开关型脉冲激光电源系统的设计与实现

本文探究了开关型脉冲激光电源系统的设计方案,并通过MTALAB仿真验证其功能的实现情况。根据脉冲氙灯的特性以及脉冲激光电源的工作原理,设计了基于串联谐振型半桥变换器的电能变换主电路,保证电源电压噪声小、稳定性好;同时,使用高频高压变压器降低电磁干扰、提高转换效率。在完成系统设计后,使用MATLAB仿真软件构建系统模型并验证其功能。结果表明,该系统的软启动功能、自保护功能以及缓上电功能可以正常实现,符合设计预期。

压控型脉冲功率半导体器件技术及应用

近年来,采用新一代半导体开关替代传统气体或真空开关是脉冲功率系统的一种重要发展趋势。为了给脉冲功率半导体器件领域的技术发展提供参考,简要介绍了压控型脉冲功率半导体器件技术的发展历程,总结了MOS栅控晶闸管(MCT)在器件设计、工艺和可靠性等方面的研究进展,同时通过比较MCT与一般商业IGBT器件,阐述了MCT相比于其他功率脉冲半导体器件的优劣情况,并结合典型应用场景展示了MCT器件的优势,对压控型脉冲功率半导体器件的发展趋势进行了简要分析。

热开关和多脉冲励磁的类比特高温超导模型磁体的捕获磁通及电磁特性研究

高温超导磁体因其体积小、高实用性、高场强等优点,在科学研究等领域具有广泛的应用。然而,高温超导带材之间焊接技术的不成熟,很难实现持续电流模式。该文提出一种利用RE-Ba-Cu-O(RE为稀土元素,REBCO)超导片堆叠组成的类比特高温超导模型磁体,该模型磁体不但没有焊接电阻的影响,而且实现持续电流模式。该文说明单片REBCO超导片和由超导片堆叠而成的类比特高温超导模型磁体的结构细节,介绍采用热开关和多脉冲励磁的方法,说明通过COMSOL模拟利用热开关和多脉冲电源对超导片以及类比特高温超导模型磁体进行励磁的过程,证明其能够实现持续电流模式,并对其在持续模式下运行的捕获磁通和电磁特性进行仿真分析以及实验验证。结果表明,热开关和多脉冲励磁的方法可以激励类比特高温超导模型磁体。与传统高温超导磁体相比,由多个超导片堆叠而成的高温超导模型磁体可在无电流引线的情况下实现闭环运行,避免无阻焊接的技术瓶颈。

水中脉冲放电振荡特性分析及抑制方法研究

水中脉冲功率放电过程中产生的电路振荡,会延长放电时间,降低储能电容寿命。为了对电路振荡进行抑制,首先根据脉冲功率放电装置工作环境,利用COMSOL仿真软件,建立了二维轴对称高压放电模型,模拟了11 kV下电极间隙为4 mm下的高压击穿过程,并分析了等离子通道电导率变化趋势。然后建立等离子通道二维阻抗模型,对电极上的实际放电波形进行了非线性回归分析,得到其电阻和电感分别为0.439Ω和19.8729μH。最后根据负载特性提出了用脉冲功率晶闸管来抑制电路振荡的策略,并进行了脉冲功率放电实验。实验表明,通过理论阻抗计算得到的电极电压与实际放电电压相符合,且使用晶闸管脉冲功率开关可有效地抑制电路振荡,使振荡时间由220μs降低到36μs,降低了83.6%。

晶闸管脉冲功率开关保护参数优化计算及其影响

晶闸管具有承受浪涌电流的特点,提出利用它构建强脉冲功率投切开关,代替传统切换开关。整个投切过程是在母线电流过零/电压过零时进行,因此冲击小、无电磁暂态过渡过程,且无拉弧现象。以ABB公司的5STP52U5200晶闸管为例,讨论工作于脉冲开关状态时它的反向恢复电流特点,并归纳出吸收电阻和电容的优化计算方法和设计准则。利用MATLAB的SIMULINK环境构建以晶闸管充当脉冲功率开关的整个试验回路的仿真建模,分析阻容吸收回路参数对晶闸管过电压的影响特性。该仿真模型能够正确反映晶闸管的开关暂态过程,具有良好的灵活性、与扩展性。试验验证了所提出的晶闸管的计算方法和设计准则的有效性,并有利于快速设计出满足工程需求的脉冲功率开关(阀)组件。

高功率脉冲放电间隙开关综述

综述了高功率脉冲技术中几种放电间隙开关的工作原理、主要技术参数。

兰州重离子加速器冷却储存环脉冲开关电源

介绍了兰州重离子加速器冷却储存环 (HIRFL CSR)电源系统 ,对其中脉冲开关电源作了详细介绍。主要讨论了脉冲开关电源的工作原理 ,研制了一台样机 。

PTS装置脉冲输出开关

出于开关性能参数和结构要求考虑,PTS装置脉冲输出开关设计为3对自击穿电极间隙的水介质开关,间隙结构采用板-球间隙的同轴-三平板结构。选择水介质自击穿开关作为研究对象,进行了1.5 MV同轴结构开关研究,并在此基础上开展了4MV同轴-三平板结构开关研究。开关实验达到的技术指标为:自击穿电压3.5MV,导通电流500kA,电感65nH,自击穿时间分散性极差4.0ns(1.3ns均方根值)。

变阻抗线及预脉冲开关的设计与调整

本文介绍了变阻抗线的传输特性,电场分布及预脉冲开关的工作特性。给出了在电阻负载及二极管负载下变阻抗线及预脉冲开关性能的测试结果。

具有预脉冲屏蔽板的水介质自击穿开关的电路模拟

介绍了具有预脉冲屏蔽板的水介质脉冲形成开关的结构和等效电路模型,给出模型中等效参数的计算方法。使用Pspice软件对该模型进行了电路模拟,着重分析预脉冲屏蔽板结构对输入、输出脉冲的影响,同时分析了开关电感和电极间隙电容对电压波形的作用。模拟结果表明,开关输入、输出端的对地电容对电压波形影响很大,开关电感和电极间隙电容的影响相对较小。对比"闪光二号"加速器上进行的水介质自击穿开关实验波形和模拟波形,说明在一定范围内等效模型是可以采用的。设计开关结构时,应先合理调整屏蔽板的位置以确定其对地电容,尽量兼顾减小开关电容和电感,屏蔽板开孔大小需选取适当。

高库仑量大电流脉冲闭合开关的研制

脉冲能源系统的关键元件之一是高库仑量大电流的脉冲闭合开关。该文设计改进了轴向磁场控制的旋转电弧开关,没有触发电极,并且采用电流在轴向沿内电极均匀分流和磁镜磁场的结构设计,使电弧稳定在电弧稳定区。详细分析电弧的受力,给出开关电弧的理论旋转速度,开关的电极、磁场线圈和触发系统的优化设计保证开关具有良好的工作性能。对开关的大电流试验的回路进行了方案和参数设计,在基本特性试验后开关共进行了7次大电流试验,发现开关电极烧蚀非常轻微,有明显的电弧旋转痕迹。实验结果表明采用电流在轴向沿内电极均匀分流和磁镜磁场的结构设计,使电弧稳定在电弧稳定区,电弧不会像前版开关中一样很快的被轴向力推向端部,减轻了端部绝缘被电弧损坏的可能。

半导体脉冲功率开关RSD的开通电压特性研究

RSD(ReverselySwitchedDynistor)是一种晶闸管与晶体管相间排列的多元胞结构高速大功率半导体开关器件,该器件采用控制等离子体层触发的开通模式。文章从理论上推导出其最大开通电压,并研究了该电压与器件结构参数之间的关系,给出了降低器件功耗的方法。

GMA在脉冲喷射开关阀中的应用

通过分析脉冲喷射开关阀的工作性能,提出致动器是决定脉冲喷射开关阀特性的关键因素.对比3种致动器的性能参数,指出GMA更适合脉冲喷射开关阀的工作要求.GMA的性能分析和仿真结果给出了在脉冲喷射开关阀中工作的GMA的静、动态特性.脉冲喷射开关阀单脉冲流量实验曲线表明:脉冲喷射开关阀的单脉冲流量随励磁电流的变化规律与GMA的磁致伸缩曲线特性相似,在GMA的磁致伸缩曲线的线性区即可满足单脉冲喷射流量要求.动态实验中,脉冲喷射开关阀的阀芯位移阶跃响应上升时间只有0.81 ms,远远满足脉冲喷射开关阀应用的工作频率要求.

基于超磁致伸缩致动器的脉冲喷射开关阀建模与仿真

利用超磁致伸缩致动器(Giant magnetostrictive actuator,GMA)应变率大、响应频率高的优点和脉冲喷射装置的结构特点设计了基于GMA的脉冲喷射开关阀,分别分析GMA和脉冲喷射开关阀本体在动态工作条件下的系统传递函数,综合分析后建立阀的流量、喷射速度与驱动电流之间的系统方框图和传递函数。Simulink的开关阀动态仿真结果显示,基于GMA的脉冲喷射开关阀的工作频带宽度大于400Hz,可满足大部分喷射装置的工作要求。GMA位移扫频试验结果表明,该模型在低频范围内可正确反映开关阀的动态特性,高频范围内需考虑温度和磁滞的影响。

基于RSD开关的脉冲放电主回路

运用RLC 电路脉冲产生原理设计出一种以反向导通双晶复合晶体管(Reversely Switching Dynistor,简称RSD)作为开关的脉冲放电主回路。基于RSD 开通的预充要求,引入磁开关作为主回路和触发回路的延迟隔离器。根据磁开关饱和时间τ和饱和电感Ls的综合要求,讨论了磁开关磁性材料的选取,重点设计了体积参数,分析了 s杂散电容、电感对放电回路的不利影响,分别给出两者的估算方法及减小措施。试验连线长60cm ,磁开关采用环形结构,磁芯材料为铁基非晶合金磁芯,其内径为60m m ,外径为120m m ,高为30m m 。经过多次放电试验,得到下述结果:①改善回路杂散电容及电感后,放电电流波形明显光滑;②磁开关绕线匝数决定了隔离时间并改变了回路总电感;③不同负载电阻的放电波形符合RLC 放电规律。试验结果验证了电路参数设计的合理性。该放电回路适合RSD 的测试及其脉冲功率电源。

齿形结构的长脉冲敏感型微加速度开关

针对智能武器电源管理系统对开关闭锁和断开的要求,提出了一种长脉冲敏感型微加速度开关。该开关带有齿形结构的悬空质量块和齿形导杆,通过质量块和导杆在运动过程中相互碰撞实现能量耗散,从而具有在高幅值窄脉冲加速度作用下保持断开,在低幅值长脉冲加速度作用下可靠闭锁的功能。介绍了开关结构和工作原理,对开关进行了理论分析和有限元分析,并对开关模型进行了简化。采用UV-LIGA技术制作了开关样机,利用样机试验和有限元分析相结合的方法验证了开关的功能。有限元仿真结果表明,该开关在3 000 g/3ms半正弦加速度作用下可靠闭锁。旋转台离心试验显示,开关的静态闭锁阈值为2 385.3 g^2 475.6 g。落锤冲击试验和有限元仿真结果均表明,开关在15 000 g/0.3ms半正弦加速度作用下没有闭锁。得到的结果表明该开关满足设计要求,能够应用于对加速度脉宽有区分要求的场合。

“强光一号”预脉冲气体开关特性研究

对"强光一号"加速器预脉冲气体开关特性进行了初步研究,估算了开关固有电容等电气参数,发现在数百ns的电压脉冲作用下,对于满足均匀场或接近均匀场条件的开关,其击穿电压接近其直流自击穿电压。在此基础上,针对"强光一号"加速器预脉冲的特点,选取加速器中预脉冲开关的工作间距及工作所压,在开关间距为24mm,气压为0.6MPa时,成功地抑制了预脉冲。

40kV/20kW开关型脉冲成形网络充电高压电源

采用软开关恒流充电技术,研制了一台40kV/20kW开关型脉冲成形网络(PFN)充电高压电源装置,该装置在重复频率范围、PFN电容容量较大变动时,都能达到高的稳定性,并具有体积小、效率高、可并联运行的特点,可用于环型加速器注入引出、直线加速器、雷达发射等领域。介绍了该装置的研制及带PFN负载的实验状况。

高重复频率脉冲功率技术及其应用:(4)半导体开关的特长与局限性

综合叙述了功率半导体开关在高重复频率脉冲功率技术中的意义和使用方法。并通过与传统脉冲功率开关的比较,归纳了半导体开关的特长和缺陷。在举例说明了半导体开关的控制方法以后,介绍了几种有效提高半导体开关工作能力的电路方法,包括采用多个器件的串联与并联、电压叠加、开关器件的组合与互补等方法。

自触发开关在不同脉冲前沿下的击穿特性

在击穿稳定性要求较高、外触发不便的脉冲功率装置中,自触发的气体开关成为一项重要选项。其中,基于紫外预电离技术的自触发开关已有多型开关成功应用于脉冲功率装置。在简要介绍紫外预电离开关击穿过程的基础上,着重分析在不同时间尺度、不同自触发信号引入方式情况下影响开关击穿特性的主要因素。实验分别测试了几十纳秒、百纳秒、微秒、几十微秒等4种脉冲前沿下开关的击穿特性。实验数据表明:该类型开关在击穿电压的分散性控制上表现比较优越,可小于1.5%;开关击穿时间抖动与承受脉冲电压的前沿正相关,可以达到脉冲时间前沿的1%左右;由于自触发开关触发能量小,很难在微秒以上前沿脉冲电压下获得几纳秒的时间抖动,可通过降低开关前级储能模块电感,减小开关承受脉冲前沿来获得更低的时间抖动。