小型脉冲功率发生器的电路方法与实践

基于实用的观点综述性地归纳了小型脉冲功率发生器的主要电路方法,从电路的储能原理和电压叠加到开关单元设计及控制信号的产生技术。以作者的实际工作内容为主,用具体的电路实例介绍了几种脉冲功率电路的基本结构和主要结果。这些电路包括:电容储能Marx发生器,电感储能Marx发生器,混合储能Marx发生器,电容储能直线型变压器驱动器(LTD)和电感储能LTD。

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500Ω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。

电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器

利用传输线中的电感单元和电压叠加的方式来获得纳秒(ns)级矩形高压脉冲是一种全新的思路。描述了这种发生器的基本原理,并利用同轴电缆和MOSFET开关制作了两种原型脉冲发生器(单线型和双线型)来论证此方案的可行性,并进行了初步实验验证,在四模块叠加的情况下,分别实现了4kV/20 A,20ns和2kV/40A,20ns的短脉冲。实验结果表明,电感型脉冲形成线电压叠加器是一种有潜力的紧凑型高压脉冲发生器。

基于固态LTD的大容量脉冲功率电源

固态直线变压器驱动源(LTD)是新型的脉冲功率电路方法之一。其工作原理基于大量功率半导体器件的同步控制,因此它在电路结构和工作特性方面与传统的脉冲功率电源有很大不同。在此通过实验,首先验证了LTD的基本工作原理,进而试制了一台采用650个功率MOSFET的LTD系统。实验结果分别给出了超过20 kV的最高输出电压和超过3.2 kA的最高输出电流,上升时间(10%~90%)小于20 ns。在此基础上还采用少量的模块验证了双极性LTD的可行性。实验结果同时也显示了开关的导通电阻对LTD输出参数的影响和由此带来的技术问题。