新型全固态模块化多电平特种高压电源优化设计

模块化多电平换流器（MMC）已成为新型全固态特种高压电源的有效解决方案,对其进行轻量化设计以节约设备空间成本成为当前研究热点。MMC中限制功率密度提升的首要因素为子模块大尺寸电容,为降低MMC对子模块容值的需求,提高系统功率密度,提出一种改进型MMC(I-MMC)拓扑。应用隔离型开关电容变换器,实现上下桥臂一对子模块高频链互联。研究中相单元内上、下桥臂子模块对并联的高频链两侧采用同步控制,使子模块电容之间呈现开关电容特性,实现波动功率在电容之间的自由传递,进而消除相位相反的基频与3倍频波动分量。结合MMC运行调制比和功率因数分析基频与3倍频波动分量消除后子模块电容取值,完成模块化设计。所提方案可将子模块电容减小至常规MMC的1/4。仿真与实验结果验证了所提拓扑方案的正确性与有效性。     

半导体泵浦全固态激光测距仪的研制

为适应工程小型化平台需要,研制了一种半导体泵浦全固态激光测距仪。采取半导体泵浦方式,激光谐振腔设计为平平腔,采用金属热沉冷却与半导体制冷相结合,研制出的激光测距仪工作频率可达20Hz,测程大于20km,测距精度可达±1.5m。经过试验验证,性能稳定,指标可靠。     

400 kW高压全固态电源实验研究

介绍用于高功率微波器件测试的400 kW 脉冲步进调制器高压全固态电源调试和应用研究,包括当负载过荷时使系统切断高压保护速度提高到10 μs内的方法;故障时进入弧道能量的研究;通过改变接地方式对系统管体电流波形测量的影响研究。实验表明：这种原理的大功率全固态电源具有突出的抗干扰性,并且维修方便,效率高,是大功率微波器件热测台的优选方案。     

400 kW高压全固态电源实验研究

 介绍用于高功率微波器件测试的400 kW 脉冲步进调制器高压全固态电源调试和应用研究,包括当负载过荷时使系统切断高压保护速度提高到10 μs内的方法;故障时进入弧道能量的研究;通过改变接地方式对系统管体电流波形测量的影响研究。实验表明：这种原理的大功率全固态电源具有突出的抗干扰性,并且维修方便,效率高,是大功率微波器件热测台的优选方案。     

回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计

为回旋行波管设计了全固态近方波Marx高压脉冲调制器,设计参数:输出电压70kV,输出电流15A,工作频率0~2kHz可调,脉宽200μs可调,功率容量可以达到百kW级。设计利用串联IGBT作为控制开关,利用FPGA通过光纤传输的方式对IGBT进行逻辑控制、电路保护和监测,补偿单元利用FPGA控制IGBT自动补偿的方式对顶部压降进行补偿,使得输出电压平顶度达到±1%。对电路各个部分进行仿真及测试。结果验证此设计方案的可行性,可以提高回旋管电源的稳定性和工作频率,减小调制器体积及维护成本,并为高压测试提供了实验基础。     

全固态腔内SHG/SFG多波长黄光激光器

报道了一种利用大功率激光二极管端面抽运Nd…YAG激光晶体产生基频光,并通过非线性晶体的腔内倍频(SHG)与和频(SFG),实现多个二次谐波同时连续输出的多波长黄光激光器。将Nd…YAG晶体的1112.1、1115.9、1122.7nm谱线作为基频光,利用LBO和BIBO进行非线性光学频率变换,同时获得了三个倍频光及三个和频光激光输出。从理论上对基频光同时受激跃迁和非线性频率变换相位匹配进行了分析。实验结果与理论分析表明,当基频光的性能相对接近时,合理地选择性能较好的非线性晶体对基频光同时进行倍频和和频是获得全固态多波长激光器的一种实用方法,合理地设计激光器谐振腔能够提高激光器的稳定性。     

基于新型三电平变流器的超导磁储能系统设计

为改善超导磁储能系统在充放电过程中的输出特性,并提高其能量转换效率,在分析了A-NPC三电平变流器拓扑结构及其工作原理的基础上,以此变流器为核心,设计了一套超导磁储能系统。该系统采用一种基于SVPWM调制的三电平直接功率控制策略,并利用功率前馈解耦算法,实现了储能系统充放电过程中的单位功率因数控制。实验结果表明,储能系统充放电过程稳定可靠,工作效率有效提高,并能获得良好的电流、电压波形。     

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。     

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。     

500 kV全固态Marx发生器

500 kV全固态Marx发生器采用Z型电路结构,以28个最大工作电压达22 kV、满载最高连续重复运行频率达200 Hz的绝缘栅双极型晶体管组件作为脉冲控制开关,采用以金属化膜电容器和线绕电感构成的梯形脉冲形成网络作为储能和脉冲形成器件。目前已实现500 kV脉冲输出,在50 Hz的重复频率下实现数十个脉冲的猝发输出。该发生器的输出脉冲电压峰值与已有文献报道的最高功率固态Marx发生器技术指标相近,输出脉冲电流峰值提高1倍,达到1000 A,发生器输出脉冲功率峰值达到500 MW。在采用电容器作为储能元件时,此Marx发生器输出脉冲宽度可在3～10 s范围内连续调整。     

500 kV全固态Marx发生器

500 kV全固态Marx发生器采用Z型电路结构,以28个最大工作电压达22 kV、满载最高连续重复运行频率达200 Hz的绝缘栅双极型晶体管组件作为脉冲控制开关,采用以金属化膜电容器和线绕电感构成的梯形脉冲形成网络作为储能和脉冲形成器件。目前已实现500 kV脉冲输出,在50 Hz的重复频率下实现数十个脉冲的猝发输出。该发生器的输出脉冲电压峰值与已有文献报道的最高功率固态Marx发生器技术指标相近,输出脉冲电流峰值提高1倍,达到1000 A,发生器输出脉冲功率峰值达到500 MW。在采用电容器作为储能元件时,此Marx发生器输出脉冲宽度可在3～10 s范围内连续调整。     

紧凑型全固态高重复频率LC-Marx脉冲发生器

通过理论、模拟和实验对提出的全固态LC-Marx发生器进行研究。整个系统由一个MOSFET开关和多个由一个磁芯制成的磁开关控制,该脉冲发生器直径为140 mm,高为17 mm,且随着级数的增加尺寸和重量基本不变。运用谐振充电可以使电容充到源电压的1.82倍,五级LC-Marx发生器用950 V直流电压充电时,在500 Ω电阻上得到峰值电压为10.9 kV、半高宽为400 ns、上升时间为85 ns、效率为30.43%的高压脉冲。输出电压的上升前沿可以根据实际应用的要求,通过减小电容量缩短。该脉冲发生器在频率低于30 kHz下,可以持续稳定地运行。该LC-Marx脉冲发生器在气体放电中将具有较好的应用效果。     

全固态激励小型TEA CO_2激光器的研制

基于国产非晶态合金磁芯,研制了采用可控硅开关、脉冲升压变压器、以及两级磁脉冲压缩网络的全固态激励电路系统,并且应用于放电体积为29 cm3,工作气压为100 kPa的电晕预电离小型TEA CO2激光器。讨论了提高系统能量传输效率和减小系统体积的设计方法,并且测量了系统的工作性能以及各部分的能量损失。实验结果表明:磁脉冲压缩网络的能量传输效率大于83%,全固态激励系统的总效率大于75%;连接激光器负载时,输出脉冲的电压峰值约为22 kV,电流上升时间约为100 ns;得到了脉冲能量109 mJ,宽度70ns的激光输出,激光器整体效率约为3.3%。在目前的封离体积与气体循环方式限制下,激光器最大重复频率约为100 Hz,而激励电路部分可以达到400 Hz的工作频率。     

一种可调的高压脉冲发生器

介绍了一种可调的高压脉冲发生器,该发生器主要由储能电容器组、氢闸流管、电压调节器、保护电路、高压变压器等部件组成。储能电容器组的电容量、充电电压和与高压变压器的连接端口可灵活地进行调节,从而使高压脉冲发生器可产生正极性或负极性,脉冲底宽为1.4～4.3μs,脉冲幅度为10～200kV的高压脉冲,脉冲的上升沿在0.4～0.6μs之间。该高压脉冲发生器有较强的带负载能力,外接负载只要大于1.2kΩ就能保证性能的稳定。     

一种可调的高压脉冲发生器

 介绍了一种可调的高压脉冲发生器，该发生器主要由储能电容器组、氢闸流管、电压调节器、保护电路、高压变压器等部件组成。储能电容器组的电容量、充电电压和与高压变压器的连接端口可灵活地进行调节，从而使高压脉冲发生器可产生正极性或负极性，脉冲底宽为1.4～4.3μs，脉冲幅度为10～200kV的高压脉冲，脉冲的上升沿在0.4～0.6μs之间。该高压脉冲发生器有较强的带负载能力，外接负载只要大于1.2kΩ就能保证性能的稳定。     

650 kV/2 ns高压脉冲发生器研制

研制了一套峰值650 kV、脉宽2 ns的窄脉冲发生器,具有结构紧凑、体积小巧、便于移动和产生优质的纳秒高压脉冲等优点。该发生器基于三谐振脉冲变压器原理和脉冲形成压缩实现窄脉冲输出,采用紧凑双锥形绕组铁芯变压器、LC调谐回路和27 pF,30 脉冲形成线组成三谐振回路,油介质自击穿开关导通后在负载上获得高压脉冲。实验结果表明,该窄脉冲发生器可在80 电阻负载上输出脉冲峰值约650 kV,脉宽约2 ns,与理论分析的结果相吻合。     

An all-solid-state high power quasi-continuous-wave tunable dual-wavelength Ti：sapphire laser system using birefringence filter

This paper describes a tunable dual-wavelength Ti:sapphire laser system with quasi-continuous-wave and high-power outputs. In the design of the laser, it adopts a frequency-doubled Nd:YAG laser as the pumping source, and the birefringence filter as the tuning element. Tunable dual-wavelength outputs with one wavelength range from 700~nm to 756.5~nm, another from 830~nm to 900mn have been demonstrated. With a pump power of 23~W at 532~nm, a repetition rate of 7~kHz and a pulse width of 47.6~ns, an output power of 5.1~W at 744.8~nm and 860.9~nm with a pulse width of 13.2~ns and a line width of 3~nm has been obtained, it indicates an optical-to-optical conversion efficiency of 22.2{\%}.