脉冲功率技术

脉冲功率技术

摘要：脉冲功率技术是以较慢的速度将能量储藏在电容器中或者电感线圈中，然后将此电场能获磁场能迅速的释放出来，产生幅值极高的，但持续时间极端的脉冲电压及脉冲电流，从而导致极高功率的脉冲。

关键词：脉冲功率，储能技术

引言：脉冲功率技术中的储能技术包括惯性储能，电容储能，电感储能

一.、脉冲功率技术的发展

脉冲功率技术正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。但是, 一方面由于当时客观要求并不迫切；另一方面, 这样快的脉冲放电, 无论在产生技术上, 或者在测量技术上都存在着一定的困难。因此, 其后十多年,这种技术发展并不迅速。六十年代初期, 由于闪光辐射照相和瞬时辐射效应研究的需要, 英国原子能武器研究中心的J.C.马丁所领导的研究小组，开拓了称之为脉冲功率加速器的研究领域, 使毫微秒级脉冲功率技术往前推进了一步。同时, 一些科学技术在发展中受到障碍, 急需找寻新的途径。以微波和激光的发展为例, 利用速调管、行波管等原理去产生大功率高效率毫米或亚毫米微波已经不可能。利用一般方法产生大功率、高效率、波长可调的激光束也不可能。正当人们探索和寻找新的解决途径的时候, 他们发现脉冲功率技术是解决这些问题的良好途径。为此, 美国许多单位, 为桑地亚实验室、物理国际公司、海军研究实验室、康乃尔大学、加利福尼亚大学和斯坦福大学等单位, 对脉冲功

率技术及其在各方面的应用, 开始了研究和发展工作。这种技术的应用包括：电子及离子加速、核聚变、微波装臵、激光（特别是大功率放电激光）、电磁脉冲、闪光辐射照相、瞬时辐射效应和各种各样的工业应用。

脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量, 并将大能量和大功率有效地传输到负载上。不断提高的能量、功率上升时间和平顶度、重复率、稳定性和寿命的要求, 给脉冲功率技术提出了一系列的科学技术问题, 诸如：能量的储存, 能量和功率的传输, 脉冲的形成和压缩, 开关技术, 绝缘特性, 磁绝缘传输线, 二极管和有关诊断技术等。由于军事、科学实验和工业上的需要, 脉冲功率技术已经发展到相当高的水平。

脉冲功率技术经过半个多世纪的发展, 已经从高新技术、国防科研领域逐渐向工业、民用领域延伸。作为当代高新技术领域的重要组成部分, 它的发展和应用与其他学科的发展有着密切的关系。分析当前脉冲功率技术的发展趋势, 可以概括为以下几个方面:

(1)由单次脉冲向重复的高平均功率脉冲发展。过去脉冲功率技术主要为国防科研服务, 并且大多是单次运行, 而工业、民用的脉冲功率技术要求一定的平均功率, 必须重复频率工作。

(2)储能技术——研制高储能密度的电源。在很多应用场合下, 脉冲功率系统的体积和重量的大小是决定性因素, 如飞机探测水下物体技术、舰载电磁炮等, 都要求产生很大的脉冲功率, 而且系统又不能过于庞大和笨重。因此, 高储能密度的脉冲功率发生器的研制是当前主要的研究课题之一。

(3)开关技术——探讨新的大功率开关和研制高重复频率开关。开关元件的参数直接影响整个脉冲功率系统的性能, 是脉冲功率技术中一个重要的关键技术。美

国空军武器科学家认为, 目前大功率开关技术包括以下几个方面: 短脉冲技术、同步技术、高重复频率技术、长寿命技术, 而难点在于大功率、长寿命和高重复频率的开关技术。因此, 具有耐高电压强电流、击穿时延短且分散性小、电感和电阻小、电极烧毁少以及能在重复的脉冲下稳定工作的各种类型开关元件的研制, 是当前国内外脉冲功率技术中又一个十分受重视的研究课题。

(4) 积极开辟新的应用领域。如前所述, 脉冲功率技术在核物理、加速器、激光、电磁发射等领域已得到日益广泛的应用。近年来, 脉冲功率技术在半导体集成电路、化工、环境工程、医疗等领域的应用研究, 已引起各界的广泛重视, 而且在某些应用研究中, 已取得了可喜的进展。凭借成功应用的经验, 脉冲功率技术将更多地应用于民用技术方面, 民用是一个巨大的市场, 而市场的推动又必将给脉冲功率技术的发展带来新的生机。

作为当代高新技术研究的重要技术基础之一, 脉冲功率技术的发展和应用与其他学科的发展有着密切的联系。随着研究的不断深入, 储能技术、功率开关技术、脉冲大电流的测量技术方面必将取得更大的发展, 而且这些研究成果将越来越多地转化到生产应用领域。总之, 脉冲功率技术已经在科学研究、国防工业以及工业、民用等众多领域有着极为重要的应用。脉冲功率技术是当前比较活跃的一门前沿科学技术, 它是高新技术研究的重要技术基础之一, 有着非常广泛的发展和应用前景。

二、脉冲功率技术的储能技术

●高能量密度

●高娜压强度

●高放电电流

●长存储时间

●高充电与放电效率

●高功率倍增

●高重复频率和长使用寿命

●低成本

脉冲功率技术的储能方法有：电容储能；电感储能；机械储能；化学能储能等2.1惯性储能

惯性储能是依靠物体运动来储存能量的方法。

储存在旋转机械和飞轮中的动能是旋转机械能，不仅储能密度高，而且提取方便。一般使用较小功率的拖动机构，以相对长的时间把一定质量的转子或飞轮慢慢地加速使其转动起来，使其储存足够的动能，然后利用其转动惯性脉冲地驱动合适地发电设备，把机械能转变成电磁能。

惯性储能优点是储能密度高，结构紧凑，体积小，成本低，可移动。惯性储能应用于：近代同步加速器，托卡马克聚变装臵，等离子体θ箍缩，大型风洞装臵，大截面金属对头焊接，加热钢坯，泵浦大功率激光，作重复发射的粒子束武器的电源和电磁发射器的电源，烧结金属粉末，电磁喷涂，模拟地震脉冲，脉冲金属成型等。常用惯性储能设备有换向直流脉冲发电机，单极脉冲发电机，同步发电机，补偿脉冲发电机。

2.1.1直流发电机

直流发电机由激磁磁场，转子电枢和端部换向器组成，从电刷引出直流电压。为了获得更高能量的脉冲，应当使用飞轮惯性储能。发电机转子和更大质量的飞轮常用异步机拖动，使它们逐渐储存大量的动能。当达到额定转速后，再向发电机

提供激磁电流以建立激磁磁场，于是发电机便产生空载电压。使电动机与电网脱离，同时接通外电路负载，负载便获得电流。发电机开始减速，储存于转子和飞轮中的机械能被脉冲地转变成电磁能，完成一个脉冲的工作。发电机在空载启动和加速飞轮过程中必须切断激磁绕组。直流发电机可以单台独立运行，也可多台串并联运行。

2.1.2单极脉冲发电机（HPG）

通常所说的HPG储能，是指HPG转子惯性储存的动能，由于HPG使用的转子即是储能体又是感应电势所用的单匝线圈，所以HPG的输出电压较低，一般在几十伏到几百伏之间。由于HPG的内阻较低（<10u?），弥补了电压低的缺点。HPG特别适合作脉冲电源用，特别是所需的储能达几十至几百兆焦耳时。HPG 所用的激磁的场线圈异常简单，且转子无绕组，所以转子很快能被加速到高速度，并且能以毫秒时间把惯性储存的动能转变成电能。恒流激磁时，HPG可以被看成一个大容量低压等效电容Cef。这个等效电容很大，可以达几千法拉。为了有效地传递能量，HPG与电感负载配合将不方便。

Cef=2EkU2 ,

Ek是存储在转子中的动能。

Cef=2EkU2 =4π2JΦ2=2πρ?B2 ，

ρ转子的材料密度，h是转子的厚度。

减小Cef，可能通过改变相关参量（ρ,h,B），但要考虑相应的制约因素。

第一，过分减小转子材料密度，难于保障转子的机械强度和电导率。此外，如果使用非铁磁材料时，ρ减小将导致激磁的场线圈和电源的成本提高。

第二，不能使h太小，转子太薄将引起转子振动，并且电磁力可能损坏转子，而

且由于储能成本几乎与转子厚度和直径之比成反比，所以减小h将使储能成本增大。

第三，磁感应强度Ｂ的增大受磁轭的磁饱和限制，过分加大Ｂ将使场线圈和它的电源成本增加。

减小等效电容的有效办法。采用HPG本身给它的场线圈供电的自激式HPG，此时的场线圈即起激磁作用又起电感储能器作用。将若干个HPG串联使用，尤其在相邻的转子共用一个激磁线圈时，效果更好。它不仅能使等效电容变小，而且还能提高输出电压。

自激HPG的工作过程：转子被电动机（或其它原动机）驱动而旋转，当转子达到额定转速后，使转子脱离驱动电机以惯性转动。首先启动外部电路或利用电感储能线圈的剩磁提供少量磁通，转子切割此磁通，同时用驱动器接入电刷，与电感线圈串联的电路便获得电流，这个电流产生的磁场再激励HPG，使转子和电感线圈的电流迅速增大起来。当电感线圈电流达到额定值后，使断路开关断开，以高压把能量传递给外负载。

2.2电容储能

电容储能是以电场方式进行储能的。高压脉冲电容器,内感尽可能地小，能够多次重复短路放电。双电层电容器储能密度达30kJ/kg 。在使用电容器作为储能元件时，可以将电容器串并联，或者蓄电池与电容器组合使用。以电容器作为储能元件的应用有经典marx发生器，新型marx发生器（高效能，电感隔离型），L-C倍压器等。

2.2.1电容器组放电

电容器组脉冲放电装臵非常简单，但用途却非常广泛。受控热核聚变，等离子体

箍缩，等离子体焦点，脉冲强磁场，电磁推进，电爆炸导体，电磁成形，电磁冲击模拟，液电爆炸，飞行器除冰等。

电容器放电时，脉冲电流的幅值Im均与电容储能W和电感值有关。若增大Im，减小电感L，增大电压U0或增大电容C。回路电流幅值Im与放电回路电阻R 有关。R减小，可以使U0/R增大。电流上升率与电感大小有关，Ldi/dt=U0。

2.2.2电容器组放电技术要点

减小回路电感。如果满足脉冲功率技术中电流上升陡度大的要求，应当减小回路电感。在应用中选用低感电容器，在结构上采取合理措施。电容器并联时，圆形对称排列，引线电缆长度相等。同时要考虑电动力作用。由于运行电流可达100MA，在导线间产生极向的电动力。这种力随导线间距离的减小而增大，但距离减小时电感也减小。在这个矛盾下，首先应当满足减少回路电感的要求，然后再考虑加固导线的机械强度防止物电动力的破坏。传输线的设计也要注意以下几个原则：

●较小的电感和电阻，或较低的波阻抗

●承受较大的电动力

●连接点有很好的接触，以减少接触电阻

●足够的绝缘强度

2.3电感储能

电感储能是以磁场方式进行储能的。电感储能技术在现代科学技术领域中，如等离子体物理、受控核聚变、电磁推进、重复脉冲的大功率激光器、高功率雷达、强流带电粒子束的产生及强脉冲电磁辐射等领域，都有极为重要的应用。

2.3.1电感储能的缺点

向负载转换能量需要大容量的断路开关，并且开关动作要快，工作可靠和寿命较长。断路开关技术是决定电感储能技术能否发展的因素之一。

单级电感储能装臵向负载馈电的能量转换效率低，对电感负载最大不超过25%。虽然多极电感储能可提高效率，但使电路和设备复杂性，导致体积庞大和造价升高。

结论

本文介绍了脉冲功率技术的发展历史及发展现状。作为当代高新技术研究的重要技术基础之一，脉冲功率技术的发展和应用与其他学科的发展有着密切的联系。随着研究的不断深入，储能技术、功率开关技术、脉冲大电流的测量技术方面必将取得更大的发展，而且这些研究成果将越来越多地转化到生产应用领域。本文着重介绍了脉冲功率技术中的储能技术惯性储能储能密度高，体积小，可移动，但维护比较繁琐。电容储能应用的关键技术是开关技术，限制了其应用。电感储能能量不易保存，能量耗费大，超导技术技术复杂，实现比较困难。

总之，脉冲功率技术已经在科学研究、国防工业以及工业、民用等众多领域有着极为重要的应用。脉冲功率技术是当前比较活跃的一门前沿科学技术，它是高新技术研究的重要技术基础之一，有着非常广泛的发展和应用前景。

参考文献

[1]王莹.高功率脉冲电源[M].北京：原子能出版社，1991

[2]郑建毅，何闻. 脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述[J].机电工程，2008，4，Vol25，No.4

[3]陈首类，范方吼，吴弘，李丁九.脉冲功率技术及其应用[J].CNKI,2004

脉冲功率技术

脉冲功率技术 摘要：脉冲功率技术是以较慢的速度将能量储藏在电容器中或者电感线圈中，然后将此电场能获磁场能迅速的释放出来，产生幅值极高的，但持续时间极端的脉冲电压及脉冲电流，从而导致极高功率的脉冲。 关键词：脉冲功率，储能技术 引言：脉冲功率技术中的储能技术包括惯性储能，电容储能，电感储能 一.、脉冲功率技术的发展 脉冲功率技术正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。但是, 一方面由于当时客观要求并不迫切；另一方面, 这样快的脉冲放电, 无论在产生技术上, 或者在测量技术上都存在着一定的困难。因此, 其后十多年,这种技术发展并不迅速。六十年代初期, 由于闪光辐射照相和瞬时辐射效应研究的需要, 英国原子能武器研究中心的J.C.马丁所领导的研究小组，开拓了称之为脉冲功率加速器的研究领域, 使毫微秒级脉冲功率技术往前推进了一步。同时, 一些科学技术在发展中受到障碍, 急需找寻新的途径。以微波和激光的发展为例, 利用速调管、行波管等原理去产生大功率高效率毫米或亚毫米微波已经不可能。利用一般方法产生大功率、高效率、波长可调的激光束也不可能。正当人们探索和寻找新的解决途径的时候, 他们发现脉冲功率技术是解决这些问题的良好途径。为此, 美国许多单位, 为桑地亚实验室、物理国际公司、海军研究实验室、康乃尔大学、加利福尼亚大学和斯坦福大学等单位, 对脉冲功

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，

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

高功率脉冲激光应用

高功率脉冲激光应用 High peak power, low power consumption and compact package 峰值功率高，功耗低，紧密封装 Mining, Civil Engineering, Manufacturing, Forest Management, Underwater Topography, … require long range 3D laser scanning and with the most advanced lasers. Keopsys’s KULT (Ultra compact Laser Transmitter) series are the world's most used laser in 3D scanning applications. 采矿、土木工程、制造、森林管理、水下地形等需要远程三维激光扫描和最先进的激光器。Keopsys KULT(超紧凑型激光发射机)系列是世界上使用最多的三维激光扫描设备。 The KULT series, pulsed fiber lasers, cover the major eye safe wavelengths 1,5μm and 2μm but also 532nm and 1μm for specific applications. The KULT lasers provide high energy per pulse in an extremely compact package, making them the preferred lasers in many 3D scanning systems. KULT系列脉冲光纤激光器覆盖主要的人眼安全波长1.5μm、2μm以及532 nm和1μm，用于特定应用场合。KULT激光器在极其紧凑封装的条件下能提供高能量脉冲,使其成为三维激光扫描系统的首选。 In terms of high peak power, power consumption and compact package, KEOPSYS has one of the best offers on the market. We have developed very strong partnership with the leading manufacturers of 3D scanning systems. Our experienced and highly educated team will work with you to design custom solutions for your next generation scanner. 在高峰值功率、低功耗、紧凑封装方面，KEOPSYS拥有市场上最好的产品之一。我们已经和领先的三维扫描系统制造商建立了强力合作关系。我们的经验和高精尖团队将与您合作，为您的下一代扫描设备制定解决方案。 Telemetry for environmental and industrial surveys Range-Finding and Speed sensing for collission avoidance

脉冲陡化技术研究

研究生（脉冲功率）报告题目：脉冲陡化技术 学号T201289940 姓名肖旋 院（系、所）研究生院

脉冲陡化技术研究 摘要 在脉冲功率技术的应用中常常需要使用到快前沿的陡脉冲，如多路MARX发生器的同步触发，开关电路同步，触发电路的极速响应等。在脉冲功率技术领域，这种快前沿的脉冲具有功率高，输入快速的优良特性，也是脉冲功率的一个发展方向。理论上来讲，脉冲电压越高，前沿陡化就越难以实现。实际应用中，往往需要将10微秒量级的脉冲陡化到10纳秒量级甚至于数纳秒量级，而放电电流往往是很大的，这种高电流陡度往往使一般的元器件难于承受。基于这些问题，本文对几种形式的脉冲陡化电路的原理和应用进行了对比，也总结了一般的脉冲陡化电路的应用场合。 关键词：前沿；脉冲陡化；同步；仿真分析 Abstract In the application of pulsed-power technology，fast risetime tigger signal is always a regular.For example, Multiple MARX generator trigger synchronous, synchronous switch circuit，fast response of trigger circuit.In the domain of pulsed-power technology, fast risetime tigger signal have the characteristics of high power ,excellent input,and it has become an important direction of pulsed-power’s development. Theore- tically, the higher the pulse voltage is, the more difficult to achieve fast risetime. In practical application, it is often nesessary to sharp 10 micro seconds magnitude of pulse to 10 nanosecond level even a number nano second level,but the current of discharging is very big, This kind of high current gradient often make general components are difficult to bear. Based on these problems,in this paper, the simulation and comparison of several forms of pulse sharping circuit principle and application are made,and the general pulse sharping circuit applications is summarized. Keywords:Risetime;Pulse SharPening; Synchronous;Simulation

脉冲功率技术

华中科技大学研究生课程考试答题本 考生姓名李猛虎 考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士 考试科目脉冲功率技术 考试日期 2013年12月15日

脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高的功率，实质上是输出功率对输入功率的放大。脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。 脉冲功率技术，是以电气科学技术为基础，把电工新技术和高电压－大电流技术融为一体的新型学科。脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。 脉冲功率的发展历程 脉冲放电现象存在于大自然。人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线；1939年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。第二次世界大战期间，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式，把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在纳秒脉冲放电方面取得了突破。1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉冲技术的新纪元。1986年建成PBFA-II 装置，其峰值电压为12MV、电流8.4MA、脉宽40ns，其二极管束能为4.3MJ，脉冲功率1014W，是世界上第一台功率闯过100TW 大关的脉冲功率装置。 美国和俄罗斯目前在脉冲功率技术上处于领先地位。美国从事脉冲功率技术研究的机构有Sandia国家实验室、Lawrence Livermore国家实验室、Maxwell实验室、Los Alamos科学实验室、海军武器研究中心、Texas技术大学等。1967年在Sandia 实验室建成的Hermes2I 为当时最大的脉冲功率装置；1972年美国陆军的Hary Diamond实验室建成了Aurora装置，这个设备由4台Marx发生器组成，是脉冲功率史上的一个里程碑；1986年Sandia实验室又建成了FBFA2II，是世界上第1个闯过100TW 大关的装置。俄罗斯从事脉冲功率技术研究的机构有库尔恰托夫研究所、新西伯利亚核物理所、托姆斯科大电流电子学研究所、电物理装备所、列别捷夫所等, 建造了许多大型的Marx成形线型联合装置,1985 年建成的AHrapa25就是其中之一。日本的脉冲功率技术主要应用于强流粒子束加速器，特别重视轻离子的惯性约束聚变。从事脉冲功率技术研究的机构有东京大学、熊本大学、大阪大学、长岗技术大学等, 较著名的装置有大阪大学的Raiden2IV和1986年长岗技术大学建成ETIGO 2II。

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

环境工程领域的脉冲功率技术应用

环境工程领域的脉冲功率技术应用 脉冲功率技术在我国高新技术发展中有着重要的应用,同时其应用范围也在不断地扩展,在民用部门、手工业、环境保护等领域都有着广泛的应用,并随着科学技术的发展对其的应用技术也在不断成熟。随着生活水平和经济水平的上升,环境问题逐渐成为了众多人关注的焦点,对环境工程领域中的技术应用也提出了更高的要求。 一、脉冲功率技术简述 1.脉冲功率技术在我国的发展 在国际上对脉冲功率技术的研究是开始于二十世纪三十年代的,到六十年代,该技术就成为了一个独立的发展学科,之后美国、日本、俄罗斯等国家都对该技术开始了深入研究。在我国,对脉冲功率的研究是开始于二十世纪七十年代末的,我国对它的研究是开始于“高功率电子束发器的研究”,“1979年北京高能物理所建成了当时我国最大的强流脉冲电子束加速器闪光—I,应用于射线模拟源”,随之而来的是对脉冲功率技术研究的高潮,层出不穷的强流脉冲电子加速器逐渐建成,进而为我国当时高新技术的研究,如准分子激光、集体离子加速、闪光射线照相、电磁轨道炮以及高功率微波等提供了很好的研究条件。脉冲功率技术发展 (1)脉冲功率装置 通常来讲,脉冲功率的装置包括以下几个部分,如图所示: 图一:脉冲功率装置图示

(2)高功率脉冲发展方向 当前,高功率脉冲的主要发展方向有以下几方面,第一,元件储能密度还需要提高。随着电容制造技术的提高以及分子工程技术的广泛应用,为储能元件储能密度的提高提供了发展条件,同时脉冲电容器储能空间也能够得到一定提升,这就有利于缓解大体积、大重量给脉冲功率系统带来的不良影响。根据不同器件电气强度极限值不同,其要求的储能密度也是不同的。但是,无论密度要求如何,电容的储能密度要远远低于电感储能密度,所以,不仅在我国,在国际上对这种电感储能高功率脉冲电源的研究也非常重视。第二、发展重复高功率脉冲。原来我国应用多是单次的脉冲功率技术,这种技术主要是为我国国防科学研究提供服务,应用范围与社会发展的要求产生了不可避免的矛盾,所以,为了适应民用、工业以及新兴领域对脉冲功率的要求,必须要发展重复频率高且具有平均功率的脉冲功率技术。第三、高频、大功率开关技术的研究。开关元件的相关参数对脉冲功率系统的整体都存在着一定的影响,这也决定了开关元件技术是脉冲功率技术中重点技术之一。随着社会科技的发展以及应用要求的提高,同时,大功率全控型的产品器件被大量生产并且产品化,为开关技术的发展研究提供了可靠的器件基础,为此“高重复率脉冲电源转换开关和开关的串联均压技术被大量使用在脉冲电源中,并取得了较为理想的结果”。第四,脉冲电源多元化发展。脉冲功率应用范围的扩展给脉冲电源的技术标准提出了更高的要求,所以在未来的研究中要加大对脉冲电源多元化的发展,比如低成本化、小型化、多样化等。第五,脉冲功率电源

(整理)高功率脉冲电源

高功率脉冲电源 学院（系）：电气工程学院班级：1113班 学生姓名：高玲 学号：21113043 大连理工大学 Dalian University of Technology

1分类及结构原理 高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。‘ 如图1所示。高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。 图1. 高功率脉冲电源组成框图 脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。 (1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。 (2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。 (3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。 脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。如表1所示。 (1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。 (2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。 (3)机械储能具有储能密度高、结构紧凑、易做成移动式，且提取十分方便等优点，因此也得到了广泛的应用。目前，其主要的应用领域有：近代同步加速器、托卡马克热核装置、等离子体。箍缩、大型风洞装置、大截面金属对头焊接等。

高功率脉冲磁控溅射技术的特点及其研究

高功率脉冲磁控溅射技术的特点及其研究班级：机械工程学院材料1301班学号：0335******* 作者：程乾坤摘要：本论文主要介绍高功率脉冲磁控溅射技术的主要特点以及目前的研究状况和未来的发展方向。简介该技术到目前为止世界范围内的进展和发展历程，作者对该技术到目前为止的发展分析以及对该技术所作的一些想法。 关键词：高功率磁控脉冲、离化率、薄膜性能 一、高功率脉冲磁控溅射技术的介绍 磁控溅射（HIPIMS）是在溅射的基础上，运用靶板材料自身的电场与磁场的相互电磁交互作用，在靶板附近添加磁场，使得二次电离出更多的离子，增加溅射效率。这种技术应用于材料镀膜。其中高功率脉冲磁控溅射（high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) 或 high-power pulsed magnetron sputtering (HPPMS)）近来使用较为普遍。磁控溅射的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。在溅射粒子中，中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜，而产生的二次电子会受到电场和磁场作用，产生E（电场）×B（磁场）所指的方向漂移，简称E×B漂移，其运动轨迹近似于一条摆线。若为环形磁场，则电子就以近似摆线形式在靶表面做圆周运动，它们的运动路径不仅很长，而且被束缚在靠近靶表面的等离子体区域内，并且在该区域中电离出大量的Ar 来轰击靶材，从而实现了高的沉积速率。随着碰撞次数的增加，二次电子的能量消耗殆尽，逐渐远离靶表面，并在电场E的作用下最终沉积在基片上。由于该电子的能量很低，传递给基片的能量很小，致使基片温升较低。磁控溅射是入射粒子和靶的碰撞过程。入射粒子在靶中经历复杂的散射过程，和靶原子碰撞，把部分动量传给靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成级联过程。在这种级联过程中某些表面附近的靶原子获得向外运动的足够动量，离开靶被溅射出来。高功率磁控溅射是著名已故俄罗斯科学家Vladimir Kouzentsov开发并且拥有专利的一种脉冲物理气象沉积（PVD）的方法。它的主要特点是离化率高，堆积致密，镀膜性能好。高功率，顾名思义，是用非常高的电压产生的脉冲撞击靶材表面而使得靶材离化率大幅增加的技术，但是发射高功率脉冲是对电极的一个考验，所以，这种高功率的发射不是连续的，而是在电极的可承受范围内断续而高频的发射，这种方法既增加了靶材的离化率，又相对延长了电极的使用寿命。由于击中基体的带正电荷的粒子能量和方向均受到施加于基体的负电压（偏压）的有利影响，因此，高的靶材金属离化率相对于传统方法，使涂层结构和特点上得到了改进。1 二、截止目前的发展及研究 1999年，瑞典的V,Kouznetsov及其团队[1]首次采用高功率磁控脉冲作为磁控溅射的供电模式，提出了HPPMS的方法，并沉积了Cu薄膜，相对于普通的直流溅射，HPPMS获得高的CU离化率，膜层高致密度，高的靶材利用率，均匀的厚度[2]。这时有很多做磁控溅射研究的学者开始关注这一研究方向，并且在试验中将这种设备逐渐完善。其中主要包括改进磁控放电的稳定性和改变脉冲结构增加沉积率两个方面。高功率脉冲磁控溅射技术(HPPMS)由于能够产生较高的离化率而受到人们的重视。为了提高离化率/沉积速率协同效应,基于直流和脉冲耦合叠加技术我们研制了高功率密度复合脉冲磁控溅射电源,并对高功率复合 脉冲磁控溅射放电特性进行研究。结果表明脉冲峰值电流随脉冲电压的增加而增加,但随着脉冲宽度的增加而减小。在高功率脉冲期间工件上获得的电流可以增加一个数量级以上,表明磁控离化率得到显著增强。[3]此外，国内的一些学者研究出了复合高功率脉冲磁控溅射，

高功率脉冲磁控溅射电源的研制_王洪国

高功率脉冲磁控溅射电源的研制 王洪国 陈庆川* 韩大凯 尹 星 许泽金 沈丽茹 金凡亚 (核工业西南物理研究院 成都 610041) Novel Type of Power Supply for High -Power Pulsed Magnetron Spu ttering Wang Hangguo,Chen Qingchuan *,Han Dakai,Yin Xing,Xu Zejin,Shen Liru,Jin Fanya (Southweste rn Institute o f Ph ysics ,Chen gdu 610054,China) Abstract A novel type of power supply was developed for the high -po wer pulsed magnetron sputtering reactor (HPP MS).The newly -developed power supply is capable of generating high pulsed voltage and large current,making it possible to realize high ionization rate of the reactor.The dedicated power supply c onsists of two major parts:one is the charging po wer supply,and the other is a chopping circuit.The influence of the large current on the overshoot voltage of the insulated gate bipolar transistor was evaluated.We found that the overshoot voltage can be effectively reduced with the RCD absorbing and free wheeling circuit.The Ti films were deposited with the lab -built power supply.The results sho w that the fairly reliable po wer supply works well in depositing the high quality,smooth,compact and uniform Ti films. Keywords HPPMS,Po wer supply,Plamsa discharge,Ti films 摘要 高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)因其高离化率而得到广泛关注。高压大电流脉冲电源是实现该技术的重要环节之 一。本论文介绍了一种HPPMS 电源,该电源由充电电源、斩波输出两部分组成,给出了主电路框图。分析了大电流对斩波开关过电压的影响,采用RC 吸收和续流有效地抑制了电压过冲,用所研制的电源进行HPPMS 镀膜试验,结果表明电源运行稳定可靠,制备的薄膜表面清洁、致密,其平均表面粗糙度很低。可以预见HPPMS 技术将会促进镀膜技术的发展。 关键词 高功率脉冲磁控溅射 电源 等离子体放电 Ti 膜 中图分类号:TN86 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-7126.2013.02.14 磁控溅射技术广泛用于薄膜制备领域,可以制备工业上所需的超硬薄膜、耐腐蚀、耐磨擦薄膜、超导薄膜、磁性薄膜、光学薄膜以及各种具有特殊性能的膜。但传统的磁控溅射技术溅射金属大多以原子态存在,金属离化率低,可控性差,沉积薄膜的质量和性能较难优化。近年来发展的高功率磁控溅射技术,它的峰值功率可以比普通磁控溅射高两个数量级,金属离子离化率可达70%以上,某种程度上,高功率脉冲磁控溅射(HPP MS)集中了传统溅射和电弧的优点,与现存的提高离化率的手段相比,不需要新装置,只需在原有的系统上增加一台脉冲电源[1-2] 。 目前,HPPMS 电源的研制尚处于起步阶段,为 此作者研制了峰值功率达300kW 的HPP MS 电源,采用绝缘栅双极型晶体管(IGB T)逆变技术、IGB T 斩波技术、具有高峰值功率、高效率、小型化等特点。 并用所研制的电源进行HPPMS 镀膜试验,显示了良好的特性。 1 电源研制 HPPMS 电源由充电电源、斩波输出单元等组成,具备连续可调的稳压、过流、过热、打火保护功能。设计电源为恒压模式,脉冲峰值电压为-500~-1500V,电流为10~200A,脉宽30~150L s,频率为10~400Hz 。电源结构如图图1所示。直流电源在脉冲间歇期给电容充电,在脉冲工作时,由电容C s 向等离子体负载放电。111 充电电源 充电电源为负高压电源,采用全桥逆变技术,大大减小了电源体积、重量,提高了效率。其典型结构如图2所示。图中的整流电路经电容C 1滤波后得 收稿日期:2012-02-14 *联系人:Tel:(028)82820927;E -mail:1064213358@https://www.wendangku.net/doc/173380646.html, 168 真 空 科 学 与 技 术 学 报C HINESE JOURNAL OF VACUUM SCIE NCE AND TECHNOLOGY 第33卷 第2期 2013年2月

高功率脉冲电源word版

高功率脉冲电源 学院（系）：电气工程学院 班级： 1113班 学生姓名：高玲 学号： 21113043 大连理工大学 Dalian University of Technology

1分类及结构原理 高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。‘ 如图1所示。高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。 图1. 高功率脉冲电源组成框图 脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。 (1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。 (2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。 (3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。 脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。如表1所示。 (1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。 (2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。 (3)机械储能具有储能密度高、结构紧凑、易做成移动式，且提取十分方便等优点，因此也得到了广泛的应用。目前，其主要的应用领域有：近代同步加速器、托卡马克热核装置、等离子体。箍缩、大型风洞装置、大截面金属对头焊接等。

电脉冲增产技术

电脉冲增产技术-高聚能电爆震 电爆震发展状况 电爆震技术是采用电脉冲产生水锤效应作用于油层的一种纯物理方法。 国际发展状况： 美国于上世纪70年代便开展了电脉冲采油技术的研究，但未见有产品报道。 前苏联于1975年开展电脉冲采油技术工作,并取得较好的应用效果,某些油田还将该技术作为修井过程的常规手段。 俄罗斯和乌克兰均有产品出售(国内也有引进),其最大储能<1.5kJ 国内发展状况： 主要有井下储能式和陆地储能式两种。 井下储能式能量和功率偏小，陆地储能式设备复杂、庞大，不方便携带。 中科院电工所从1986年开始进行电脉冲采油技术的研究工作。 地矿部物化探所,清华大学,西安交通大学、河南油田等也相继开展过类似的研究工作,并取得了较好的试验效果。 ?.各单位的样机仅仅有进行过不多于20口油 井实验的报道。 ?. 未见到各单位产品的中等规模作业（单台设 备150口油井以上的作业量）的报道。 ?. 尚未发现设备在大量作业中的问题。 ?. 产品在参数选取上尚不够先进，基本上参照 了俄、乌两国的设备参数，适用作业油井的范 围小。 ?. 河南油田进行了大量的基础性研究。 ◆.进口俄、乌两国的设备在使用上有不配套的 问题。 ◆.进口设备的耗材供应和设备维护困难。 ◆.进口设备至少在技术服务上跟不上。 ◆.使用进口俄、乌两国的设备也未见大量作业 的报道。 ◆.进口设备的指标和参数并不先进。 电爆震的组成和工作原理 ◆地面电源控制柜 ◆.高压直流电源 ◆.高聚能电容器 ◆.能量控制开关 ◆.能量转换开关 整套设备分为地面部分和井下部分。高压直流电源、高聚能电容器、能量控制开关和能量转换开关组装成井下部分。电缆车送井下部分到油层位置并连接 地面电源控制柜 ?.地面电源控制柜将井场220V工频电源经整流再逆变成 600V、1000HZ中频电源。 ?.由射孔电缆车将中频电源送给井下中频升压变压器 ?.高压硅堆将中频变压器的输出再整流成30kV 直流高压。 ?.直流高压经厄流圈给高聚能电容器充电。 ?.待高聚能电容器充电到能量控制开关的工作阈值时，能量 控制开关导通，传递电容器中的储能给能量转换开关。 ?.能量转换开关将电容器中电能转换成液体中的机械能（冲 击波能量） 电爆震的技术基础 ◆高聚能电爆震的技术基础是脉冲功率技术 ◆.脉冲功率技术是在瞬间获得高功率的一门专 项技术 ◆.脉冲功率技术是当代高新技术的基础学科之 一 ◆.脉冲功率技术主要应用于国防高科技领域 ◆.通过不同的物理原理可以将高功率电脉冲转 换为电子束 能、激光能量、微波能量、热能、等离子体能量 ◆.电爆震将高功率电能转换为机械能作用于油 层 电爆震的技术原理－液电效应 ?在高压强电场作用下，液体中的电极会发射电子， 电离电极附近的液体分子。 ?.电极发射的电子和液体中被电离出的电子被电极间 强电场加速电离出更多的电子。 ?.在液体分子被电离的区域形成等离子体通道。 ?.随着电离区域的扩展，在电极间形成放电通道，液体被击穿。 电爆震的作用机理 脉冲放电功率可达MW量级，产生的冲击波速度达1000～4000m/s 冲击波产生的压力 冲击波是一个包含许多频率的宽带脉冲波，其能量密度很高，高频部分形成陡峭的波阵面 陡峭的波阵面与近井地带的油层相互作用后，衰减为“二次脉冲”低频声波，向介质发射新的应力波 1

(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

脉冲功率技术在废气处理的应用调研

脉冲功率技术在废气处理的应用调研 前言 脉冲功率技术是一个研究在相对较长的时间里把能量储存起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴科技领域。经过几十年的技术进步，脉冲功率在电路理论、和器件水平上都取得了巨大的进展。 近年来，等离子体物理、高压技术等高新科技在发展的过程中与脉冲功率技术相互结合，开拓了很多新的应用领域：（1）在材料科学领域，可应用于等离子体浸入离子注入、脉冲电子束表面改性、电爆金属丝等；（2）在医疗和生物领域，可利用脉冲电场进行杀菌消毒、癌症治疗；（3）在光源领域，脉冲气体激光和脉冲极紫外光源都有着广阔的前景；在加速器领域，高能粒子加速器的工作更是直接建立在多个高压脉冲调制器的基础之上。 此外，在面对全球工业化带来的严重环境问题时，传统的污染治理方法存在着处理效率低、能耗高、二次污染等缺陷，将脉冲功率技术结合气体放电产生低温等离子体的方法有着操作简单、低耗节能、处理效率高、无二次污染等巨大优势，因此在废气处理和废水处理领域都有着广泛的应用，对环境治理的施行指出了一个新的方向。 本文主要根据一篇浙江大学环境工程专业的学位论文以及一篇中国工程物理研究院环保工程研究中心的研究论文，调研了脉冲放电等离子体技术在废气处理中的实践研究。 脉冲功率处理废气的机理与优势 八十年代初期，日本、美国等的学者提出了脉冲电晕放电等离子体技术（Pulse Corona Discharge Plasma，PCDP），利用气体放电过程产生大量电子，电子能量等级在5～20eV范围内。其基本原理是：通过陡前沿、窄脉宽(纳秒级)的高压脉冲电晕放电，在常温常压下获得非平衡等离子体，而产生大量的高能电子和·O、·OH等活性粒子，对挥发性有机化合物（volatile organic compounds，缩写为VOCs）进行氧化、降解反应，使VOCs最终转化为无害物。 与电子束照射法相比，脉冲电晕法避免了电子加速器的使用，也无须辐射屏蔽，增强了技术的安全性和实用性。 与直流电晕相比，脉冲电晕的优势主要体现在两个方面：（1）直流电晕放电在稍高的电