基于MOSFET的高重复频率高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高压脉冲电源。该发生器采用多只MOSFET的串联技术，形成高压、高重复频率开关组件。用高压开关组件开展脉冲发生器设计，搭建了一个15只1 kV的高速MOSFET串联的脉冲发生器实验装置，在500 Ω负载上获得前沿小于5 ns、幅度大于10 kV、脉宽约100 ns，瞬态频率达400 kHz的高压脉冲。设计的高压开关组件结构紧凑，可靠性高，可应用于多种脉冲发生器。     

激光引信高速窄脉冲互补驱动电源设计

针对激光近炸引信探测系统对激光脉冲前沿速率、激光脉宽和功率的需求,通过RLC放电回路理论分析,采用双晶体三极管互补驱动高速金属氧化物半导体场效应晶体管作为高速开关,应用微处理器C8051FXXX产生脉冲触发信号,设计出激光近炸引信高速窄脉冲大功率驱动电源.通过PSPICE软件分析与实验验证,结果表明该电源脉冲前沿上升时间约为4ns,脉宽10ns左右,激光峰值电流可以达50A.该研究有效提高了系统探测距离与抗云雾烟尘干扰的能力.     

MHz 高压脉冲电源设计

设计了一款基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关的高压高频脉冲发生器，采用多个以光纤信号隔离触发的串联MOSFET作为高压开关，并由FPGA提供控制信号。该发生器由相同的MOSFET管部分组成，并联并按顺序触发，与参考信号同步。所述电路和工作模式克服了MOSFET管发生器的功耗限制，使脉冲重复率显著提高。详细介绍了该MHz高压脉冲发生器的工作原理和制作过程，然后进行了初步试验，验证了该发生器的性能。该电路在1 MHz的高重复率下，输出上升时间为十几ns、脉宽为百ns、电压幅值大于1 kV的平顶脉冲。     

用于脉冲激光精密测距的半导体激光光源

根据脉冲测距基本方程和脉冲激光精密测距系统对精度和距离的要求,推导了半导体激光光源的设计指标。采用数字电路和模拟电路相结合的方式,利用ZTX415的开关特性设计了一款窄脉宽、大电流的半导体激光器驱动电路;采用半圆截面柱透镜组对半导体激光光束进行整形,计算了最佳的光学系统参数,取得了比较好的整形效果。     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

一种新型高速光保持模块

针对光电混合模数转换系统中采样光脉冲很窄,高速积分保持电路实现较困难这一问题,本文提出了一种新型的高速光保持模块.通过使用多个耦合器组成的无源结构,将采样后的超窄光脉冲转换成一族脉冲簇,再经过光电转换和电低通滤波,得到了顶部较平、脉宽较宽的脉冲,有助于降低后续处理电路的复杂度.实验结果表明,这种结构能够较好地实现将超窄脉冲展宽成平顶宽脉冲的功能.     

MQW-LDA泵浦Nd:YLF激光器调Q的动力学过程及双机制作用

本文报道了国产多量子阱半导体激光列阵(MQW-LDA)泵浦Nd:YLF调Q脉冲脉宽.峰值功率与输出耦合率、泵浦速率、调制深度及延迟时间之间关系的实验,得到稳定的(起伏<1%)调Q脉冲输出,脉冲能量为0.8μJ,FWHM为70ns,脉冲重复率为100Hz,光-光效率2.5%;利用增益开关和Q开关双机制作用,压窄了调Q脉宽,提高了输出功率.用速率方程理论对过程计算,与实验结果较符合.     

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3 kV,上升沿约7 ns,脉宽约90 ns,下降沿约20 ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。     

大电流纳秒级脉宽激光二极管驱动电路的设计

脉冲激光雷达探测的性能直接与激光束的质量和能量有关,而激光驱动电路则直接决定了脉冲激光的功率和脉冲宽度。基于半导体激光雷达探测系统的要求,设计出应用于激光雷达发射系统的大电流纳秒级脉冲半导体激光二极管的驱动电路。介绍了电路的系统结构和驱动级电路的模型及其理论分析,推导其电流数学模型计算公式,并对关键器件的选择进行了总结;运用SPICE仿真程序对驱动电路进行了仿真。制作了印刷电路板,得到峰值电流25A,脉宽15ns的脉冲电流,满足设计要求。     

用于超短脉冲CO_2激光的半导体光开关理论建模与数值分析

本文开展了基于半导体光开关技术实现超短脉宽CO_2激光输出的物理机制研究。首先,在分析光生载流子过程及载流子复合扩散机制的基础上,引入直接吸收、俄歇复合、等离激元辅助复合以及双极扩散等物理过程,并基于Drude理论,完善了半导体光开关理论模型。其次,利用该模型对两级半导体光开关产生超短CO_2脉冲机制进行了数值模拟及分析,结果显示该模型与国外最新实验结果一致,表明了模型的合理性与正确性。最后,利用该模型分析了控制光脉冲宽度对两级光开关工作效率的影响,发现短的控制光脉冲更有利于精确、高效地截取出高质量的超短CO_2脉冲。本文研究证明半导体光开关法是实现超短CO_2激光脉宽可调输出的有效技术途径。     

基于MOSFET的6×10单元快速固态调制器

 利用快速高重复频率的脉冲凸轨技术可以实现合肥光源的光脉冲间隔的可调。为了获得这一快速高重复频率的强流短脉冲，采取基于MOSFET的固态调制器技术。设计出了一套10路MOSFET开关并联、6级感应叠加的实验样机结构，包括快速时钟信号产生、功率驱动电路设计、感应叠加式阵列结构。样机获得了底宽为100 ns、重复频率20 kHz、峰值电流60 A、峰值电压2 kV的功率脉冲。     

基于TTL数字电路控制的高压脉冲源

给出了一种基于TTL数字电路作为高压脉冲源触发控制单元的设计原理和方法。介绍了高压脉冲源的工作原理,设计了一台脉冲输出幅度5 kV、脉冲宽度大于200 s及脉冲前沿小于30 ns的高压脉冲源。将触发控制单元和前级开关金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）组合成一体,控制后级气体高压开关管放电输出高压脉冲信号。实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了单次触发情况下的实验结果。     

脉冲功率应用的IGBT快速驱动电路

根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性，研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路，实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理，设计了基于平面变压器的驱动电路，在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压，提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式，提高了集电极电流上升速率。实验结果表明，在1000 V的工作电压下，通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A，脉冲前沿为40 ns，di/dt达到9.41 A/ns，相比数据手册提供的数据，该电流上升速度提高了7.53倍，实现了对IGBT的快速驱动。     

一种新型的氢闸流管HY3202触发系统的研制

 氢闸流管的导通速度与触发信号有关，常用触发电路中使用快速晶闸管，触发信号并不是很理想。在研制硫双原子分子激光器脉冲电源时，采用了开通速度更快的功率MOSFET替代了快速晶闸管。实验证明，该触发系统可以明显改善HY3202的导通特性。     

CO2激光器高压脉冲触发系统的设计

为了稳定可靠地触发CO2激光器旋转火花开关,设计了一套高压脉冲触发系统并且提出了一种新型的绝缘栅双极晶体管（IGBT）驱动与保护方法。根据CO2激光器中旋转火花开关的触发结构,应用复杂可编程逻辑器件（CPLD）芯片EPM3512开发了可以输出100～500 Hz重频脉冲信号以及单次脉冲信号的触发信号源;应用光耦HCPL-3120设计了具有过流、过压保护功能兼有电磁兼容（EMC）设计的IGBT驱动电路;对高压脉冲变压器进行建模并通过PSPICE软件仿真;搭建了实验平台,进行了联机性能测试。实验结果表明：在500 Hz的重复频率下,高压脉冲触发系统可连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲,基本满足CO2激光器的旋转火花开关稳定可靠触发的要求。     

脉冲激光器大电流窄脉冲驱动设计

介绍了利用金属氧化物场效应管产生大电流窄脉冲来驱动激光二极管的原理,推导出驱动金属氧化物场效应管峰值驱动电流的计算公式和开通时间的估算公式,通过仿真总结出影响驱动电源脉冲电流的脉宽、幅度和振荡的主要因素,理论和仿真结果表明,器件的寄生电感、电路走线电感和负载寄生电感对电流影响较大。实验结果显示,在供电高压为200 V时,金属氧化物场效应管开通时间为2 ns;激光二极管驱动电流上升时间小于10 ns,脉宽为15~100 ns,幅度为0~50 A连续可调,频率为0~50 kHz。     

大电流窄脉宽LD脉冲驱动电源研究

基于三维激光成像雷达成像性能的需求,设计了一款应用于其发射系统的半导体激光器脉冲驱动电源。在对驱动电路模型理论分析的基础上,选取了RF高速功率开关,并运用PSPICE工具对驱动电路进行了仿真分析,设计出了一款峰值电流可达30A,上升沿小于2ns,脉宽小于6ns,重复频率15kHz的LD脉冲驱动电源。该设计满足激光成像雷达发射系统的技术指标要求。     

150 kV全固态高压脉冲发生器设计

设计了一种基于全固态MOSFET半导体开关器件的Marx脉冲发生器。充电回路用快恢复二极管代替充电电阻,减小了充电部分功率损耗;将主电路和驱动电路集成在一起,采用自取电模式给驱动电路供电;由光纤传输驱动信号,抑制了放电回路对触发信号的干扰;采用顺/逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构,不仅减小了回路电感,而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Marx发生器充电部分仅需提供900 V低压,用180级单元串联,获得最高幅值为150 kV、脉宽1~5 s可调的高压快脉冲,前沿控制在500 ns以内。利用该脉冲发生器在50 k电阻和5 pF电容并联的等效负载上进行了一系列实验;比较分析了脉冲发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素,包括回路电感、MOSFET驱动电压及主回路分布电容等,并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。     

20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式，串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关，在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲，再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成，在200 Ω负载上输出了幅度20 kV，重复频率20 kHz，脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构，对实验装置建立仿真模型，阐述了输出波形畸变的原因，给出了影响输出脉冲波形特性的因素，为下一步优化波形工作提供了理论参考。     

等离子体电极电光开关驱动电源系统

 介绍了通光口径为300mm×300mm的等离子体电极电光开关驱动电源系统原理。该系统能产生时序上严格关联的两路幅值3kV、脉宽为500ms预电离高压脉冲；两路电压幅值为7kV、电流峰值为2kA的阻尼大电流、低抖动主放电脉冲；一路幅值为12kV、脉宽500ns低抖动矩形高压开关脉冲。这五路高压脉冲通过3根同轴电缆加载到充有惰性气体的纵向普克尔盒两边的阴阳电极上，对激光形成等离子体电极电光开关。