1kV场效应管纳秒高压宽脉冲驱动源

MOS型功率场效应管具有大的脉冲开关电流(数十安培)、较高的漏源电压(达千伏)、小的导通内阻(欧姆量级)和较快的导通时间(数纳秒)。由于其输入输出电容大，故用其制作的脉冲源抗脉冲电磁干扰能力较强，也因此它的开关速度较慢。采用过驱动能提高MOS型功率场效应管的开关速度。就是使栅极驱动脉冲波形的前沿很快且上冲大大超过额定的栅源驱动电压。为此，在研制过程中，解决了用多个场效应管串、并联组合，形成具有纳秒级陡峭前沿的大电流开关；用多个脉冲变压器并联，对大电流开关输出的信号进行放大和成形；用脉冲变压器的技术解决了大功率脉冲功率合成等关键技术，采用稳定的开关器件等技术和工艺，解决低压电路抗高速高压强电干扰。实现了用固体器件—场效应管，替代国外氢闸流管部分用途的功能。

一种新型50MW全固态高压纳秒脉冲源设计

介绍一种输出功率50 MW的新型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计,提出了一种高压纳秒脉冲源线路功率合成设计实现新方法,并用实验证实了该方法的有效性和可行性,实现了全固态、高重频、高压、纳秒脉冲源的高功率输出,满足了实际应用需求。解决了输出功率50 MW全固态纳秒脉冲源设计实现方法、多个高压纳秒脉冲源的高精度同步(小于50ps)、高稳定全固态高压纳秒脉冲源单源模块设计、系统设计的电磁兼容等关键技术问题。采用该线路功率合成新方法设计的高压纳秒脉冲源将为先进高性能小型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计提供基础技术支撑。

基于SOS的高重频高压纳秒脉冲源设计

依据高重频高压纳秒脉冲输出的要求,基于半导体断路开关(SOS)的工作特点,设计了高重频高压纳秒脉冲源脉冲发生器线路。分析发生器线路的工作原理,对输出脉冲幅度50 k V/100Ω、脉宽约10 ns^20 ns和重复频率100 k Hz脉冲源的线路中关键器件的参数进行了计算。分析关键器件SOS、饱和脉冲变压器、副开关要求,给出了关键器件的选型参考。

基于固体开关器件的新型高压脉冲驱动源

从MOSFET的开关基理,以仿真与电路实验相结合的方法,研究出了MOSFET栅极的"过"驱动技术,以此来提高MOSFET的开关速度。并结合多个MOSFET的串并联的级联技术,采用多管串联方法来提高脉冲源的输出脉冲幅度,采用多管并联方法来提高脉冲源的其输出脉冲功率,从而得到较大的脉冲宽度。在此研制出了输出脉冲幅度大于4kV、前沿小于10ns、脉冲宽度大于100ns的高压快脉冲源。

象增强器用小型化大动态脉宽可变高压开关脉冲源

本文阐述了高压脉冲产生的新的机理，并用此思想制作了小型化。

精密长延迟纳秒高压脉冲源

介绍一种为大电流开关点火的精密长延迟纳秒高压脉冲源的研制。采取低压固体电路与大小氢闸管电路的合理配置,较好地解决了精密长延迟和高压脉冲输出时低延迟时间晃动的难点。该源具有延迟时间晃动小和可调的精密长时间延迟、上升时间小和幅度大的脉冲输出、抗强脉冲干扰等特性。

低抖动纳秒级前沿的氢闸流管高压脉冲源

试验用功率MOSFET驱动氢闸流管,做成幅度可达15kV、前沿小于10ns、抖动低于1ns的高压纳秒级前沿脉冲源。简要介绍了脉冲源的电路结构,着重从氢闸流管储氢器加热电压、阴极加热电压、触发脉冲幅度、前沿和延迟几方面测量分析了其对脉冲源输出特性的影响。

防爆高压脉冲电源研究进展

围绕高压脉冲技术在易燃易爆环境下的应用这一高压电器领域的热点问题,结合防爆要求和各类脉冲电源特点,选取性能参数优越、体积小、质量轻且发热量较少的固态开关串联脉冲电源、直线型变压器驱动源和固态Marx脉冲电源等3种固态开关式脉冲电源的研究进展进行了介绍。分析发现,固态开关串联脉冲电源结构紧凑、发热量较小,但输出电压幅值依赖于前级高压直流电源,且串联开关器件的同步和均压问题突出;直线型变压器驱动源降低了隔离要求,模块化设计可拓展性好,但防爆条件下进行拓展的价值不高,且采用大量变压器结构温升较另两种固态开关式脉冲电源较高;固态Marx脉冲电源在体积和发热量方面更具优势,同时具有效率高、响应快、波形调制灵活的优点,但存在高压隔离的难题。通过对现阶段各类高压脉冲产生方式的对比,在性能、发热量要求更为严格的防爆环境下,固态开关串联脉冲电源和固态Marx脉冲电源应用前景更好,为防爆高压脉冲电源的开发提供了参考。

紧凑型可重复运行的高功率纳秒脉冲源

讨论了一种低阻抗、高储能密度、可输出中等高压的百ns脉冲形成技术,其输出波形质量较好;采用磁感应电压叠加技术将该脉冲形成装置输出的中等高压脉冲叠加到应用需求的高电压高功率脉冲。研究表明单个感应模块可在2.8Ω的负载上获得脉冲宽度为220ns,前沿为50ns的中等高压脉冲。

新型纳秒级探地雷达脉冲源设计

针对超宽带探地雷达脉冲源的要求,提出并验证了一种利用FPGA触发来合成彼此有任意延迟的窄脉冲波形合成方法。研究和实际设计了一种提高脉冲源性能的新型宽范围输入输出的线性直流电源,并利用此电源制成了适用于多种雪崩管为核心的宽范围纳秒级脉冲源,给出了脉冲源各个单元的设计、及雪崩三极管的筛选及老化处理方法。在50Ω负载上得到了脉宽在2～50 ns、幅度在20～180 V的多种超宽带窄脉冲,并对多种雪崩管的雪崩性能进行了对比,给出了集电极充电电容与脉冲幅度和宽度的关系。

一种快速离化波开关及其在高压脉冲源中的应用

讨论了一种先进的基于快速离化波组件漂移阶跃恢复二极管(DSRD)的开关特性、工作原理及其在高压纳秒脉冲源中的应用。提出一种新方法解决了传统高压纳秒脉冲源设计难以突破的高功率、高重复频率工作问题,实现了高压纳秒源的全固态、高重频、高压、高可靠、长寿命工作。

一种先进高压纳秒脉冲功率合成器设计

提出了一种基于先进高压纳秒脉冲线路功率合成器设计全固态高重频高压纳秒脉冲源新方法,并用实验证实了该方法的有效性和可行性,实现了全固态、高重频、高压、纳秒脉冲源的高功率输出,满足了实际应用需求。解决了全固态高重频纳秒脉冲线路功率合成、多个高压纳秒脉冲源的高精度同步(小于50ps)、高稳定全固态高压纳秒脉冲源单源模块设计、系统设计的电磁兼容等关键技术问题。该高压纳秒脉冲线路功率合成器新方法将为高功率先进高性能小型全固态高重频高压纳秒脉冲源设计提供技术参考。

基于功率MOS型场效应管的4kV纳秒脉冲源

为了用固体开关器件替代国外氢闸流管,开展了大功率高速高压半导体固体开关及与其相配的高速高压组合电路研究。利用功率MOS型场效应管的开关原理,提出了对功率MOS型场效应管的栅极"过"驱动技术,提高了功率MOS型场效应管的开关速度,研制出基于功率MOS型场效应管的输出脉冲幅度大于4 kV,前沿小于10 ns,脉冲宽度大于100 ns的高压快脉冲驱动源。

改变纳秒脉冲驱动波形提高等离子体显示平板维持期光效的研究

等离子体显示平板(PDP)作为自发光显示器件存在光效低、功耗大的问题。本文提出了一种新思路,利用快脉冲驱动改善PDP单元介质阻挡放电发光强度,提高电光转化效率。驱动源主要由低压信号经隔离放大后控制快速开关管开通、关断,实现正负几百伏双极纳秒脉冲输出。PDP工作在维持驱动期稳定放电状态下,测量了照度、相对红外辐射等特性参数。给出了上升沿和脉宽引起特性参数变化的曲线,以及硬开关阶段上升沿参数的选取的实验结果分析。研究表明,快上升沿脉冲有利于PDP单元放电过程紫外光充分激发并大大降低热效应,从而显著改善PDP的光效。

固态LTD的脉宽叠加技术仿真

针对脉冲电磁场生物医学应用中所需求的高电压大电流宽范围脉冲问题,文中采用脉冲叠加的方案设计了一种长脉宽固态直线型变压器驱动源(Linear Transformer Driver, LTD)。该LTD脉冲发生器为了突破脉冲变压器伏秒积限制下的脉宽范围,采用并联叠加的方式增加输出脉宽。设计了脉冲变压器的复位电路,提高了LTD输出脉冲占空比,能够实现最少支路LTD的多次脉冲叠加。通过Pspice搭建仿真电路模型进行仿真实验,结果表明在单匝脉冲变压器伏秒积为146 V·ms的情况下,实现单级电压为300 V,脉宽为1.6μs的脉冲输出,为其原伏秒积的3倍,且所提方案能够通过增加叠加脉冲个数来实现更宽范围的脉冲延长。

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。

4kV功率MOSFET管纳秒脉冲源

由于功率MOSFET管输入输出电容大，故用其制作的脉冲源抗脉冲电磁干扰能力较强，但开关速度较慢。为提高开关速度，主要着眼于提供较大的“过”驱动电压和较快的驱动前沿。由图1可知‘过’：

MOSFET在感应叠加型高压双方波脉冲发生装置中的应用

为了获得脉冲间距较小并且可随时调节的高压方波脉冲,利用MOSFET响应快、重复频率高的特点研制出了感应叠加型固态高压双脉冲发生装置,该装置主要由8个感应叠加模块组成,每个感应叠加模块由18个并联的功率MOSFET构成。每个功率MOSFET具有专用的驱动电路,该驱动电路由雪崩晶体管产生的触发脉冲进行同步触发。通过测试,所搭建的8个模块感应叠加装置具有输出高压大电流双方波脉冲的能力,在10Ω负载条件下输出的高压大电流双脉冲的峰值电压达3.6 k V、峰值电流达360 A。输出脉冲底部不平坦度<10%。通过优化调节雪崩触发脉冲的时间一致性,获得的输出高压脉冲的上升沿和下降沿时间分别为20 ns及30 ns。通过调整雪崩触发脉冲源输出的双触发脉冲的脉宽和脉冲间隔,可调节输出高压双脉冲的脉宽及脉冲间隔。

基于DE150的高速大电流窄脉宽半导体激光电源

总结了一种基于射频MOSFET管的高速大电流窄脉宽半导体激光驱动源设计方法,运用PSpice对整个驱动电路进行了仿真,最后利用DE150-201N09A MOSFET管制作了面积为12cm2的电路板,测试结果表明半导体激光器输出电流脉宽10ns左右、上升时间4ns,最大脉冲电流27A,最高重复频率可达50 kHz。

一种全固态多匝直线型变压器驱动源的研制

针对脉冲电磁场生物医学应用中高电压大电流宽范围脉冲的应用需求,设计了一种多匝直线型变压器驱动源(LTD)。该LTD脉冲发生器的磁心采用多匝绕制的方式,可输出宽脉宽的脉冲。设计了各级LTD模块同向绕制的驱动供电及储能充电隔离方式,各级磁心隔离电压为LTD模块的工作电压。多匝LTD脉冲发生器共由10级LTD模块组成,各级LTD模块由18个储能电容及MOSFET放电开关并联,并设计了其同步驱动电路。通过对各主要器件的型号进行分析筛选,研制了模块化紧凑型多匝LTD全固态脉冲源样机,可输出脉冲参数为:电压幅值0~5kV,输出脉冲电流高达500A,脉冲宽度200ns^5μs,上升沿30ns,下降沿16ns,其脉冲宽度、幅值等参数均灵活可调,并且可通过增加LTD模块的数量,实现更高电压的脉冲输出。