准分子激光全固态脉冲电源设计与实验研究

针对脉冲能量5~8 mJ的ArF准分子激光器,设计了基于可控硅开关结合三级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源,采用国产可控硅和磁开关材料,获得了上升时间约150 ns,电压10~14 kV,传递能量0.35~0.68 J的激励脉冲,并实现了对准分子激光器快放电激励。三级磁开关总效率35%,分析表明磁开关损耗较大主要原因为电容能量转移不充分、导线铜损及磁芯材料铁损较大,并提出了相应改进办法。     

准分子激光全固态脉冲电源设计与实验研究

针对脉冲能量5~8 mJ的ArF准分子激光器,设计了基于可控硅开关结合三级磁脉冲压缩开关的全固态脉冲电源,采用国产可控硅和磁开关材料,获得了上升时间约150 ns,电压10~14 kV,传递能量0.35~0.68 J的激励脉冲,并实现了对准分子激光器快放电激励。三级磁开关总效率35%,分析表明磁开关损耗较大主要原因为电容能量转移不充分、导线铜损及磁芯材料铁损较大,并提出了相应改进办法。     

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。     

基于半导体开关和磁开关的全固态脉冲电源

利用磁开关来改善全固态Marx发生器的脉冲上升沿,并构建出一套脉冲电源。该套脉冲源包括基于IGBT半桥模块的Marx发生器和由磁开关与锐化电容构成的脉冲陡化电路。该电源用原边一匝的脉冲变压器为IGBT提供驱动信号,并且原副边绕组均采用同轴线以屏蔽电磁干扰;在门极采用无源过流保护的方法,以防止负载短路对IGBT放电开关造成损坏。实验结果表明:在电压10 kV,电流170 A的情况下,脉冲前沿由1.5 μs压缩到了200 ns,同时IGBT的开通损耗由原来的10 mJ降到不足1 mJ。     

kHz准分子激光器全固态脉冲激励源

由于寿命制约,准分子激光器使用的传统放电开关闸流管不能满足准分子激光器高重复频率长期稳定工作运行的要求。设计了基于两级磁脉冲压缩技术的全固态脉冲功率模块,使用大功率半导体开关结合脉冲升压变压器产生s级的高压脉冲,利用磁脉冲压缩技术将上升时间为s级高压脉冲压缩至满足准分子激光器使用的上升时间为0.1 s级高压脉冲。在ArF准分子激光头上放电,获得激励脉冲的上升时间约为90 ns,放电电压16.5 kV,重复频率达到1 kHz,两级磁脉冲压缩开关能量传递效率达59.1%。     

kHz准分子激光器全固态脉冲激励源

由于寿命制约,准分子激光器使用的传统放电开关闸流管不能满足准分子激光器高重复频率长期稳定工作运行的要求。设计了基于两级磁脉冲压缩技术的全固态脉冲功率模块,使用大功率半导体开关结合脉冲升压变压器产生s级的高压脉冲,利用磁脉冲压缩技术将上升时间为s级高压脉冲压缩至满足准分子激光器使用的上升时间为0.1 s级高压脉冲。在ArF准分子激光头上放电,获得激励脉冲的上升时间约为90 ns,放电电压16.5 kV,重复频率达到1 kHz,两级磁脉冲压缩开关能量传递效率达59.1%。     

全固态双极性纳秒脉冲电源研制及应用

研制了一种双极性交替的纳秒高压脉冲电源,进行了双极性纳秒脉冲放电产生等离子体研究。该电源先通过固态开关IGBT将直流电压截断成电压脉冲,通过可饱和脉冲变压器拓扑,实现升压并缩短脉冲上升沿。该电源可在一个周期内输出极性相反的2个脉冲,且时序可以灵活控制。通过优化调整器件参数,研制了两种不同输出性能参数的双极性纳秒脉冲电源：①峰值电压10 kV、爆发模式脉冲重复频率500 kHz（正负脉冲间隔2 μs）、连续重复频率1 kHz;②峰值电压25 kV、爆发重频200 kHz、连续重频600 Hz。测试电源的运行性能,发现电源存在温度升高的情况,但长时间（＞0.5 h）运行温度趋于稳定。10 kV电源连续运行在1 kHz时最高温度点50.5 ℃;25 kV电源连续运行在600 Hz时最高温度点60 ℃。利用该电源驱动线板电极阵列和表面介质阻挡放电结构,证实了该电源可以用于常压空气条件下产生大面积等离子体。     

100 kV重复频率高压脉冲电源

为研究气体间隙的放电特性,设计了输出幅度在30～100 kV、重复频率1～5 kHz可调的高压脉冲电源。利用谐振充电的原理,将10 kV的初级电源的能量转移到中储电容,中储电容的电压升高到至少18 kV。在光触发信号的作用下,氢闸流管导通,中储电容上的能量通过脉冲变压器放电,在脉冲变压器的副边得到最大幅度为100 kV的负脉冲,其脉宽大于200 ns,前沿时间小于90 ns。整个装置在不加散热系统的情况下,可连续工作1 min以上。     

100 kV重复频率高压脉冲电源

为研究气体间隙的放电特性,设计了输出幅度在30～100 kV、重复频率1～5 kHz可调的高压脉冲电源。利用谐振充电的原理,将10 kV的初级电源的能量转移到中储电容,中储电容的电压升高到至少18 kV。在光触发信号的作用下,氢闸流管导通,中储电容上的能量通过脉冲变压器放电,在脉冲变压器的副边得到最大幅度为100 kV的负脉冲,其脉宽大于200 ns,前沿时间小于90 ns。整个装置在不加散热系统的情况下,可连续工作1 min以上。     

基于MOSFET的纳秒级全固态脉冲源设计

采用MOSFET半导体固态开关作为主放电开关取代气体开关、高压二极管替代充电电阻的技术方法,设计了一种基于功率MOSFET固态开关的纳秒级全固态脉冲源。设计的脉冲源主开关级数共5级,每级主开关分别由5只功率MOSFET半导体固态开关器件串联组成,开关通断控制采用脉冲隔离变压器同步驱动方式。在重复频率1 Hz~1 kHz、充电电压4 kV、负载阻抗为1 k条件下,可实现输出幅度大于20 kV、前沿小于10 ns且脉宽大于100 ns的高压快脉冲。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重复频率（1 kHz）触发信号作用下全固态脉冲源输出的实验结果。     

全固态快沿脉冲源功率合成的设计与分析

全固态快沿脉冲源具有小型化、高稳定性、高重复频率、输出功率低等特点,为了克服单个脉冲源输出功率低的问题,利用ADS仿真软件建立了多节蛇形微带线结构的功率合成器,并用实验验证了功率合成的效果。利用两路高稳定度的脉冲子源作为功率合成的两路输入,通过该功率合成器使两路快沿双指数信号合成为一路快沿双指数信号,实现了功率的提高。实验中脉冲子源的幅度为1.1 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为10 ns;两路信号合成后,输出电压为1.6 kV, 前沿约为2 ns,脉冲宽度为18 ns。实验验证了该功率合成模块的可行性,该合成模块还可推广至多路的脉冲子源的功率合成,实现提高快沿双指数脉冲功率的目的。     

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。     

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。     

CSNS的kicker电源闸流管触发特性分析

针对中国散裂中子源kicker电源的闸流管,研制了基于大电流脉冲预电离和高压脉冲点火原理的双脉冲触发器,提高了闸流管的触发导通稳定性;同时研究了氢流、灯丝电流及预点火电流等参数对闸流管状态的影响;针对闸流管误漏触发现象,研制了基于单稳态及逻辑门电路构成的误漏触发检测电路,能够对闸流管的状态进行准确分析及预判;最后对kicker脉冲电源系统进行了年度分析总结。     

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。