超高速大电流半导体开关实验研究

 利用自行研制的固态半导体开关RSD,采用电容储能方式,研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时,得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8 kV时,得到峰值为10.1 kA、脉宽为34 μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路,在主电容为3 kV时,得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5 μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明,RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。     

超高速大电流半导体开关实验研究

利用自行研制的固态半导体开关RSD,采用电容储能方式,研究了RSD的电压响应时间、大电流特性、电流上升率等。在测试RSD的电压响应时间时,得到了25 ns的电压下降曲线。在主电容电压为8 kV时,得到峰值为10.1 kA、脉宽为34 μs、电流上升率为2.03 kA/μs的大电流脉冲。通过调整主电路,在主电容为3 kV时,得到的电流脉冲峰值为8.5 kA、脉宽为2.5 μs、电流上升率为7.2 kA/μs。结果表明,RSD是一种开通快、通流能力强、电流上升率高的大功率半导体开关器件。     

模块化低阻抗紧凑型Marx发生器

设计的10级低阻抗紧凑型Marx发生器整体体积约0.12 m3,输出功率为30 GW,脉宽200 ns。该发生器采用正负充电,触发开关为三电极场畸变开关,其余开关采用过压自击穿开关;经优化设计,自击穿开关高33 mm、电感13.1 nH,触发开关高42 mm、电感15.2 nH。电容正负电极片与开关电极采用挤压连接,电极片间绝缘材料为聚丙烯薄膜,薄膜共100层,总厚度2 mm,耐受电压大于100 kV;Maxwell模拟表明：此种连接方式可将每个电极连接片电感降低到4.16 nH。Pspice电路模拟和实验均表明：电容器充电100 kV条件下,12 负载上可获得电压高于600 kV、峰值电流大于50 kA的输出。     

模块化低阻抗紧凑型Marx发生器

设计的10级低阻抗紧凑型Marx发生器整体体积约0.12 m3,输出功率为30 GW,脉宽200 ns。该发生器采用正负充电,触发开关为三电极场畸变开关,其余开关采用过压自击穿开关;经优化设计,自击穿开关高33 mm、电感13.1 nH,触发开关高42 mm、电感15.2 nH。电容正负电极片与开关电极采用挤压连接,电极片间绝缘材料为聚丙烯薄膜,薄膜共100层,总厚度2 mm,耐受电压大于100 kV;Maxwell模拟表明:此种连接方式可将每个电极连接片电感降低到4.16 nH。Pspice电路模拟和实验均表明:电容器充电100 kV条件下,12 负载上可获得电压高于600 kV、峰值电流大于50 kA的输出。     

基于磁开关和带状线的长脉冲超低阻抗脉冲发生器(英文)

设计了一台基于磁开关和带状线的超低阻抗长脉冲脉冲发生器。设计输出脉冲电压20kV,电流40kA,脉宽230ns,由初级储能系统、脉冲变压器、磁开关、带状脉冲形成线、轨道开关和负载组成。脉冲发生器的关键设备是40kV级磁开关,它能将40kV,10μs的脉冲压缩为40kV,2μs的脉冲;超低阻抗卷绕型带状脉冲形成线,其特性阻抗0.5Ω,电长度115ns,由铜带和聚酯薄膜卷绕而成,为全固态化脉冲形成线。在大功率匹配负载上得到了电压17.8kV,电流35.6kA,脉宽约270ns的准方波脉冲。实验结果与理论计算及数值模拟结果基本一致。     

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。     

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。     

0.1 Hz 800 kA驱动源模块研制

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆（Z-FFR）能源的重复频率800 kA快上升沿的线性变压器驱动源（LTD）模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100 kV/40 nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100 ns的800 kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140 kV、25 ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10 s输出一个80 kV/800 kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2 kA、脉宽30 ??s的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3 ns。     

0.1 Hz 800 kA驱动源模块研制北大核心CSCD

介绍了面向Z箍缩驱动聚变裂变混合堆(Z-FFR)能源的重复频率800kA快上升沿的线性变压器驱动源(LTD)模块的设计和测试。LTD模块由34组RLC电路组成,每组包含2台100kV/40nF脉冲电容器、1个多间隙气体开关和非晶磁芯。研制的模块可以在匹配水电阻负载上以0.1 Hz的重复频率输出上升沿约100ns的800kA的电流脉冲。采用了一个高压触发信号来触发整个模块的新触发方式,将外触发信号通过模块内布置的角向传输线等网络同时到达并触发所有的高压开关,实验结果表明采用一路140kV、25ns前沿的触发脉冲可以可靠地触发整个模块。为了保证LTD模块每10s输出一个80kV/800kA的电流脉冲,非晶磁芯的去磁复位采用了一个5.2kA、脉宽30!s的电流脉冲,其运行频率为0.1 Hz。模块采用的多间隙气体开关运行寿命超过10 000次,其抖动小于3ns。     

基于磁开关和带状线的长脉冲超低阻抗脉冲发生器

设计了一台基于磁开关和带状线的超低阻抗长脉冲脉冲发生器。设计输出脉冲电压20 kV,电流40 kA,脉宽230 ns,由初级储能系统、脉冲变压器、磁开关、带状脉冲形成线、轨道开关和负载组成。脉冲发生器的关键设备是40 kV级磁开关,它能将40 kV, 10 μs的脉冲压缩为40 kV, 2 μs的脉冲;超低阻抗卷绕型带状脉冲形成线,其特性阻抗0.5 Ω,电长度115 ns,由铜带和聚酯薄膜卷绕而成,为全固态化脉冲形成线。在大功率匹配负载上得到了电压17.8 kV,电流35.6 kA,脉宽约270 ns的准方波脉冲。实验结果与理论计算及数值模拟结果基本一致。     

300 kA直线型变压器驱动源模块实验研究

介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关,可以并联更多的支路数,减小回路电感,提高储能密度;通过采用非晶磁芯,减小磁芯损耗,提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响,实验结果表明:模块开关电压工作系数达到0.7,多间隙串联开关才能较好同步放电;给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果,在模块充电90 kV,开关气压0.32 MPa情况下,匹配负载电流峰值可达到302 kA,上升时间约100 ns,负载上获得的峰值功率为23 GW。     

300 kA直线型变压器驱动源模块实验研究

介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关,可以并联更多的支路数,减小回路电感,提高储能密度;通过采用非晶磁芯,减小磁芯损耗,提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响,实验结果表明：模块开关电压工作系数达到0.7,多间隙串联开关才能较好同步放电;给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果,在模块充电90 kV,开关气压0.32 MPa情况下,匹配负载电流峰值可达到302 kA,上升时间约100 ns,负载上获得的峰值功率为23 GW。     

Testing of a 100-kV 100-Hz Rep-Rate Gas Switch

A two-electrode gas switch with a self-breakdown voltage of 100 kV was operated at a pulse-repetition rate (PRR) of 100 Hz with bursts up to 10 s in duration. The output of a pulse transformer provided the (1 - cos ?t) waveform which charged the switch in about one-half ms. The switch discharged with a peak current of about 10 kA and a total charge transfer of about 10 mC into a damped LC circuit. A continuous purge of air through the interelectrode spacing enabled the switch to recover its breakdown voltage between discharges. Flow rates up to 35 standard cubic feet per minute (scfm) were employed. This paper discusses the dependence of switch jitter and waveform reproducibility on airflow rate.     

基于反向开关晶体管的重复频率脉冲电流源

介绍一种基于新型大功率半导体反向导通型双晶复合晶体管(RSD)开关的重复频率脉冲电流源。重复频率脉冲源主要包括半导体RSD开关、快速可控硅和磁开关等元件。初步实验产生的脉冲峰值电流约6.2 kA,脉冲宽度约10 μs,电流上升率可达18 kA/μs,工作电压约1 kV,可工作于单次和重复频率1,10和100 Hz等状态。     

基于反向开关晶体管的重复频率脉冲电流源

 介绍一种基于新型大功率半导体反向导通型双晶复合晶体管(RSD)开关的重复频率脉冲电流源。重复频率脉冲源主要包括半导体RSD开关、快速可控硅和磁开关等元件。初步实验产生的脉冲峰值电流约6.2 kA,脉冲宽度约10 μs,电流上升率可达18 kA/μs,工作电压约1 kV,可工作于单次和重复频率1,10和100 Hz等状态。     

20GW低阻负载电感储能功率调节装置研究

 对电感储能/电爆炸丝断路开关功率调节系统进行了数值模拟，研制了输出峰值功率大于20GW的小型化低阻负载电感储能/电爆丝断路开关功率调节装置。实验结果表明：以电容器作为初始能源，在6~10Ω电阻负载上输出脉冲电压大于400kV、脉冲电流50~60kA，峰值功率大于20GW，能量转换效率大于30%。