氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的kHz重频脉冲功率源

闪光X射线摄影技术在军事和民用等多个领域具有重要场景。针对重频直线感应加速器高重频的要求,提出了基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线的脉冲功率源方案,设计和研制了一种三同轴电缆,研究了氢闸流管的导通特性,搭建了氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源的验证平台,开展了kHz重频脉冲功率源实验研究,以及kHz重频脉冲功率源驱动重频感应腔的实验研究,结果表明:基于氢闸流管驱动三同轴电缆Blumlein线脉冲功率源实现了波形品质优异的kHz重频方波脉冲输出。

氢闸流管工作特性研究

实验研究了氢闸流管的工作特性以及均压处理的优化效果。实验发现加热电压对氢闸流管的工作特性影响较大,在不出现自放电的前提下,使用更高的加热电压能够获得更好的导通性能。触发脉冲的差异以及不同的阳极电压对氢闸流管的导通性能基本无影响。采用电阻对氢闸流管进行均压,能够使其电压分布更加均匀,并且对自放电现象有一些改善。该研究为氢闸流管的使用提供了参考。

氢闸流管开关和感应叠加技术重频脉冲源的实验研究

在电力系统和继电保护设备快速瞬变电磁脉冲群的效应实验中,具有亚μs上升前沿的高压重频脉冲源是关键的设备之一。提出了采用氢闸流管开关结合感应叠加技术实现高压重频脉冲输出的方法。基于变压器理论推导并分析了感应叠加输出方式对脉冲前沿的影响,仿真分析了重频脉冲与单脉冲在频域内的分布情况及变压器的磁场分布,给出了同轴屏蔽结构的设计。应用该方法得到了幅值为50kV的连续5路且前沿在20ns内的重频脉冲输出,该脉冲间隔最小为50μs,并能以10μs为步长调节。实验结果表明:氢闸流管触发稳定可靠,同轴屏蔽结构的感应叠加输出方式可以有效地减小漏感对脉冲前沿的影响,并增加了传输效率。

100 kV重复频率高压脉冲电源

为研究气体间隙的放电特性,设计了输出幅度在30～100kV、重复频率1～5kHz可调的高压脉冲电源。利用谐振充电的原理,将10kV的初级电源的能量转移到中储电容,中储电容的电压升高到至少18kV。在光触发信号的作用下,氢闸流管导通,中储电容上的能量通过脉冲变压器放电,在脉冲变压器的副边得到最大幅度为100kV的负脉冲,其脉宽大于200ns,前沿时间小于90ns。整个装置在不加散热系统的情况下,可连续工作1min以上。

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.

重复频率脉冲功率系统触发器设计

根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理,针对选用的氢闸流管VE4147的触发要求,设计了直流偏压-150V、空载电压2 000V、脉冲电流10A、脉冲宽度800ns、重复频率10kHz的触发器。设计中着重从增强抗干扰能力、降低功耗、改善散热等方面进行考虑,保证触发器以10kHz的重复频率持续工作,已经应用于100kV/2kHz高压脉冲电源、70kV/10kHz氢闸流管老练平台、150kV/1kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源等多个重复频率脉冲功率系统中。

一种新型的氢闸流管HY3202触发系统的研制

氢闸流管的导通速度与触发信号有关 ,常用触发电路中使用快速晶闸管 ,触发信号并不是很理想。在研制硫双原子分子激光器脉冲电源时 ,采用了开通速度更快的功率 MOSFET替代了快速晶闸管。实验证明 ,该触发系统可以明显改善 HY32 0 2的导通特性。

5 kHz重复频率氢闸流管触发系统设计

根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理,针对选用的VE4141氢闸流管的触发要求,设计了输出频率达到5 kHz的氢闸流管触发系统,可以接收光信号和电压信号触发.采用快前沿MOSFET开关产生两路触发脉冲,一路为预触发脉冲,一路为主触发脉冲.预触发脉冲的输出幅度为500～1000 V,主触发脉冲的幅度为1000～2000 V,两路脉冲之间延时500 ns可调.该触发器可通过部分改动应用于其他的大功率开关器件的触发系统.

纳秒级上升时间的高压脉冲群电源

按照IEC 61000-4-4/GB 17626．4—1998的要求,首先应用PSPICE仿真确定电路中各元件的参数值,然后基于拉普拉斯变换用MATLAB求解二阶电路验证各元件参数。在此基础上研制了一台以开关电源作为高压直流电源、以氢闸流管作为主控开关的脉冲群电源。该电源体积小、重量轻、效率高、成本低廉。试验结果表明,其输出信号符合标准要求,可用于快速瞬变脉冲群抗扰度试验。

CSNS的kicker电源闸流管触发特性分析

针对中国散裂中子源kicker电源的闸流管,研制了基于大电流脉冲预电离和高压脉冲点火原理的双脉冲触发器,提高了闸流管的触发导通稳定性;同时研究了氢流、灯丝电流及预点火电流等参数对闸流管状态的影响;针对闸流管误漏触发现象,研制了基于单稳态及逻辑门电路构成的误漏触发检测电路,能够对闸流管的状态进行准确分析及预判;最后对kicker脉冲电源系统进行了年度分析总结。

基于脉冲变压器和脉冲形成网络的高压脉冲源

为了满足在高电压状态下对氧化锌陶瓷（ZnO）元件的检测需要,研制了一种基于脉冲变压器和脉冲形成网络（PFN）的,输出电压范围10-80kV可调,波形为近方波的高压脉冲源。根据实际研制过程,分别介绍了高压脉冲源的设计、仿真及系统电路构建。测试了高压脉冲源在标准负载（匹配）和氧化锌陶瓷负载上的输出情况。结果显示：脉冲顶降小于3%,顶部波动小于1.5%,前后沿指标均满足要求。因而,高压脉冲源可以用于氧化锌陶瓷的性能检测。

食品辐照加速器用脉冲源的设计

介绍了所设计的一种食品辐照加速器用5.5MW脉冲源,它采用放大链形式,末级为速调管放大器,使用典型的线型调制器;阐述了工程应用中脉冲源各主要电路参数的计算和选择,详细说明了其中关键器件闸流管的应用;最后给出了样机的测试波形。结果证明,该体制的脉冲源可安全可靠地应用于民用加速器中。

氢闸流管放电猝熄实验现象

氢闸流管脉内放电猝熄给高功率氢闸流管的放电脉冲宽度和峰值电流或峰值功率能力设置了一定限制 ,造成工作不稳定。还观察到另一种不同的脉间猝熄现象。随着运行时间增加 ,由于氢吸除损失 ,点火延迟及跳动均逐渐增加 ,板耗明显上升。在正失配下 ,脉冲形成网络上的剩余正电压将增加 ,且往往不稳定。当氢压减小超过一定限度 ,脉冲漏失现象出现 ,这种脉间猝熄很不稳定。

基于IGBT的固态脉冲调制器设计

基于课题建设的需要,需对某型雷达脉冲调制器进行固态化改造,为达到经济省时的目的,采用了设计与仿真的方法。应用新型功率开关器件IGBT替代电真空器件,设计了单片机控制的固态脉冲调制器,克服了雷达脉冲调制器中广泛采用的电真空器件的局限性。Simulink仿真结果表明,调制波形及功率完全满足雷达的战术技术指标。得出了所设计的固态调制器可以工程化的结论。

基于氢闸流管感应叠加技术的电磁脉冲源实验

介绍了一种基于感应叠加技术的重复频率脉冲源,分析了同轴屏蔽输出结构磁场的分布。实验时,充电电源工作电压为25 kV,脉冲输出重复频率为20 Hz,2个氢闸流管器件参数相差较大,栅极触发时钟存在约5 ns延时。实验结果表明:氢闸流管触发稳定可靠,输出的脉冲前沿及稳定性仍然不受影响,输出脉冲幅值约为50 kV,证明了感应叠加技术应用于气体开关的可行性。

PASOTRON光控脉冲馈气系统及实验研究

设计制作的等离子体辅助慢波振荡器光控脉冲馈气系统能以任意脉冲宽度给等离子体阴极电子枪馈气,同时以任意时间延迟提供触发信号给调制器,启动空心阴极辉光放电。系统应用了光纤传输控制信号以隔离150 kV直流负高压。用研制系统进行脉冲馈气条件下的电子枪放电实验结果表明,能满足设计和使用要求。

瞬态电磁干扰信号发生器的研制

为了使瞬态电磁干扰信号发生器在微机保护装置电磁兼容设计过程中普及应用,分别以高压直流开关电源、氢闸流管研制了电快速瞬变脉冲群(electrical fast transient/burst,EFT)发生器和以三电极场畸变点火球隙开关研制了浪涌发生器。实验结果表明,研制的低成本的瞬态电磁干扰信号发生器输出信号符合要求,可以在微机保护装置电磁兼容设计过程中做抗瞬态电磁干扰的研究。

高功率脉冲氢闸流管的设计模拟与实验分析

脉冲氢闸流管主要用于雷达装置中,特别是中、远程警戒雷达,是其调制器的核心开关元件。目前,在脉冲氢闸流管新品研制中普遍采用经验模式来完成前期的样管设计,并根据样管测试结果与技术指标的对比,进行后期针对性的修改。这种研制模式由于需要反复修改样管结构,导致零件浪费较多,并且效率比较低下。本文旨在利用计算机来仿真脉冲氢闸流管内部电场与脉冲放电工作情况,从而实现对脉冲氢闸流管放电结构的改进。将改进后的结构应用于样管中,从测试数据上印证了利用计算机模拟辅助新品研制这一方法的合理性。

基于感应叠加技术的重复频率电磁脉冲模拟器

介绍了小型平板型有界波模拟器的研制和实验,包括基于氢闸流管感应叠加技术的双指数波重频脉冲源的研制、输出同轴屏蔽结构的设计与输出变压器磁场分布的计算、小型平板型辐射器的设计及工作区内电场的计算与仿真,给出了辐射器工作区内电场初步测量的结果。实验结果表明:即使在感应叠加单元的氢闸流管器件和栅极触发时钟的参数存在差异的情况下,辐射器的工作区内电场基本上符合线性叠加原则。

基于感应叠加技术重频脉冲源的研制

具有亚微秒上升前沿的高压大电流重频脉冲源在生产和科研领域有着广泛应用,由于导通电流大、工作电压高,脉冲源一般选用气体火花开关。由于气体电离的恢复特性,普通气体火花开关难以做到较高频率下的重复导通。氢闸流管开关由于特殊的工艺结构,具有稳定可靠的触发和快速的脉冲上升前沿,适宜作为重频脉冲源的开关。介绍了基于感应叠加方法用较低工作电压的氢闸流管开关获得数倍高压输出的重频脉冲的原理,分析了同轴屏蔽输出结构磁场的分布以及高压重频源的实现方法。