350kV可变脉宽的纳秒脉冲发生器

介绍了可产生 35 0 k V脉冲方波且脉宽可变的脉冲发生器。装置由 Marx发生器产生纳秒级脉冲电压 ,对成型线充电后由主开关对负载电阻放电 ,在负载电阻上得到 ns级脉冲电压。改变 Marx输出电压、主开关击穿电压和负载电阻阻值 ,可调节输出 ns脉冲的幅值 ;改变成型线的长度可改变输出脉宽     

Marx发生器驱动的电感储能型脉冲功率源

为研制电感储能型高功率脉冲源,实验研究了采用Marx发生器驱动电感储能-电爆炸丝断路开关的技术途径。研究表明,以等效电容1μF的Marx发生器作为能源,采用1.5μH的储能电感和上百根直径0.05mm、长560mm金属丝并联形成的断路开关,在Marx发生器等效输出电压>180kV时,可在约10Ω负载上输出峰值功率>40GW,能量传递效率>50%,脉宽近200ns,前沿约50ns的脉冲,从而证明该技术途径可较大幅度提高脉冲功率源的输出功率和能量传递效率。     

用于Marx发生器电压测量的水电阻分压器

为了测量PTS单路样机Marx发生器的输出电压,设计并标定了一个二级分压的水电阻分压器。水电阻分压器设计中需注意在不同介质的分界面及三相点位置产生的局部高电场,采取适当的均压设计可避免绝缘击穿。水电阻分压器用比对法标定,短路实验和100Ω水电阻负载实验的标定结果相差约15%。分析认为误差的原因是标准分压器和Marx发生器输出端的连接线与主回路之间存在互感,造成短路负载情况下标准分压器的测量值低于实际值,导致标定结果出现较大偏差。改进实验线路后标定结果偏差<3%。     

LCC谐振充电IGBT开关Marx发生器

为满足Marx发生器的充放电脉冲工作要求,提出采用恒导通时间-恒频率控制策略的LCC串并联谐振变换器作为IGBT开关Marx发生器的充电电源.利用Pspice软件和等效模型模态方法对断续模式工作的LCC变换器实现软开关的原理进行分析,给出设计原则.仿真结果表明变换器能够以较高效率满足Marx发生器从短路到开路的宽范围变动工作特性的充电要求,实现高达1kHz重复频率变频变脉宽稳定运行.所提出的方法为研发制造紧凑型一体化高重复频率Marx发生器式功率脉冲电源开辟了一条新路.     

500kV固态Marx发生器IGBT多路驱动高压隔离供电电源的设计

为了解决固态Marx发生器中IGBT驱动供电问题,提出了一种具有高电压隔离的多路供电电源设计,首先对IGBT开关驱动供电的需求进行了分析,提出了供电电源设计方法,采用直交直转换供电方式,隔离使用级联变压器与原边多匝变压器。经过多次试验,验证了该设计方法可行,最后介绍了电源悬浮供电的特殊工作模式与关键技术工艺,并给出了实验数据波形,结果说明该种结构的电源性能稳定,满足隔离供电的要求,并且有良好的应用前景。     

紧凑型电感隔离快Marx发生器

为了实现脉冲功率装置小型化和实用化,作为初级储能装置的Marx发生器,采用紧凑型结构设计的直接驱动装置成为研究热点。为探索紧凑型Marx直接驱动负载的可行性及相关的设计方法,设计了一台采用电感作为充电和接地器件的紧凑型气体绝缘快前沿Marx发生器并进行了相关实验。初步的实验结果表明,Marx放电正常,充电19kV时,在26Ω负载上可得到145kV的高压脉冲输出。可看出Marx发生器直接驱动有其自身的优势,需要注意的是发生器与负载的连接问题。     

晶闸管Marx发生器电路及充放电特性

为满足新兴工业对中小储能功率脉冲电源日益增长的需求,设计了一种采用晶闸管作为主开关的Marx发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流3种放电工作模式。该设计改进了充电拓扑电路,并给出了充电电阻及其功率的计算方法,有效地避免了负载上的预脉冲,实现了各储能电容充电电流的一致,有效地抑制了环流和提高了充电效率。变负载放电特性分析表明,感性负载时减小电感的输出能使电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,有必要减小回路的总电感,以获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果比较相符。所设计的Marx发生器在工业应用中既可用来产生较强脉冲磁场,又可用来产生放电等离子体。     

储能型Marx发生器的串联电感计算

串联电感是储能型Marx发生器区别普通Marx的标志性参数之一,为完成一台储能型Marx发生器的设计,介绍了采用部件累加法和传输线法计算储能型Marx发生器串联电感,并根据实际电路的简化和电路等效方法以及计算结果,通过设计的模拟实际电路的短路实验求得了实际电感值。实验结果表明:部件法的计算结果比实际值小13%,传输线法的计算结果比实际值小5%,由此证明计算中对实际电路的简化和等效是成立的,该方法可供今后大型储能型Marx发生器的设计参考。     

基于自耦调压器的电压暂降发生器研究

为检验用户电力设备的性能,或者测试电气设备在受到电压暂降干扰时的工作情况,需要一种电压暂降发生器来模拟电网产生电压暂降.在此提出了了一种由自耦调压器和全控型交流电子开关构成的电压暂降发生器解决方案.该方案用DSP作控制器,采用四步换流策略实现对全控型交流电子开关的换流控制,并为全控型交流电子开关设计了新型的驱动与保护电...     

美研究人员设计出新型固态电力开关

美国弗吉尼亚工艺学院的研究人员近日设计出一种名为ETO(EmitterTurnoffThyristor)的大功率新型固态半导体电力开关。这项发明已被评为《研发杂志》“2003年最佳研发100项”之一。ETO是一种三端子集成电力开关,可提供较快的开关速度、持久耐用的关闭能力和电压控制。它通过光学脉冲开启,s损耗极小。闭合时,它可以传导1万A的电流。正常情况下,ETO可通过1500A的电流,温度在125℃以下,光脉冲消失后,开关断开,可阻断6000V的电压,开关转换时间小于5ms。ETO可同时承受大电流和高电压,非常适用于设备的保护与控制。美研究人员设计出新型固…     

单信号驱动的固态脉冲源

随着脉冲功率电源在材料表面改性、污水处理以及生物医学等方面的广泛应用,脉冲功率电源正在朝着小型化、驱动简单及稳定的方向发展。目前,由于固态脉冲电源信号需要进行高压隔离,造成系统复杂且体积庞大。为了降低系统的质量和体积,文中提出了一种单信号驱动的固态脉冲源的拓扑结构,通过一个信号控制第一级开关的导通和关断,经主电容对剩余开关的门极电容充电后自行触发余下开关。最后,基于该拓扑结构在通用电路分析(PSPICE)中仿真了10级单信号驱动的固态脉冲源电路,结果表明该新型电路拓扑直流充电源工作在800 V,系统输出幅值约为8 kV,脉宽约为200～800 ns的脉冲电压,对于生物医学应用、肿瘤消融以及污水处理有重大意义。     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

模块化全固态高压ns脉冲开关技术

为满足脉冲功率技术所需高电压幅值、高重复频率脉冲源的要求,研究了一种新型绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联技术,它用5个IGBT进行串联,并将控制、驱动、均压、缓冲电路和IGBT组成一体化模块结构,模块的体积小、重量轻。驱动信号经高频脉冲变压器耦合,可以同步驱动多个高电位的IGBT,输出脉冲的宽度和频率由单片机控制。经试验表明,100Ω的电阻负载时每个模块可输出前沿<100 ns、脉冲频率160 Hz~10 kHz、脉冲幅值约3.5 kV的可调脉冲电压,而且模块可以进行多个串并联。     

一种固态开关紧凑高压脉冲电源的设计与仿真

为了满足运载工具对脉冲放电电源的需求,设计了一种利用车载蓄电池作充电电源,采用两级电感储能、电容传输能量的拓扑电路,脉冲变压器输出最大幅值30 kV、ns级上升沿(反应器负载)、高压脉冲重复频率1 kHz的用于放电处理汽车尾气的全固态开关紧凑型高压脉冲电源;分析了电源主电路工作原理,对电路的动态工作进行数学建模和解析求解,并用Matlab仿真给出一组典型的电源工作波形,为电源设计和元件参数选取提供了依据。在给定电路和负载参数下对电源工作进行PSpice仿真分析的结果表明,该方法能真实反映实际元器件参数对电路工作的影响;该电源能胜任一定范围的阻、感、容性负载下的工作,负载特性可用于电路设计的改进和用户参数的选取,特别是容性反应器负载的特性表明电源可用于汽车尾气的处理。     

一种晶闸管开关冲击电压发生器的工作特性

笔者设计了一种晶闸管开关的冲击电压发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流三种放电工作模式。对充电拓扑电路设计的改进有效地避免了负载上的预脉冲,所给出的充电电阻计算方法能实现各储能电容充电电流的一致,有效抑制了环流,提高了充电效率,文中还给出充电电阻功率选取的计算方法。所进行的变负载放电特性分析表明:感性负载时,减小电感使输出电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时,储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,为了获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲,减小回路的总电感是必要的。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果吻合较好。所设计的冲击电压发生器既可用于产生较强脉冲磁场也可用于产生放电等离子体的工业应用中。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。