一种基于电爆炸丝断路开关的多脉冲产生技术

介绍了一种基于电感储能和电爆炸丝断路开关的多脉冲发生器。该发生器是由作为初级能源的脉冲电容器组、储能电感和多级串联的不同长度、不同截面积的电爆炸丝断路开关组成。实验中在约10 W电阻负载上获得了2个大于250 kV和3个大于200 kV的脉冲输出。脉冲数由串联丝阵级数决定,脉冲幅度和脉冲间隔可通过爆炸丝参数、电容器充电电压调节。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关, 其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理, 其本质为一个快速增长的电阻, 利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时, 其电阻变化的模型, 从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验, PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现, 该模型起爆时刻, 产生电压幅值等方面和实验结果比较接近, 说明该模型比较科学合理, 对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。     

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。     

电爆炸断路开关

叙述了金属导体电爆炸的物理过程,分析了金属导体电爆炸时电阻率与比作用量、压力、能量、密度、爆炸产物膨胀速度、导体电流密度及周围介质等影响因素的关系,从而确定电爆炸断路开关的一般设计原则。     

电爆炸断路开关

 叙述了金属导体电爆炸的物理过程，分析了金属导体电爆炸时电阻率与比作用量、压力、能量、密度、爆炸产物膨胀速度、导体电流密度及周围介质等影响因素的关系，从而确定电爆炸断路开关的一般设计原则。     

电爆炸箔断路开关的理论和实验研究

采用金属箔电爆炸过程的二维数值计算模型,对含电爆炸金属箔断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。以此为基础,研制出了一种低电感型的电爆炸箔断路开关,并以4μF/75kV脉冲电容器组作为初级能源,13Ω电阻作为负载进行实验研究。研究结果表明：在负载上可获得约250kV,脉宽大于400ns的脉冲电压。     

电爆炸箔断路开关的理论和实验研究

 采用金属箔电爆炸过程的二维数值计算模型，对含电爆炸金属箔断路开关的电感储能脉冲功率调节系统进行了数值计算。以此为基础，研制出了一种低电感型的电爆炸箔断路开关，并以4μF/75kV脉冲电容器组作为初级能源，13Ω电阻作为负载进行实验研究。研究结果表明：在负载上可获得约250kV，脉宽大于400ns的脉冲电压。     

电爆炸箔断路开关的理论和实验研究

电感储能型脉冲功率调制器中的一个关键部件是断路开关。电爆炸金属丝（箔）断路开关是使用最广泛的一种。为了给今后开展更高功率断路开关研究奠定基础，开展了电爆炸箔断路开关的理论和实验研究。     

爆炸驱动铁电体电源快脉冲产生技术

以发展轻小型高电压脉冲驱动源为出发点,提出采用爆炸驱动铁电体作为初级电源,通过电感储能与电爆炸丝断路开关进行脉冲压缩和功率放大,探索基于爆炸驱动铁电体电源的小型化高电压快脉冲产生技术。从爆炸驱动铁电体电源的全电路模型和铁电陶瓷材料特性出发,通过理论分析和仿真研究,分别对大电流模式和高电压模式的爆炸驱动铁电体电源的物理参数进行了设计,获得了铁电体电源工作模式和电路参数对产生高电压脉冲的影响规律,认为铁电体电源高电压模式更适合于与断路开关技术结合产生高电压快脉冲,并通过实验对该技术原理进行了验证。实验中铁电体电源输出电流约360 A、脉宽约3.8 μs,对17.5 nF电容器充电至75 kV,电容器放电后在电爆炸断路开关中产生峰值大于12 kA的脉冲电流,最终在X射线二极管负载上获得了电压峰值大于180 kV、前沿3 ns、脉宽30 ns、电流峰值3.4 kA的高电压快脉冲。     

用爆磁压缩发生器产生高功率脉冲高电压

利用螺旋型爆磁压缩发生器(Helical Explosive-Magnetic-Generators，简称HEMG)产生的脉冲高电压是爆磁压缩技术应用的一大方向。如何利用HEMG产生几百千伏甚至兆伏高电压脉冲一直受到人们的关注。20世纪80年代初期，利用传统变压器升压方法可以获得500-800kV的高电压，但系统输出电压受变压器耐压能力极大限制。国内外多年研究经验表明，要获得几兆伏甚至10MV以上高电压主要还是要依靠电爆炸丝断路开关(EEOS)。     

等离子体断路开关和电感负载间的功率流特性

利用PIC (particle-in-cell) 方法,结合实验装置的几何结构和实验结果,采用动态开关模型,对微秒等离子体断路开关和电感负载间的功率流特性进行了研究。模拟得到了与实验结果符合较好的开关电压和负载电流波形,并给出了开关下游出现的稀薄等离子体的密度(约1012 cm-3)和速度(约1 cm/ns), 同时也得到了开关下游的空间电流分布。模拟结果表明,开关下游的结构应避免阻抗突变以减少电流损失,同时提高开关阻抗可有利于提高负载上的最大功率。     

半导体断路开关数值模拟

 为了研究半导体断路开关(SOS)的截断过程及其在脉冲功率系统中的工作特性,建立了半导体断路开关的电流控制模型,对p⁺-p-n-n⁺掺杂结构的半导体断路开关进行了数值模拟研究。通过数值模拟,给出了p⁺-p-n-n⁺型半导体断路开关在正、反向泵浦过程中的载流子及电场分布,并获得了电流截断效应。计算结果表明,半导体断路开关的截断过程首先发生在p区。     

基于SOS和LTD技术的高重复频率脉冲发生器

提出了磁饱和直线变压器驱动源(LTD)泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点,实现快速反向泵浦SOS,通过多级LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管(RF MOSFET)作为LTD初级电路的主开关,将SOS正向泵浦电流脉冲时间降至数十ns,泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器,输出电压约11kV,电流220A,脉冲宽度约2ns,重复频率为20kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。     

半导体断路开关实验研究

介绍了半导体断路开关（SOS）特性参数测试平台和测试方法,并对半导体断路开关的截断阻抗、截断时间、电压增益、输出脉冲半高宽以及能量传递效率等参数进行了实验研究。结果表明,正、反向泵浦时间是影响半导体断路开关特性的最主要因素。实验获得了截断时间、电压增益和能量传递效率与正、反向泵浦时间的依赖关系以及SOS截断过程中的阻抗变化特性。     

半导体断路开关实验研究

 介绍了半导体断路开关（SOS）特性参数测试平台和测试方法，并对半导体断路开关的截断阻抗、截断时间、电压增益、输出脉冲半高宽以及能量传递效率等参数进行了实验研究。结果表明，正、反向泵浦时间是影响半导体断路开关特性的最主要因素。实验获得了截断时间、电压增益和能量传递效率与正、反向泵浦时间的依赖关系以及SOS截断过程中的阻抗变化特性。     

“强光一号”等离子体断路开关及负载的数值计算

等离子体断路开关（POS）是“强光一号”加速器产生短脉冲γ射线的关键器件之一。应用POS融蚀模型分析了“强光一号”加速器POS与二极管系统的基本工作过程,通过该模型计算获得了POS与二极管系统的总电流以及电子束电流,计算结果与实验结果吻合较好。计算结果表明,“强光一号”POS在工作时并未达到完全磁绝缘状态,其阻抗最终为21.5 Ω,约有60％总电流在二极管负载导通时流过POS,且融蚀模型对POS阻抗增长预测偏高,但由于电流变化较大,二极管负载电压仍能达到4.5 MV左右。