铁电陶瓷脉冲耐压失效分布及耐压可靠性

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲耐压后压电常数与电滞回线测试研究.结果表明:铁电陶瓷的击穿概率与脉冲加电压次数曲线呈现典型的浴盆曲线分布,经历10次脉冲高压测试合格的样品,其脉冲耐压失效概率相比于未经历脉冲高压陶瓷样品,降低了4个数量级以上,且上述脉冲高压加载接近无损.考虑到裂纹扩展速度,多个缺陷导致的裂纹同时扩展并连通是铁电陶瓷在脉冲高电压下断裂的主要原因.

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5kV、脉冲宽度大于200μs及脉冲前沿小于30ns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。

低抖动快前沿重复频率高压脉冲触发源研制

给出了基于远程和本地两种控制方式,作为低抖动快前沿重复频率高压脉冲触发源系统的设计原理和方法.研制了一重复频率为0.01-Hz、脉冲输出幅度为10-0kV、前沿小于10ns、脉宽大于500ns以及抖动小于1ns的高压脉冲触发源.设计上将程控和手动触发信号分别作为重复频率和单次预触发脉冲,驱动后级触发器绝缘栅双极型晶体管,经脉冲变压器变换后控制氢闸流管VE4141放电,实现输出高压脉冲.通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了外触发脉冲情况下高压脉冲输出的实验结果.

一种100 kV Mini-Marx发生器触发源的设计

根据100kV Mini-Marx脉冲发生器对触发源的技术要求,设计了一种基于VE4141型氢闸流管气体开关器件的高压脉冲触发源。该触发源系统输出高压脉冲幅度达到0～30kV、脉冲前沿小于15ns、脉冲宽度大于500ns,不仅可以接收光、电和手动信号触发,而且还可以通过接口来控制调整100kV Mini-Marx发生器的充电电压以及电压显示。采用固态IGBT半导体开关器件产生预触发和主触发脉冲,控制气体开关氢闸流管VE4141瞬间导通放电输出高压脉冲信号,触发后级Mini-Marx脉冲发生器产生不小于100kV的高压脉冲。

触发预电离一体化脉冲氙灯电源设计

采用高压触发预电离为一体＋脉冲形成网络触发氙灯的技术路线,分别设计了脉冲氙灯电源系统中高压触发、预燃电流维持两个功能单元。根据脉冲氙灯160mm×9mm、极间距70mm的技术指标,成功设计了一台具有手动和电脉冲触发功能的方波脉冲氙灯电源。氙灯充电电压300～900V可调,光脉冲宽度为150μs±20μs,光脉冲上升时间不超过90μs,触发延迟不超过90μs,触发抖动在±2μs范围内。给出了单次触发情况下脉冲氙灯电源输出的实验结果,验证了所采用的设计原理和技术方法的可行性。

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1Hz^1kHz、充电电压4kV、负载阻抗为1kΩ条件下,可实现输出幅度大于20kV、前沿小于10ns且脉宽大于100ns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(1kHz)触发信号作用下全固态脉冲源输出的实验结果。

多通道可延时同步脉冲产生系统研究

为满足高功率脉冲实验中对不同电压等级Marx的触发控制和系统负载对电流的需求,实现脉冲功率的有效叠加,要求在满足系统装置稳定运行的前提下,对每一路脉冲功率单元系统的触发时序达到可精确控制。多通道可延时同步脉冲产生系统针对这一问题,通过对时序逻辑的精确分析以及合理采用FPGA技术,不仅提供产生10路延时电触发信号,而且还能同时产生10路延时光触发信号;在外部10 MHz晶振下,延时范围达到0.1μs^6 ms、延时精度100 ns、步进100 ns;在50Ω负载上实现产生输出幅度>100 V、前沿<14 ns、脉宽>200 ns且各通道之间延时抖动达到≤820 ps的延时同步脉冲。

基于冷阴极触发管的重频高压脉冲源设计

为满足爆轰物理实验、X光机以及Marx脉冲功率装置等触发系统的需求,设计了一种输出幅度在8~15 k V、重复频率1~40 Hz工作的重频高压脉冲源。采用固定频率脉宽调制（PWM）控制器TL494集成电路,构建高压电源给储能电容提供所需能量;在手动触发、光触发（单次和重频）以及电触发三种触发脉冲信号的作用下驱动IGBT半导体开关,经脉冲变压器变换后控制冷阴极触发管迅速导通,致使储能电容上的能量在75Ω负载上瞬间产生放电,得到一路幅度大于15 k V、脉冲前沿小于13 ns、脉宽大于500 ns的高压脉冲和一路幅度大于150 V、前沿小于8.3 ns、脉宽大于1μs的同步脉冲,系统抖动时间绝对值小于10 ns。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,并给出了重频工作下高压脉冲源输出的实验结果。

模块化多路同步快脉冲触发源设计

基于超快速高压大功率半导体开关、脉冲形成电路以及同心等间距传输的关键技术,提出一种模块化多路同步快脉冲触发源技术方案。设计出在负载阻抗为50Ω时,可同步输出两种快脉冲触发信号:一种幅度大于20V(4路)、脉冲前沿小于820ps、脉冲宽度大于100ns;另一种则是幅度大于100V(4路)、前沿小于1.4ns、脉宽大于100ns;在外触发作用下,触发源系统抖动和脉冲输出同步分散性分别达到2ns和36.6ps。电路结构上充分利用等间距电信号传输的原理,实现了快脉冲触发源模块化的设计。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了在外触发脉冲单次和重频(5kHz)作用下该同步快脉冲触发源输出的实验结果。

新型程控高压脉冲发生系统设计

采用触摸屏、可编程控制器（PLC）、程控交流稳压电源及工控机与高压单元、脉冲单元相结合研制的新型程控高压脉冲系统有本地操作和远程控制工作模式，具有锁控开关、低压和高压外触发输入及3路电刹车和1路光刹车等新功能。系统的各项技术指标达到用户要求，可靠性、稳定性以及安全性都超过预期目标。

基于TL494控制的高压直流电源研制

给出了以TL494（固定频率脉宽调制控制器）集成电路为核心控制电路的小型智能化高压直流电源的设计方法。采用将TL494集成电路和半导体场效应管（Metal—Oxide—SemicondutorFieldEffectTransistor，MOSFET）相组合构成脉冲源，驱动高频脉冲升压变压器并经倍压整流滤波电路整流的技术方法，产生输出电压幅度为0～20kV、输出电流为5mA、稳定性高的直流高压。

基于脉冲形成线的脉冲方波电源设计

为研究某种高压氧化锌(ZnO)陶瓷压敏电阻的特性,设计了用于该电阻测试所需的高压脉冲方波电源。利用脉冲形成开关和高压脉冲形成线网络相结合的原理,采用固体半导体开关器件来产生触发脉冲信号。运用场畸变火花开关作为脉冲形成开关,去控制由脉冲形成线网络构建的储能单元进行放电。再通过应用脉冲变压器进行传输与能量变换后,最终在这种高压ZnO陶瓷压敏电阻负载上,实现输出电压幅度不大于40 kV、脉冲宽度不小于4μs、脉冲前沿不大于1μs的高压脉冲方波信号。

基于TL494控制的脉冲式高压充电电源

介绍一种给脉冲电容器组快速充电的脉冲式高压充电电源。采用集成控制电路TL494（PWM）作为电源控制核心电路，通过驱动模块EXB841控制高压绝缘栅双极晶体管IGBT的导通与截止，推动高压升压变压器产生高电压，实现给脉冲电容器组快速充电。

基于伪火花开关控制的脉冲氙灯电源研究

为满足爆轰试验高速摄影测试技术中脉冲氙灯照明系统的需求,设计了一种充电电压0～15 kV、储能电容100μF、可分别驱动规格为φ20 mm×500 mm×620 mm和φ50 mm×720 mm×1 080 mm两种脉冲氤灯的电源。采用在光触发信号作用下,一是将高压触发源输出15 kV的脉冲信号,通过绕丝方式对脉冲氙灯进行启辉使其瞬间导通;二是利用伪火花开关（PSS）导通机理将存储在电容上的能量,经电感后迅速转移到脉冲氤灯上对其放电即点亮氙灯。最终在两种脉冲氙灯上分别得到电压约5 kV,15 kV,电流3 kA,8 kA、发光持续时间分别为200μs和100μs的脉冲信号。通过实验结果验证所采用的设计原理及方法的可行性,并给出实验结果。

10kV全固态重复频率方波脉冲源研制

基于金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和Marx发生器电路,研制了一种在重复频率1~100 Hz下,最高输出脉冲电压10 kV、脉冲宽度从550ns到1μs可调的全固态方波脉冲源。设计中利用直流高压电源作为能源系统,采用MOSFET半导体固态开关替代气体火花隙开关作为放电主开关,用快恢复二极管取代充电电阻。由外部多功能触发器产生脉宽和频率均可调节的触发信号,通过驱动电路控制由MOSFET半导体固态开关构成的放电主开关,经脉冲放电回路在不同负载上实现输出所需的高压方波脉冲。通过实验验证了设计原理及方法的可行性,并给出了单次和重频信号触发下该固态方波脉冲源输出的实验结果。

基于光电信号控制触发的四路高压脉冲源

给出了一种基于光电信号来作为四路高压脉冲源触发控制的设计原理和方法,采用光电信号作为前级控制触发脉冲,驱动后级高压半导体开关器件(IGBT)输出高压脉冲信号。设计了一台脉冲幅度为500 V^1 k V、脉冲宽度大于500 ns、脉冲前沿小于25 ns以及各通道之间输出的高压脉冲信号分散性小于10 ns的四路高压脉冲源。通过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四路高压脉冲输出的实验结果。

用于等离子体射流装置的高压变频脉冲源研究

为研究某种等离子体射流装置在常温常压空气中的放电特性,设计了一种可输出准正弦波电压幅度最高为20 kV、重复工作频率1 Hz~100 kHz可调,功率约为5 kW的等离子体高压变频脉冲源。设计上采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构建全桥拓扑电路,利用开关电源软开关技术原理,将初级能量转移到全桥式串联谐振逆变器上,通过控制芯片施加驱动脉冲信号,经高频脉冲变压器变换后输出高幅度脉冲电压。在间歇或连续工作模式下,该脉冲源输出的高压准正弦波脉冲信号,被加载至等离子体射流装置上,该装置经高压脉冲作用下击穿放电后产生等离子体射流。通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了不同工作频率条件下得到的实验结果。

100kV Marx发生器触发源的研制

根据100kV Mini—Marx脉冲发生器对触发源的技术要求，设计了基于VE4141型氢闸流管气体开关的高压脉冲触发源。该触发源输出参数为：高压脉冲幅度0～30kV、脉冲前沿小于15ns、脉冲宽度大于500ns，抖动小于4ns（极差）。该触发源不仅可以接收光、电和手动外触发信号，还可以通过接口控制调整100kV Mini—Marx发生器的充电电压以及电压显示。利用固态IGBT半导体开关产生预触发和主触发脉冲，控制气体开关氢闸流管VE4141瞬间导通放电输出高压脉冲信号，去触发后级Mini—Marx脉冲发生器产生大于等于100kV的高压脉冲。

重复频率高压脉冲触发源的设计

提出了一种基于远程和本地2种控制方式的重复频率高压脉冲触发源系统的设计原理和方法。研制了一台重复频率为0．01～1Hz、脉冲输出幅度为10-20kV、前沿小于16ns、脉宽大于500ns以及抖动小于1ns的高压脉冲触发源。设计上将程控和手动触发信号分别作为重频和单次触发脉冲，驱动后级触发器IGBT，经脉冲变压器变换后控制氢闸流管VE4141放电，实现输出高压脉冲。本研究给出了外触发脉冲情况下高压脉冲输出的实验结果，验证了所采用的设计原理及方法的可行性。

基于光电信号控制触发的四路高压脉冲源

采用光电信号作为前级控制触发脉冲，驱动后级高压开关管输出高压脉冲信号的思路，设计了一台脉冲幅度为500～1000V、脉冲宽度大于500ns、脉冲前沿小于25ns以及各通道之间输出的高压脉冲信号分散性小于10ns的四路高压脉冲源。通过实验结果验证了采用的设计方法的可行性，给出了单次触发情况下四路高压脉冲输出的实验结果。