磁脉冲压缩的分幅相机超快选通脉冲研究

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用,基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理,采用具有多重压缩特性的级联磁开关,设计磁脉冲压缩电路,并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示,磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲,当直流电源为500 V,磁开关电感量为1μH,初级线圈回路充电电容为4μF,变压器匝数比为10∶1,磁开关线圈匝数比为1∶2,复位电流为1 A,次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时,获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲,将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型,通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线,可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。

单级磁脉冲压缩系统实验研究

基于没有附加磁芯复位电路的磁脉冲压缩网络,设计研制了单级磁脉冲压缩系统;介绍了系统电路的工作情况,通过计算给出了系统关键元件的参数;应用Pspice仿真分析软件对系统电路进行仿真,仿真结果显示,负载为500Ω时,饱和变压器和磁开关的磁芯所需饱和时间分别为6μs和500 ns。实验结果表明:系统接200Ω负载时,输出脉冲幅值约18.5 kV,下降时间约40 ns,脉冲宽度约70 ns,最高重复频率可达500Hz;引入高压快速恢复二极管替代续流电感,不仅有效抑制了负载预脉冲,而且输出脉冲尾部的振荡幅值与持续时间都显著减小。

单级磁脉冲压缩系统分析

为提高磁脉冲压缩系统的应用效果,在分析了传统磁脉冲压缩系统的原理、缺点后介绍了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统并从原理、压缩过程以及不同的拓扑电路3方面详细分析了单级磁脉冲压缩系统,特别是C3和C4对负载放电过程,给出了等效电路。通过等效电路的仿真解释了续流电感L2对系统的影响;仿真和实验结果的对比验证了电路仿真模型的正确;对于快速恢复二极管替代续流电感的系统电路,仿真与实验结果均表明脉冲尾部的反峰幅值与持续时间都显著减小。

磁脉冲压缩系统的仿真研究

分析了传统磁脉冲压缩系统的原理及缺点,对基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统进行了介绍,为了更加深入地分析这种磁脉冲压缩系统,应用Pspice仿真分析软件建立了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统模型,计算出各级压缩过程中各元件的电压波形,及饱和变压器和磁开关的磁芯感应强度变化曲线;经测试,当负载为500Ω纯阻性负载时,系统两端输出的负极性脉冲峰值约-27 kV,半高宽约为70 ns,下降沿约为40 ns。通过分析仿真结果与实验结果,仿真中需考虑测量探头引入的并联电容对电路的影响。

全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器

设计制作了全固态高重复频率磁脉冲压缩发生器,最高重复频率5kHz,脉宽70ns,通过调节初始储能电容上的电压可在500Ω阻性负载上获得4～40kV连续可调的输出电压。通过分析简化的磁压缩末级回路,分析了预脉冲产生的过程,得出了预脉冲的电压表达式,选取适当的磁芯相对磁导率,经过求解,得出在磁开关未饱和电感一定时预脉冲随负载阻值变化的曲线簇,从曲线中可以看出:随着负载的阻值的增大,预脉冲的峰值绝对值也增大;在负载恒定的情况下,增大磁开关未饱和电感的大小可以显著地减小负载两端预脉冲的峰值绝对值,这要求磁开关磁芯有更高的相对磁导率。

基于磁脉冲压缩的DBD高频双极性纳秒脉冲发生器的设计及其放电特性

作为高压高重复频率脉冲电压发生器的开关器件,磁开关的耐压、通流能力以及寿命远高于半导体开关,因而适用作为介质阻挡放电(DBD)激励电源的开关。为研究双极性高频下DBD等离子体放电特性,提出高频双极性磁脉冲压缩系统。首先,阐释通过全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关产生双极性脉冲的原理,并叙述该系统关键器件的设计;其次,利用PSpice仿真软件研究电路关键参数对输出波形的影响规律,测试电阻性负载电压波形,并与仿真结果进行对比分析。测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13k V可调,上升沿100ns左右,重复频率可高至几千Hz。最后,针对高频双极性下的放电现象进行研究,结合DBD放电模型和放电图片探索高频双极性脉冲电压下放电特性与频率的关系,充实了高频放电理论研究。

磁脉冲压缩系统元件参数及电路仿真

应用Pspice电路分析软件,对单级磁脉冲压缩系统在纯电阻负载(400Ω)情况下的压缩过程进行比较全面、准确的模拟,其中磁开关的模型基于微秒脉冲激励下的磁芯B-H曲线。当负载为400Ω时,Pspice模拟结果揭示了饱和变压器PT和磁开关MS1的磁芯所需的饱和时间分别为4μs和400 ns,输出的负极性脉冲峰值-55 kV,半高宽为100 ns,下降沿为50 ns,实验结果很好地验证了这一结论。

磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用

结合实验与仿真结果，分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的运行特点，讨论了作为“磁开关”的可饱和电感磁心复位问题。最后介绍了磁脉冲压缩技术在脉冲电源领域中的应用情况，给出了ＩＧＢＴ脉冲电源样机运行结果。

无磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的研制

为减小磁开关的体积、提高磁脉冲压缩的能量传递效率和频率,分析了基于省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统的工作原理,结合磁开关的工作特性,设计出一种新型的单级磁脉冲压缩拓扑结构,它省去了磁芯复位电路且结构上更加简单、紧凑;并详细介绍了磁脉冲压缩装置的工作原理,通过理论计算给出了此装置关键元件的参数;最后结合理论分析,实验研究了两种特性的磁脉冲压缩装置的不同特性;两种装置可以分别输出幅值为4.8kV、脉冲上升沿0.5μs和幅值为3.6kV、脉冲上升沿10μs的脉冲电压波形;实验结果分析表明:由于磁开关的特性,可使主回路气体开关实现零电流开通,有效减小了气体间隙的损耗,有利于提高气体开关的工作频率。

基于磁脉冲压缩技术的电除尘器供电电源

阐述了脉冲供电电源对比其他种类电源的优点及其应用,提出了基于磁脉冲压缩技术的电除尘用脉冲供电电源,利用磁材料的B-H曲线和伏秒积特性解释了磁开关即可饱和电感的实质及其工作原理,在分析一阶磁压缩网络的基础上,给出了基于二阶磁脉冲压缩供电电源的电除尘器的仿真实例,通过仿真结果证实了磁脉冲压缩理论运用在电除尘领域的可行性。指出减小磁芯体积可有效降低损耗,并推导了构成磁开关的两个重要参数-磁芯体积和电感量的计算公式。

ROGOWSKI线圈在磁脉冲压缩准分子激光器中的应用

介绍了磁脉冲压缩器在准分子激光器中的基本工作原理、磁性材料的计算公式和磁脉冲压缩器的参数结构设计,给出了使用了磁脉冲压缩器的准分子激光器的放电过程,并且使用自制的ROGOWSKI线圈测量了不同放电电压时的实际放电过程中的闸流管的脉冲电流波形,还测量了不同放电回路电感Lo时的通过闸流管的脉冲电流波形和激光输出能量。在此次实验中,通过分析所得到的放电波形,磁脉冲压缩器的作用得到了证实,测量结果与原理有着很好的一致性。本实验为放电回路的优化设计提供了有效的依据。

磁脉冲压缩系统实验研究

介绍了一种没有附加磁心复位电路的磁脉冲压缩网络,并设计研制了单级、两级磁脉冲压缩系统。单级磁脉冲压缩系统在110Ω纯阻性负载两端输出脉冲幅值约20kV,下降时间40ns,脉冲宽度(半高宽)70ns,最高重复频率可达500Hz;两级磁脉冲压缩系统在265ΩNaCl溶液无感电阻负载两端输出脉冲幅值35kV,上升时间20ns,脉冲宽度(半高宽)70ns。

准分子激光器中磁脉冲压缩技术的研究

本文从实用准分子激光放电要求出发，研究了适用于准分子激光器的磁脉冲压缩器，分析了其工作过程，并对其设计构思、设计参数进行了分析和计算。

磁脉冲压缩开关在钛宝石激光器中的应用分析

首次提出了将磁脉冲压缩开关应用于钛宝石激光器中,由磁脉冲压缩开关和闸流管组合作为放电开关。给出了一种新型的灯泵钛宝石激光器电源放电电路,并对磁脉冲压缩开关应用的原理及在激光器激励电路中的工作过程进行了分析。

杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响

使用电路模拟软件分析了脉冲电容器自身电感、磁开关绕组匝间电容以及磁芯处于不同工作状态时磁开关绕组自身阻抗等杂散参数对串联型磁脉冲压缩器输出特性的影响。结果表明,匝间电容和磁芯处于未饱和状态下的绕组自身阻抗对系统的输出特性影响相对较小;磁芯处于饱和状态时,绕组自身阻抗对系统的电压传输效率影响较大;脉冲电容器的自身电感不仅会降低系统的电压传输效率,而且会同时影响到输出脉冲上升沿的宽度。基于以上结论,对基于电容负载的单级串联型磁脉冲压缩器进行了优化设计并研制了一台输出峰值电压26k V,脉冲上升时间由4.1ms压缩到1.2ms的串联型磁脉冲压缩器,电压传输效率大于92.5%。

准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位研究

为了解决高重复率下准分子激光电源磁脉冲压缩开关的磁芯复位问题,以理论分析为指导,结合磁开关工作特性,设计了一种磁芯精确复位电路,该电路可快速精确复位饱和后的磁开关。将此复位系统应用于准分子激光器脉冲电源测试其性能,复位电流在磁开关饱和后200μs内平息振荡。结果表明,这一磁芯复位系统可满足4kHz重复率下脉冲电源的复位要求。此研究对今后高重复率准分子激光电源的设计是有帮助的。

磁脉冲压缩器的优化设计

结构体积和能量传输效率是设计磁脉冲压缩器时应考虑的主要因素。据此，本文对两种优化设计方案进行了分析和比较，并发现，当各级压缩比均为２时，磁心的总体积和总损耗均接近最小值。

串级磁脉冲压缩器模拟分析的数学模型

本文研究串级磁脉冲压缩器模拟分析的数学模型。针对两级串级磁脉冲压缩系统，考虑到采用“小伏秒耐量、短阻断时间”的优化设计技术时各压缩级电路之间的相互影响以及磁开关磁芯内部的瞬态电磁过程，提出了磁开关的不饱和－饱和线性模型与非线性模型，从而相应地得到了磁脉冲压缩器较为简略的线性近似模型和较为精确的非线性的模拟分析数学模型。由线性近似模型可较为便捷地估算电路响应，而从非线性模型出发，通过计算机数值运算，即可从时间和空间两方面模拟磁开关磁芯的饱和和磁化过程，精确地模拟压缩器电路的暂态响应。

基于PSPICE的两级磁脉冲压缩系统建模与仿真

基于磁开关设计了一套两级磁脉冲压缩系统,负载为50电阻时输出电压峰值高达51kV,脉冲宽度120ns,峰值前沿60ns。通过示波器测量出非线性磁芯的磁滞回线,并将其参数导入PSPICE软件中,在给定电路参数下对该系统进行PSPICE仿真,得到的结果与实验结果基本吻合,证明该软件能比较真实地仿真磁芯的非线性特性,利用PSPICE软件来仿真两级磁脉冲压缩系统能对实验起到较好的辅助作用。

磁脉冲压缩器用脉冲变压器的设计

本文简要说明了磁脉冲压缩器的工作原理。着重介绍了其输入、输出脉冲变压器的等效回路设计法。并将该方法用于实例进行验证。结果说明,这种设计方法是非常成功的,而且可以推广到一般情况下的脉冲变压器的设计。