用于等离子体焦点装置的强流装置

研制了用于稠密等离子体焦点的强流装置,该装置采用八台低电感低内阻脉冲电容器和八个低感大电流、可控触发高压开关并联组成初级储能模块,高压开关同步击穿后产生μs级强电流经平行板传输线加载到负载。脉冲电容器和高压开关采用一体化设计,结构紧凑,使脉冲电容器与高压开关间的连接电感尽可能小;平板传输线为扇形结构,一个扇形平板传输线连接一个高压开关,平行板传输线可以将电感做得较小,有利于大电流回路的传输。在脉冲电容器充电20 kV时,假负载上可以得到500 kA的电流,电流上升时间约为3.7 μs。     

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在J-TEXT 装置上设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字式峰值检测电路,该电路先对负载电流进行模数(AD)转换,再经有限冲激响应(FIR)滤波器进行数字滤波,然后用峰值算法获取电流峰值,最后经数模转换器(DA)输出电流峰值。在此基础上,完成了扰动场交流电源负载电流峰值反馈系统的设计,实验结果表明系统动态性能好、检测精度高,能很好满足交流电源负载电流反馈控制的需要。     

紧凑型X-pinch装置探头标定

 介绍了紧凑型X-pinch脉冲功率装置的电流电压测量设计方法。根据该装置的同轴传输线结构特点,研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载外筒,构成回路测量负载电流的探头。在传输线末端设计电容分压器作为测量负载电压的探头,并利用电路模拟软件对此过程进行模拟,同时这两个探头需要进行在线标定。实验研究结果表明,该探头性能稳定、响应快,是测量负载电流与电压的理想工具。     

J-TEXT 扰动场交流电源峰值反馈系统设计

在J-TEXT 装置上设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的数字式峰值检测电路,该电路先对负载电流进行模数(AD)转换,再经有限冲激响应(FIR)滤波器进行数字滤波,然后用峰值算法获取电流峰值,最后经数模转换器(DA)输出电流峰值。在此基础上,完成了扰动场交流电源负载电流峰值反馈系统的设计,实验结果表明系统动态性能好、检测精度高,能很好满足交流电源负载电流反馈控制的需要。     

14T核磁共振成像超导磁体电源拓扑设计及纹波抑制

根据14T 核磁共振成像(MRI)大电感超导体磁体(电感307H、连接阻抗2mΩ)负载纹波的需求(低压为3V、电流为1500A、电流纹波小于1ppm)，基于常见拓扑结构出现的问题，提出了一种适用于这种大电感超导磁体运行电源的拓扑结构。此拓扑结构采用多级处理、无源滤波和有源滤波相结合的思想来设计。介绍了电源的输入级、中间变换级及输出级三个部分的拓扑，并阐述了各部分拓扑设计对负载电流纹波抑制的作用。通过 Matlab 仿真分析，验证了拓扑设计的合理性。     

串联谐振充电电源分析及设计

 推导了串联谐振充电电源不同工作模式下的电流、电压计算公式，给出了计算不同周期电流、电压值的递推公式；应用递推公式说明了这种电源的脉动恒流充电特性；给出了负载电容不完全放电情况下电源参数的计算方法。在负载电容完全放电的情况下，电源的平均输出功率为最大输出功率的一半，在负载电容电压基本维持恒定的情况下，电源平均输出功率与最大输出功率相等；最后给出了一台为Tesla型加速器初级储能电容充电的谐振电源的设计实例，电源的实测结果和计算结果一致，在100Hz重复频率下运行稳定可靠。     

对教材一个演示实验的改进

1 教材给出的演示实验 高中教材(人教版)《物理·选修3-2》 第五章第3节"电感和电容对交变电流的影响"中,有一个展示电感对交流电阻碍作用的演示实验,如图1所示. 把带铁芯的线圈L与小灯泡串联起来,先把它们接到直流电源上,如图1(a)所示;再把它们接到交流电源上,如图1(b)所示.取直流电源的电压与交流电源电压的有效值相等,观察两种情况下灯炮的亮度. 这个实验说明了什么? 2 对演示实验的评价 该演示实验直观地展示了电感对交变电流的阻碍作用,对学生认知电感的"通直流阻交流"特性,起到了很好的铺垫作用.     

一种多组电极的高功率多脉冲气体开关

 设计了一个有3组电极的开关，给出了开关的结构，分析了多组电极共存的可行性和开关内的电场，利用通用电路模拟软件对通过开关的电流进行了计算。此开关在单组电极导通时，耐电压约为50kV，电流100kA以上，电流脉宽约20μs；在间隔1ms，脉宽为μs级的预触发脉冲触发下，开关能在电感负载中产生间隔为1ms的3个电脉冲，实验测得平均峰值电压约38kV，电流约100kA，脉宽约20μs。     

自同步多开关纳秒脉冲发生器

介绍了一种基于传输线变压器（TLT）的多开关脉冲功率技术。该技术可以像Marx发生器一样实现多个开关的自动同步,而且在输出上更具灵活性:不仅可以通过电压叠加获得高电压输出,而且可以通过电流叠加实现大电流输出,或者用于同时驱动多个独立的负载。基于该技术已成功开发了10火花开关的短脉冲系统。理论设计了带有20开关和20级TLT的脉冲发生器,单脉冲能量140 J,预计峰值功率可达5 GW,可实现多种不同输出方式以满足不同应用需求。     

宽输出电压的半导体激光器驱动电源研究

介绍了一种大功率、宽输出电压范围的半导体激光器脉冲驱动电源的设计方法。根据半导体激光器脉冲驱动电源高电压、大电流的工作特性需求,脉冲放电环节采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合的拓扑结构,这样既实现了脉冲电流平滑稳定,又提高了输出电压等级与功率。充电环节采取LCC谐振变换器结构,其抗负载短路和开路的能力非常适用于脉冲放电场合。该脉冲电源输出参数为:电压0~1000 V,电流1~160 A,脉宽200~250 μs,频率100 Hz内可调,具备较宽泛灵活的输出范围,可适应不同规模的激光二极管阵列。最后,分别通过单模块、两模块与三模块小功率级联型驱动实验验证了采用多模块级联与功率开关管线性控制脉冲放电相结合方法的可行性。     

100 GW直线变压器驱动源的物理设计与模拟

 基于已有四开关组直线变压器驱动源(LTD)模块设计了对1 Ω负载输出电流100 kA、脉冲上升时间小于60 ns的八开关组LTD模块,该模块采用轮辐式结构,由8个储能电容、气体开关、峰化电容器组并联向中心负载放电。在此基础上,给出了峰值功率100 GW、共10级的LTD装置的物理设计,该装置为同轴感应电压叠加型脉冲发生器。通过电路模拟和PIC模拟,对物理设计进行了检验,结果表明：10级八开关组100 kA LTD模块串联可使10 Ω负载获得超过100 GW的功率输出,脉冲上升时间小于60 ns,所选取的结构和参数能保证电子流的磁绝缘,高压脉冲能有效传输到负载。     

同轴-三平板型水介质自击穿开关设计

 在1 MV水介质自击穿开关降压实验的基础上，设计了用于脉冲功率装置的水介质输出开关，设计的最高运行电压为4 MV，放电电流600 kA。4 MW水介质自击穿开关为同轴-三平板结构，由输入输出电极、预脉冲屏蔽板和连接部件组成。在结构设计中拟使用电流线圈测量每个通道的放电电流，用开关前后传输线上靠近开关端的D-dot测量开关的输入输出电压。对开关间隙进行了2维和3维静电场分析，结果发现二者差别较大，3维静电场分析应该更接近实际电场分布。     

导线X射线瞬态响应的数值计算

 针对裸线和带保护层导线两种不同的物理结构,分别应用Holland细线模型和时域传输线模型,结合实验结论,计算了负载大小、导线半径、X射线能量以及保护层厚度等对导线X射线瞬态响应的影响。计算结果表明,负载较小时,负载变化对负载电压电流、负载功率和负载能量的影响不大,负载较大时,对响应的影响比较大;负载增大时,负载电流响应脉宽增加、幅度减小,负载功率存在最大值,但是,负载吸收能量却一直增大;负载响应与导线半径成正比、与X射线能量成反比;变化保护层厚度时,负载响应存在峰值;由于保护层内负电荷的影响,相同X射线和导线半径条件下,带保护层导线比裸线的响应至少小一个量级。     

单一元件交流电路相位差的定性分析

电容、电感、电阻是三个基本电路元件．它们各自和正弦交流电源连接，分别构成纯电容、纯电感、纯电阻交流电路．它们都是理想的电路模型．纯电容电路中电压uc滞后电流icπ/2，纯电感电路中电压uL超前电流iLπ/2，     

爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电的理论分析

 将爆磁压缩等效为电流源的方法，对爆磁压缩发生器通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了理论分析，得出爆磁压缩发生器在负载上产生电流波形（简称负载电流）为直线情况和任意电流波形情况下充电电流和充电电压的表达式。分析表明变压器耦合互感与负载电流随时间变化增长率是脉冲形成线充电的两个重要参数，脉冲形成线第一个充电电压峰值与变压器的耦合互感和负载电流波形斜率成正比，负载电流波形斜率的变化可以改变充电电压峰值的时间，斜率不断增加可以延长第一个充电电压峰值时间，从而可能增加充电电压的幅值，提高爆磁压缩发生器能量的利用效率。     

用万用表测非正弦交流脉冲电流的有效值

目前有不少家用电器的直流供电电源,都是直接由交流电源经桥式整流、电容滤波后而获得,如某种荧光灯电子镇流器,它的交直流变换电路如图1。若测其交流输入功率,就需知道它的输入电流有效值的大小,在输入端串入5 Ω 1 W小电阻,用示波器观察电阻上电压波形,如图2a所示,输入电流不是正弦电流,而是近似按指数曲线变化的交流脉冲电流。它实际是交流电源经整流后给电容C充电的电流波形i_c(t)。在图1电路的输入电路中串入万用表,用交流电流档测得其数值为I_入=80mA,万用表的这个读数是否就是此脉冲电流的实际大小,即万用表的示值是否真实反映此脉冲交流的有效值?     

基于PSM技术的高压电源的模拟实验

1引言 随着HL-2A装置物理实验的不断深入，将开展高参数条件下等离子体加热和电流驱动实验，为此需建造10～20Mw左右的二级加热系统。这些系统要求其高压脉冲直流电源具有输出功率大、输出电压稳定度高、纹波小、保护动作时间短以及保护时输出能量小等特点。而赖以快速调整的高压调整管受到生产技术和材料的限制。     

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。     

平板Blumlein线多通道轨道开关

 设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关,给出了开关的结构,对开关内的电场分布做出分析,利用Pspice软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算。实验测得此开关在实验系统中耐压约为500 kV,导通时通过阻值为1 kΩ的水电阻负载的电流为400 A左右。实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合。实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点。     

不同形状的电流阻挡层对GaN基LED光效的影响

电流阻挡层(CBL)可以改善发光二极管(LED)的发光效率和输出光功率,其形状对电流的阻挡作用有影响。本文通过等离子体增强化学气相沉积设备(PECVD)在InGaN/GaN多量子阱外延片上制备了SiO2薄膜,并腐蚀出不同结构作为电流阻挡层:A组形状与P电极形状相同,B组为Y形CBL,C组为点状CBL。通过对这3组芯片与常规芯片的对比,发现加入CBL对小功率LED的电压特性影响比较小,并且电流阻挡层形状与金属电极形状相同时对光效的提高最大,可以提高14.6%。