6、驱动电路
(完整)高压大功率脉冲电源的设计
1．绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC／Dc开关电源、DC／DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1．1所示。 图1．1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其