基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器控制算法

介绍了一种基于AC-Link串联谐振的Buck-Boost变换器拓扑结构，用状态平面分析法对串联谐振电路在Buck模式和Boost模式下工作过程进行分析。该方法相比于传统的基波等效分析法具有直接、精确和求解简单的特点。给出了详细的推导过程，提出了一种控制算法。建立了Matlab/Simulink仿真模型，仿真结果表明，该控制算法能够实现Buck和Boost的功能，能够得到稳定的输出电压，输入电流谐波含量低的特点，可以实现变换器在较宽的范围内调节输出电压。     

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。     

低阻抗脉冲形成网络引线电感的模拟及实验研究

 对2.5 Ω,200 ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络进行3维建模,利用有限元仿真软件,分别采用静电场分析方法及高频分析方法对开关端、负载端的电感进行模拟研究,结果表明:随着工作频率增大,引线电感值逐渐减小,工作频率为2.5 MHz时,引线内电感可以忽略不计。此时模拟得到的引线电感要比静态模拟结果小10 nH左右;两个开关并联工作时不仅要考虑引线自身的电感,还要考虑同步导通时互感的影响,且互感达到了自感的1/4。使用Pspice软件对模拟结果进行仿真,采用电磁屏蔽后输出波形前沿相对于屏蔽前输出波形前沿要小2.1 ns。实验研究结果表明,采用电磁屏蔽前后输出波形的前沿分别为68.8,65.2 ns,减小量与模拟结果基本吻合。     

脉冲形成网络的设计与实验研究

 采用陶瓷无感电容器作为储能介质，设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质，每一个电容器的容值为1.7 nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料，单个电容器的直径为6 cm、高度为4 cm，该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50 kV。实验结果表明，设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1 Ω的匹配负载上获得半高宽220 ns，前沿为40 ns的高压脉冲，能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明，设计的低阻抗Blumlein型脉冲形成网络，在工作电压为44 kV时可在2.5 Ω的低阻抗负载上获得脉宽230 ns，前沿约为50 ns的脉冲。     

高频高变比脉冲变压器耦合固态刚管调制器

调制器输出脉冲宽度存在两种模式,输出脉冲宽度为10μs时,工作频率0~8kHz可调,输出脉冲宽度为200μs时,工作频率0~400Hz可调。为了实现了调制器的小型化,初级电压设计为700V,初级储能电容可采用高储能密度的电解电容,且可降低绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联的风险,次级输出电压为70kV,采用变比为100的脉冲变压器。概述其各个组成部分及其工作原理,重点对IGBT固态开关的驱动、保护电路、损耗和吸收回路进行了分析讨论,并对高变比的变压器进行了理论分析。对调制器进行了实验测试,脉冲前沿2.2μs,脉冲后沿1.65μs,过冲小于7%,脉冲顶降小于1%。     

环形脉冲变压器分布电容优化设计及实验

基于高变比脉冲变压器开展全固态调制器研究,输出电压为70kV、输出脉冲为200μs。研究了次级均匀绕制时环形结构脉冲变压器初次级间分布电容,给出了初次级间等效分布电容与静态分布电容的关系。在此基础上,从能量存储角度推导了次级非均匀绕制时初次级间等价分布电容与静态分布电容的关系表达式。基于理论分析对设计研制的脉冲变压器分布电容开展了实验研究,结果表明,采用非均匀绕制方式脉冲变压器动态分布电容减小30%,在脉冲变压器变比为1∶100时实现输出脉冲前沿2.5μs,过冲4.3%。     

纳米晶磁芯恒定磁化速率磁性能参数

设计加工了一套可用于测量环形磁芯在8～12 T/s恒定磁化速率下脉冲性能的实验平台,该实验装置主要包括脉冲形成网络、放电开关、匹配负载及被测磁芯。基于该平台对国产的铁基纳米晶磁芯的磁化曲线进行了测试,得到了铁基纳米晶磁芯在200～300 ns范围内的损耗和非饱和脉冲导磁率。实验结果表明:铁基纳米晶磁芯的相对脉冲导磁率随着磁感应增量增大及工作脉宽减小而减小,磁芯损耗则逐渐增大。     

负载阻抗对直线变压器驱动源传递效率的影响

从理论及模拟仿真分析了负载阻抗变化对双线型脉冲形成网络直接给负载放电,以及通过直线变压器(LTD)给负载放电时电压传递效率、能量传递效率以及峰值功率传递效率的影响。基于设计加工的LTD单元模块实验平台,通过调节水电阻负载阻值进行了一系列实验。实验研究结果表明:当负载阻值基本与双线型脉冲形成网络的阻抗2.5Ω相匹配时,可获得最大能量传递效率80.5%,此时电压传递效率、峰值功率传递效率分别为84.1%,73.9%;增大负载阻抗至3.4Ω时,可实现99.0%的电压传递效率,而能量传递效率、峰值功率传递效率仅减小3.5%,0.3%。根据对实验结果的分析可知,通过增大负载阻抗可以有效地提高系统的电压传递效率,且当负载阻抗变化不是太大时,对系统的能量传递效率以及峰值功率传递效率影响较小。     

直线变压器驱动源磁芯能量传递效率

 磁芯是直线变压器驱动源(LTD)的关键部件之一，起着初、次级能量传递和次级电压感应叠加的作用，磁芯的能量传递效率对LTD系统的效率、体积和重量影响显著。对LTD系统中影响磁芯能量传递效率的原因进行了初步的分析，并利用Pspice软件的非线性磁芯模型对磁芯的工作过程和损耗进行了模拟计算，最后对LTD磁芯的能量传递效率进行了初步的实验研究，在工作电压为20 kV时、脉宽约220 ns时，在2.8 Ω负载上获得了大于60%的能量传递效率。     

复宗量双曲余弦高斯光束的束腰及其位置

 由复宗量双曲余弦高斯光束通过近轴-ABCD-光学系统传输公式，推导出了基于二阶矩定义的光斑尺寸的解析表达式，给出了复宗量双曲余弦高斯光束在自由空间传输和通过薄透镜时的光斑尺寸、束腰宽度及其位置的解析表达式，并进行了数值计算，对计算结果进行了分析和讨论，该方法可用于其它光束通过近轴ABCD光学系统的类似计算。