基于Cockcroft-Walton倍压网络的隔离型高升压比DC-DC变换器

传统Boost变换器由于受到占空比的约束,一定程度上限制了其在高电压增益电源上的应用。本文基于隔离型升压变换器和Cockcroft-Walton电压倍增单元研究了一种具有高电压增益的DC-DC变换器,并分析了其工作原理及特性。该变换器通过整合隔离型升压变换器与电压倍增单元实现了超高升压比转换,与传统Boost变换器相比,该拓扑具有以下优点:①在较低占空比下实现了高电压增益;②较低的有源开关器件电压应力;③单开关结构简化了控制电路。最后,搭建了一台效率可达89.5%的35 W样机,实现了24 V到1 000 V的高升压比转换,并利用样机对理论分析结果进行了验证。

对称型Cockcroft-Walton倍压器纹波谐波特性的数值模拟

以 3段对称型Cockcroft Walton倍压器电路为例 ,用计算机模拟法分析了纹波的主要谐波成分与电路非对称性和负载电阻之间的关系。计算结果表明 ,纹波的奇次谐波随电路非对称量的增大而变大 ;整流二极管的导通非对称性导致奇次谐波成分增大 ;在相同非对称度条件下 ,输入电压非对称性引起较大的纹波谐波。

多阶平衡式Cockcroft-Walton电路的等效模型与输出特性

基于电路的输出效果,采用电荷转移原理阐述平衡式Cockcroft-Walton(C-W)倍压电路较为复杂的物理过程,将电路中二极管的非线性导通特性等效为周期性线性导通的数学解析模型,推导了表征其输出特性的纹波电压和带载输出电压的理论输出表达式。采用仿真软件对比了基本式和平衡式C-W电路的输出特性曲线,结果表明平衡式拓扑结构的纹波大小约为基本式拓扑结构的8%。同时建立的多阶平衡式C-W电路纹波电压理论模型计算值略低于电路软件仿真值,带载输出电压的理论模型计算值与仿真值的相对误差低于10%。

常规型Cockcroft-Walton倍压器的纹波补偿

常规型Ｃｏｃｋｃｒｏｆｔ－Ｗａｌｔｏｎ倍压器中，以驱动频率为基频的快速周期性波纹是影响其输出直流高压稳定性的重要因素之一。在其低压端注入一个人工合成信号，经电容柱传递到高压端后可补偿纹波。在１０段模型倍压器电路上进行了纹波补偿的实验。结果表明，纹波的各次谐波均得到有效的抑制，输出直流电压纹波的有效值减小到补偿前的６．３％。

改进型低纹波Cockcroft-Walton倍压电路及其特性研究

多级倍压整流器倍压纹波和电压跌落分别受级数次方的影响,在级数增加的情况下会明显增加。在最低级数2倍压电路的基础上,采用移相和反相叠加实现2N倍压电路。使用三相组式变压器输出绕组三相独立连接直流二倍压电路,通过并联输入、串联输出实现6脉周期性叠加,构建12倍压电路。通过叠加,大幅度削弱了脉动的幅度。对纹波和电压跌落进行了理论分析和估算,并与经典型和对称型Cockcroft-Walton多级倍压电路进行比较。结果表明,该电路可以显著减小电压纹波和电压跌落,并明显缩短了输出电压稳态建立的时间。

基于Cockcroft-Walton电路的PMT高压电源

根据当前实验室资源的需要合理分配与利用的需求,设计与实现了一种高效率、低纹波的PMT高压电源。该电源主要有LM10CLN电压控制部分,基于Cockcroft-Walton升压电路部分,反馈和保护电路部分和I-V转换部分来实现。最后完成电路的PCB板制作,通过对样品的试验,验证了本方案是可行的。电路运行良好,电路的线性度、纹波大小均符合要求。

改进型Cockcroft-Walton单级高电压增益逆变电路

为提高变换器电压增益和效率,提出一种带有耦合电感的改进型Cockcroft-Walton单级高电压增益逆变器。在传统电压源逆变器的基础上,加入由耦合电感和改进型Cockcroft-Walton升压单元组成的阻抗网络,并利用SVPWM控制方式进行逆变。所提出的改进型Cockcroft-Walton单级高电压增益逆变器降低了耦合电感匝比,一个逆变周期中,利用较小的直通占空比和较大的调制指数获得高质量的输出波形。实验室设计的700 W样机对所提电路进行相关性能检测,结果可知理论分析、仿真研究和实验结果完全一致,验证了所提变换器的有效性和实用性。

一种改进Cockcroft-Walton准Z源逆变器

提出了一种能达到高电压增益且由耦合电感构成的新型准Z源逆变器,它由Cockcroft-Walton倍压单元重新组合而推演出的新型升压模块嵌入到准Z源中获得。该新型拓扑继承了准Z源的所有优势,同时由于耦合电感的存在能使电路从匝比和占空比即双变量达到调节电压增益的目的,可在很小的占空比下实现高升压能力,具有更高的调制比,拥有更高质量的输出正弦波。对该新型拓扑进行了工作状态分析,研究了其自身升压能力、各部分功耗,并与(准)Z源逆变器及其相关改进单级可升压逆变器进行性能对比。实验室搭建了一台输出功率1 kW的样机以验证所提逆变器的可行性。

Development of the Operating Circuit for a LED Lamp Based on the Cockcroft-Walton Circuit

The operating circuits for LED （light emitting diode） lamp composed of diodes and DC capacitors only are proposed. The proposed circuit is based on a double-voltage rectifier circuit and a Cockcroft-Walton circuit. The circuit can operate LED without flicker, and is free from switching noise since high frequency switching circuit is not used. To replace an AC capacitor by a DC capacitor for the ballast, a diode is connected across the capacitor in parallel, and the operating voltage of LED unit is kept at the value greater than the peak voltage of the input power source. The circuit realizes high efficiency and high input power factor compared with the operating circuits on the market. Cockcroft-Walton-type circuit can operate many LED devices in series connection. Series connection is preferable for fabricating LED unit of a constant voltage characteristic. Moreover, fairly flat waveform of LED operating current is realized by Cockcrofl-Walton-type circuit, even though capacitor ballast is used.

细电子束Cockcroft-Walton加速器的研究

细电子束由加速器通过电子枪发射电子 ,经电子透镜及偏转射向目标靶 .以SDS 3电子束曝光机为基础 ,完成了电子束Cockcroft Walton加速器噪声抑制的最优状态实验 .系统为加速器调整电路提供一个正比于输入电压的电流 .补偿放大器是由一个主放大器和一个辅助放大器组成 ,辅助放大器消除了主放大器自身的失调漂移 .文中介绍了复合调整式Cockcroft Walton加速器的总体设计方案 ,给出了实现加速器高稳定度的关键技术措施 .从加速器总输出中滤去噪声信号 ,获得稳定的输出电压 。

分布电容及倍压电路输出电压研究

本文基于倍压整流电路下对比不同电容分布的阻抗指标大小,研究分析了结构及电容分布形式均统一时的对称倍压整流电路特点。研究表明,对称倍压电路生成的阻抗值最低,与其他结构相比较,其对外输出的阻抗低,而输出电压值最大。本文通过仿真检测,证实了该理论的准确性。

对称型Cockcroft—Walton倍压器纹波的谐波特性

在一个自制的模型倍压器上，通过测量纹波，分析了纹波的各次谐波成分与电路非对称性和负载的关系．结果表明，纹波可以分为由电路非对称性产生的奇次谐波和电容器充放电产生的偶次谐波．轻载时奇次谐波中基波起主导作用，可以认为其是在线性近似条件下电路非对称在输出端产生的交流纹波部分。电路非对称时，随着负载电流的增大，二极管导通状况的非对称性使奇次谐波成分变大。

14MeV中子引发SRAM器件单粒子效应实验研究

在中国原子能科学研究院的高压倍加器装置上开展了SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应实验研究。介绍了中子的产生、中子注量率的测量和调节以及中子单粒子效应的测试等的实验方法,获得了HM628512BLP型和R1LV1616HSA型SRAM器件的14 MeV中子单粒子效应截面。前者与文献的单粒子效应截面在误差范围内一致,验证了实验方法的科学性和可行性。后者与由效应机制出发获得的理论分析结果在量级上一致,对实验结果给出了定性的解释。

分布电容及倍压电路输出电压研究

X射线管在工作时需要高压电源进行供电,其高压是通过多级倍压电路来产生的,其中最常见的是半波Cockcroft-Walton倍压整流电路。在HWCW倍压整流电路结构下,对不同电容分布所产生的阻抗大小进行对比,同时又对结构相同且电容分布相同的对称倍压整流电路进行对比。实验结果表明,对称式倍压整流电路的阻抗最小,即每级倍压整流单元均采用同容值电容,其输出阻抗比其他结构可以降低2倍以上且输出电压最高,对该理论的正确性也进行了相关的仿真验证研究。

单漂移聚束腔的改进

为扩展中国原子能科学研究院高压倍加器的ns脉冲束的能区范围,研制了一种新的聚束装置,使该加速器从仅能提供300keV ns脉冲束,扩展到能提供100～400keV整个能区的ns脉冲束。

高压倍加器微秒脉冲束系统的建立

为满足某些效应本底较低的实验的需求,在中国原子能科学研究院的高压倍加器上利用束流切割的方法建立了一套微秒脉冲束系统,并对研制的系统进行性能测试,介绍了该系统的建造方法和性能测试结果。该套装置符合设计要求,可投入实际应用。

考克饶夫和瓦尔顿对人工核蜕变的研究

介绍了考克饶夫和瓦尔顿的生平;记述了考克饶夫受伽莫夫理论的启发,提出建造高压加速器计划的过程;回顾了考克饶夫和瓦尔顿如何克服困难建造实验装置,完成人工加速带电粒子引起核蜕变的实验;剖析了考克饶夫和瓦尔顿成功的要素:抓住机遇、密切合作、勤奋工作和百折不挠的毅力等.

高压倍压整流电路无功补偿对策

分析了高压倍压整流电路在中高频条件下产生无功功率的原因 ,以减小供电逆变器容量为目的 ,提出了具体的功率因数补偿方法 ,并通过实验证明了有效性。

800kV/30mA电子辐照倍压加速器研制

本文介绍了一台由工频驱动并采用气体绝缘变压器的对称Cockcroft-Walton型800kV/30mA高压电子加速器的研制和调试。气体绝缘变压器和倍加回路均置于SF6压力钢筒内,相对于一般采用的油变,简化了馈电,缩减了整个设备的体积;采用工频供电,无需专门的前级驱动电源;电子枪供电通过专设的一组隔离变压器实现。经调试和改进,该加速器空载电压可达860kV以上,700kV下已完成大于30mA的稳定出束,能量转换效率可达90%。该加速器有望成为1 MV以下的辐照实用机型。

基于SiC探测器的裂变靶探测系统中子灵敏度标定

在高压倍加器上,采用直流法和脉冲法分别标定了235 U和238 U靶构成的探测系统对14.9 MeV中子的灵敏度。对脉冲法的原理、方法及结果进行了介绍,并与直流法的测量结果进行了对比。结果表明:脉冲法和直流法的结果在不确定度范围内一致。脉冲法可在一次测量中直接扣除本底,而直流法的本底测量不准确,因此脉冲法是一种更准确的方法。本文方法可为脉冲中子源裂变探测器的相关研究提供参考。