串联谐振高压电容充电电源设计及分析

针对高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,基于全桥串联谐振恒流充电技术,研制了一台紧凑型串联谐振高压电容充电电源,平均充电功率12 kW。该电源采用超级电容器预储能和全桥串联谐振电路,大幅降低了场地供电需求,结合模块化集成设计,实现了一体化、便携式设计。针对脉冲驱动源工作需求,分析了全桥串联谐振电路的基本原理和工作过程,给出了电路参数设计方法和Pspice电路仿真结果,利用该电源对等效电容量为0.3 μF的脉冲驱动源进行了充电测试,实现了45 ms内充电60 kV以上,实验结果表明, 其输出能力满足PFL-Marx脉冲驱动源的20 Hz重频充电需求。     

并联谐振电路在调制器充电电源中的应用

文章探讨了一种新颖的并联谐振高压开关电路, 该电路无需使用外加谐振元件, 只利用变压器的漏感和分布电容作为谐振参数, 既减小了变压器寄生参数的影响, 也简化电路. 设计采用调频器件CD4046对MOS管进行开关频率控制, 且令变换器工作于过谐振模式时, 该电路能够体现出对电容恒流充电的特性. 文中对电路的工作过程进行了简要分析, 并给出了功率计算和实验波形.     

并联谐振电路在调制器充电电源中的应用

文章探讨了一种新颖的并联谐振高压开关电路,该电路无需使用外加谐振元件,只利用变压器的漏感和分布电容作为谐振参数,既减小了变压器寄生参数的影响,也简化电路.设计采用调频器件CD4046对MOS管进行开关频率控制,且令变换器工作于过谐振模式时,该电路能够体现出对电容恒流充电的特性.文中对电路的工作过程进行了简要分析,并给出了功率计算和实验波形.     

冲击磁铁脉冲调制器的谐振开关高压充电电路及数值模拟

 介绍了一种新颖的专为电子储存环冲击磁铁脉冲调制器而设计的高压充电电路,该电路采用了零电流谐振开关变换技术及一种简单可靠的充电电压控制方式。建立了该电路的数值仿真模型, 分析了在高压脉冲电容作为变换器负载条件下的充电电路的瞬态特性, 仿真结果表明设计电路能够达到所要求的幅值精度及重复频率, 进一步探讨了提高充电重复频率的途径。     

大功率高能脉冲激光电源设计

根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。     

高功率重复频率脉冲充电电源设计与实验研究

基于高功率重复频率脉冲功率源的需求,开展了高功率脉冲充电电源的重复频率特性研究,分析了基于全桥串联谐振充电原理的恒流充电技术。根据高功率Marx型脉冲功率源的工作要求,计算了串联谐振充电的各个关键参数。研制的紧凑型高功率脉冲充电电源,最大输出电压±50 kV,充电电流2.5 A,重复频率1~50 Hz连续可调,可在重复频率条件下长时间稳定运行。该充电电源体积小、质量轻、抗干扰能力和抗负载短路能力强,已经应用于高功率重复频率脉冲功率源技术研究,实现了10万次重复频率无故障运行。     

大功率高压恒流充电源研制

设计制作了一台大功率高压恒流充电源。该电源采用全桥串联谐振恒流充电拓扑结构,实现了0~30kV范围内输出可调,设计最大平均充电功率5kW。简要分析了电路的工作过程,给出了电路参数设计方法和设计实例,并进行了电路仿真和初步实验研究。实验中,使用该电源对18μF电容实现了30kV,0.1Hz重频充电,充电功率约1.35kW,目前电源已累计充放电万余次,运行稳定可靠。     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级,脉宽约6 ns,重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能,利用硅堆整流,并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定,通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时,该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收,提高了装置的能量利用率。     

紧凑高重复频率加速器的初级能源

 介绍了一种输出脉冲峰值功率在GW量级,脉宽约6 ns,重复频率1~300 Hz可调的加速器的初级能源系统的设计与实验研究。它的初级能源由商用三相电源供能,利用硅堆整流,并通过固体开关及继电器等装置控制来实现对Tesla变压器初级线圈的重复谐振充电。实验表明该装置运行稳定,通过变压器升压之后可在120 W负载端得到300 kV的重复高电压脉冲。同时,该回路还利用了晶闸管拥有的自关断特性实现了能量的回收,提高了装置的能量利用率。     

太赫兹器件测试用高重复频率高压脉冲电源

为了开展太赫兹器件试验研究,设计了高重复频率脉冲电源系统。电源输出脉冲电压30 kV,脉冲电流200 mA,最大重复频率3 kHz,脉冲宽度10~100 μs,采用本地PLC加远程计算机控制模式来实现电源的本控及遥控。对系统的核心部件:充电电源和脉冲开关的拓扑结构进行了研究,并开展了仿真和试验。结果表明:采用LC串联谐振恒流充电技术以提高充电电源工作效率以及在负载打火情况下的可靠性;基于MOSFET并进行优化设计的串联脉冲开关可以获得快速的脉冲前后沿。电源系统的输出指标满足负载工作要求,在高重复频率、打火条件下能够稳定工作。     

W波段磁控管型高次谐波潘尼管的研究与设计北大核心CSCD

针对在高频率、高效率、低磁场及低电压工作方面具有自身独特优势的磁控管型高次谐波潘尼管进行了研究与设计。通过对磁控管型谐振系统的研究,指出了工作在高次谐波时谐振系统设计与谐波次数选择的问题。在此基础上完成了对采用11腔、工作在2π模式的高次谐波潘尼管的设计。3维粒子仿真和优化的结果表明:该器件可以在磁场为0.379T、工作电压为30kV、工作电流为1A、横纵速度比为2的条件下,在W波段(99.1GHz)得到8.6kW的功率输出,相应的束波转换效率达28.7%。     

表面波振荡0.22 THz大功率太赫兹源设计

为研制大功率紧凑型太赫兹源,开展了0.22 THz大功率太赫兹源的理论设计研究。THz源采用表面波振荡器结构。重点研究了慢波结构对太赫兹源产生信号的影响,并对慢波结构进行了优化。结合二极管参数的选取,对该源结构进行了粒子模拟,结果表明:在馈入电压200 kV,电流2900 A的条件下,输出信号频率为0.22 THz,输出功率为19.5 MW,效率约为3.3%。     

正负双极性重复频率充电电源研制

针对紧凑型高功率脉冲驱动源的重复频率充电需求,开展了基于LC全桥串联谐振原理的恒流充电技术研究,并根据紧凑型Marx脉冲功率源的工作方式开展了电源关键参数设计,完成了一种正负双极性充电的紧凑型高压电源研制,实现20 ms内对单边等效负载电容为0.15μF的双极性Marx驱动源充电至±45 kV,平均充电功率大于15.5 kW。该电源采用单个高频高压变压器实现了正负双极性高电压同步输出;采用变压器、整流电路、隔离保护电路、电压检测电路一体化绝缘封装设计,既减小了装置体积又降低了高压绝缘风险;通过隔离保护、电磁屏蔽等设计有效解决了Marx发生器放电过程中瞬时高压信号对电源控制系统的干扰和损伤。     

A 100 kW, 140 GHz pulsed gyrotron

The design and operation of a 100 kW, 140 GHz pulsed gyrotron are reported. To our knowledge, this is the highest frequency at which high gyrotron output power (>-100 kW) has been achieved. Results are presented for gyrotron operation in the range of magnetic field from 4 to 7 T, voltage from 23 to 80 kV and current up to 7.5 A. Near a value of magnetic field of 5.4 T, and output power of 100 kW was obtained at 140.4 GHz in single mode operation in the TE₀₃₁ resonator mode.     

Initial operation of a higher-power quasi-optical gyrotron

Results from the initial operation of a high-power quasi-optical gyrotron based on the 90-kV, 50-A Varian VUW-8144 electron gun are reported. The output power and efficiency have been measured for a resonator mirror separation of 19.4 cm with a magnetic field of 4.95 T, corresponding to resonator output coupling of 1.9%, and for a resonator mirror separation of 21.4 cm with a magnetic field of 4.7 T, corresponding to a resonator output coupling of 3.1%. Operation was multimoded with 3-6 modes excited in the range of 125-130 GHz for the 4.95-T magnetic field. A peak efficiency of 15% at an output power of 161 kW was obtained for a gun voltage of 93 kV and a current of 12 A. A peak-output power of 364 kW at an efficiency of 10% was obtained at a voltage of 95.6 kV and 37.5 A     

High-power oscillator of continuous electromagnetic radiation with a frequency of 300 GHz

We consider a general concept of construction, the possible versions, and specific features of a gyrotron, whose output power in CW oscillation regime can reach a few kilowatts at a frequency of 300 GHz. The gyrotron is designed for work in a high-frequency facility in combination with a “dry” cryomagnet, which ensures a magnetic field of up to 12 T, required for the gyrotron operation. The basic results of numerical simulation and optimization of the electron gun, the resonant cavity, and other subsystems of the gyrotron are presented. The designs used for the gyrotron development are justified. Preliminary experiments showed the efficiency of the pilotproduction gyrotron with an output power of about 2 kW, which is record-breaking in this frequency range. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Radiofizika, Vol. 50, No. 6, pp. 461–470, June 2007.     

一种高功率宽带回旋行波放大器

 研究了一种X波段高功率宽带回旋行波放大器，它由改变了局部周期的矩形盘荷波导组成，并采用锥化引导磁场和盘的高度来提高增益和带宽。分析了器件的线性特性。利用全电磁（PIC）三维模拟程序EMC进行了数值模拟，结果表明：可以得到功率介于88~103kW，相对带宽介于16.63%~24.11%的不同微波输出。     

低磁场谐振腔切仑科夫振荡器-锥形放大器的初步实验研究

设计了一种能工作在低磁场高功率的慢波器件,该器件通过谐振腔将切仑科夫振荡器与锥形放大器有机地结合,充分利用电子的能量,实现了高效的微波产生.给出了初步的实验结果,在束流电压450kV,电流2.3 kA,导引峰值磁场0.6T的情况下,得到230 MW,频率为10.33 GHz,模式TM01的微波输出,效率达到23%.实验结果与粒子模拟结果基本吻合.