纳秒级Trigatron开关触发特性

设计了一种Trigatron开关,以Tesla型GW级纳秒脉冲源为实验平台,实验研究了不同电压极性组合、触发电压、触发间隙、触发极直径和触发脉冲宽度对开关触发特性的影响。实验研究结果表明:开关电压极性组合、触发电压、触发间隙对开关触发特性影响较大,在各欠压比条件下差异均十分明显,触发极直径和触发脉冲宽度对开关的触发特性影响较小。根据实验结果优化了开关结构和工作参数,获得的开关抖动最低可达0.1 ns。

GW级纳秒脉冲源激光触发同步实验

结合GW级纳秒脉冲源建立了实验平台,研究了激光触发开关的延迟时间及其抖动与激光能量、工作电压、激光波长、透镜焦距等参数的关系。结果表明:开关延迟与抖动随激光脉冲能量的上升、工作电压的上升而逐渐减小;采用紫外光得到的开关延迟与抖动小于相同条件下红外光得到的结果;在高气压小间隙开关条件下,采用小的透镜焦距可以得到更小的开关延迟与抖动。开关在自击穿电压220kV、欠压比为80%、采用7mJ,266nm波长激光时的抖动为0.3ns,在此条件下进行了两台脉冲源的同步实验,得到其同步偏差85%置信率小于0.3ns。

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。

高重复频率纳秒级脉冲发生器研究

为实现高重复频率纳秒级脉冲输出,提出了采用射频功率MOSFET,基于感应叠加拓扑的脉冲发生器。脉冲发生器采用15个模块化组件,每个组件输出670 V/50 A脉冲,每个组件的输出脉冲在感应变压器次级串联叠加,得到10 kV/50 A高压脉冲。为实现脉冲前沿小于5 ns,必须尽量降低脉冲变压器漏感以及组件和系统的回路电感。感应脉冲变压器采用圆柱形同轴结构,初次级均为单匝,并且和脉冲发生器单元一体化设计,以减小漏感以及组件分布电感。采用大功率驱动电路和同步触发器,实现MOSFET开关的快速导通和关断,以及触发的一致性。仿真结果显示设计能够满足指标要求。

4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究

利用峰值功率可达1GW的纳秒脉冲源CKP1000开展了4路GW级纳秒脉冲源同步技术实验研究。使用trigatron作为触发开关,通过单路开关触发特性实验研究优化了开关的结构与工作参数,单路开关抖动0.2ns,建立了实验装置,实现了4路GW级纳秒脉冲源并联同步输出。同步实验结果为:纳秒脉冲源输出电压230kV,峰值功率1GW,脉冲宽度6ns,4路输出脉冲同步偏差95%以上概率分布在1ns以内,平均同步偏差630ps。

高压场效应管纳秒级双快源

高速高压脉冲源以大电压、快速开关为特点，在激光、X射线探伤、加速器技术等国防科研和高技术领域有着重要作用。一般固体器件快脉冲源均采用雪崩晶体管、阶跃管等设计，输出脉冲可达到高幅度与快前沿，但器件电流驱动能力差，输出脉冲宽度较窄，虽通过级联可以提高输出功率如MARX电路，但提高有限且增加了电路复杂性，使可靠性变差。为克服这些缺点，提出一种采用具有大脉冲开关电流、较高漏源电压、小导通内阻高压场效应管（MOSFET）作为脉冲源开关器件的技术方案，并在实验中采用多管串联及特殊快驱动技术，做成前后沿在约5ns，幅度大于4kV的脉冲源。

纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真

利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路,高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩(MPC)网络与半导体断路开关(SOS)。对高压脉冲电源的整体设计作了阐述,介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50 k V、半高宽为120 ns的负极性脉冲。

一种纳秒前沿的负高压脉冲产生电路

Marx发生器是一种广泛应用的高压脉冲电源,由高储能密度、低电感的电容器和电子开关组成,利用电容充放电方式产生高压脉冲.本研究通过分析经典Marx发生器的充放电特性,提出一种基于功率金属氧化物半导体场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的负高压电路设计方法.测试结果表明,该电路在所加直流电压为1 500 V时,能够产生幅度为2倍于直流供电电压,下降沿小于10 ns的负高压脉冲.