猝发重频高压大功率脉冲充电电源研制

针对电感隔离型重频Marx发生器的充电需求,研制了一台猝发重频高压大功率脉冲充电电源。该电源采用直流电源+储能电容+晶闸管开关+脉冲变压器的技术路线,设计指标为充电电压为90 kV,充电电流1 kA,充电重复频率1 Hz~100 Hz可调,猝发工作时最大充电次数为5次。首先介绍了充电电源的工作原理,进行了电路参数计算和结构设计,得到了晶闸管、初级电源和脉冲变压器等主要器件的参数。然后试制组装了一套电源,并进行了实验验证:对等效总电容量为0.7μF的紧凑型Marx发生器充电时,充电电压90 kV,充电时间小于120μs,充电重复频率10 Hz。该电源的研制成功对高功率重复频率脉冲功率源的进一步小型化具有重要意义。

用于细胞活性研究的高重频脉冲磁场装置

一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁场期望值同步调节,后级电路是桥式电路,用于实现脉冲磁场波形周期、振幅、稳定度、刺激间隔等参数的控制,为了实现电流从快速上升到稳定值的平滑过渡,引入一种由滞环控制器和PI控制器组成的混合型控制器。在此基础上,研制了频率范围为1 Hz~5 kHz、脉冲边沿小于50μs、可调精度为0.1 mT、峰值强度高达10 mT的便携式高频脉冲磁场发生装置样机,并应用于脉冲磁场对高龄小鼠的体外成熟卵母细胞受精和胚胎发育能力影响的研究。在脉冲磁场作用下囊胚形成率从15.15%提高至52.94%,表明脉冲磁场显著促进了高龄小鼠体外成熟卵母细胞的发育能力。

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求,设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成:主电路为8级Marx电路串联,MOSFETs作为充放电控制开关;触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作;LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好,充电速度快,结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述,并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机,实验样机参数为脉冲电压0~4 kV,重复频率0~8 kHz可调,脉冲宽度5~12μs可调。

驱动信号占空比对声光调Q脉冲光纤激光器输出脉冲重频的影响

搭建了声光调Q脉冲光纤激光器实验系统,通过调节声光调制器(AOM)驱动信号的占空比,研究了驱动信号占空比对声光调Q脉冲光纤激光器输出脉冲重频的影响。结果显示,当AOM驱动信号频率固定时,随着占空比的减小,输出脉冲重频依次为AOM驱动信号频率、AOM驱动信号频率的1/2、1/3。实验结果表明,在声光调Q脉冲光纤激光器中,输出脉冲重频受AOM驱动信号频率和占空比的共同影响。

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。

Tesla变压器型重复频率纳秒脉冲源的研制

脉冲变压器与陡化开关结合的方式是产生纳秒脉冲较为成熟的方式,采用这种方式,研制了一种基于空芯Tesla变压器和陡化开关的紧凑高压重复频率纳秒脉冲源。该脉冲源主要由重复频率充电模块、Tesla变压器和陡化开关三部分组成,重复频率充电模块主要通过晶闸管的时序配合实现,Tesla变压器为脉冲源装置系统的核心及主升压模块,陡化开关是一个三电极自击穿型气体开关,用于将变压器次级输出的电压陡化成纳秒快脉冲波形,对该重复频率脉冲源以上各部分进行了详细的设计和测试。实验结果表明,该脉冲源可以在6kΩ的负载电阻上输出幅值100kV、上升沿约为30ns、最高频率可达500Hz的高压纳秒脉冲。

一种低重频脉冲雷达速度模糊解算的新方法

关于低重频脉冲雷达主要用于目标距离和角度的跟踪测量,其脉冲重复频率很低,会产生严重的速度模糊,常用的解模糊方法效果较差。基于"中频数字锁频+谱峰搜索解模糊"的测速系统,提出了采用"对称系数"作为谱峰判决依据,并进行变步长搜索的解模糊算法,将抗噪声性能提高了近24dB,并大幅提升了解模糊的速度,仿真验证了该算法的有效性。

高峰值功率重频脉冲固体激光器

综述了高峰值功率重频脉冲固体激光器的发展现状，对其中的Ｑ开关、腔倒空、锁模等窄脉冲技术和放大技术进行了分析，展示了高峰值功率重频脉冲固体激光器的发展前景。

重频电磁脉冲对可控硅触发系统的电磁干扰

针对重频电磁脉冲(EMP)干扰现象,以可控硅门极触发电路为研究对象,进行了门极共地耦合电磁干扰的理论研究,并针对重频EMP环境下可控硅触发的可靠性,分别进行了不同重频EMP数量与不同重频EMP时间间隔下可控硅的触发输出实验。结果表明:重频EMP会影响可控硅的触发,重频EMP数量增多与间隔减小均使可控硅误触发的可能性增大。对比理论分析与实验结果,认为重频EMP干扰是由于重频EMP累积效应与重频EMP高频分量增强从而导致交互作用耦合增强所引起。

静止空气中重频脉冲火花放电等离子体的气动激励特性

不同的状况下的重频脉冲(PRF)火花放电等离子体气动激励特性并不相同。为此,采用重频脉冲电源和激励器在静止空气中产生火花放电等离子体气动激励,研究了其激励特性。实验结果表明:由于重复脉冲火花放电存在快速加热,因此会瞬间产生很大的温度升和气压升,进而诱导产生冲击波;冲击波在流场中以声速传播,随后强度逐渐减弱,一定时间后衰减为弱扰动。保持脉冲重复频率不变,当激励电压绝对值增大时,注入流场的单脉冲能量和冲击波波速都随之增大。而保持激励电压不变,增大脉冲重复频率时,注入流场的单脉冲能量和冲击波波速基本不变,同时由于放电周期变短,因此上一个放电周期产生的弱扰动在下一次放电时仍然存在。

重频高压ns脉冲电源关断保护电路的设计及应用

由于重频ns脉冲电介质击穿试验中持续时间过长的大幅值短路电流会对设备造成损害,因此设计了一种用于高压ns脉冲电源的关断保护电路。试验时根据电流的变化来判断击穿的发生并作为触发信号,关断保护电路将示波器的触发反馈信号转换成脉冲控制信号来实现击穿后电源的自动关停。将所设计的电路用于重频ns脉冲PTFE击穿试验中,验证了电路的有效性。利用该关断保护电路和示波器组成的测量系统测量了重频高压ns脉冲条件下PTFE击穿的电压电流波形和重频耐受时间,测得重频耐受时间204ms。结果表明该测量系统误差为22μs,可以满足40kHz重复频率以下的ns脉冲固体击穿试验的要求。

高重复频率纳秒脉冲放电特性

纳秒脉冲放电可用于产生非平衡态等离子体,提高脉冲重复频率有利于提高纳秒脉冲放电中的等离子体参数。采用脉冲重复频率达到30 kHz的纳秒脉冲电源放电产生大气压等离子体,并研究了放电特性及等离子体参数。结果表明在重复频率较高的情况下,击穿电压和击穿时延仍随重复频率的增加而持续下降,但降幅减少,出现饱和现象。计算了放电功率和单脉冲能量随频率的变化,发现高重复频率下,虽然单脉冲放电能量不断降低,但由于单位时间内脉冲个数的增加,放电总功率随脉冲重复频率的增加而不断增加。此外,通过Ar原子光谱获得的电子温度为0.8~2.5 eV,证明高重复频率纳秒脉冲放电产生的等离子体为典型的非平衡态等离子体。本研究能够为高重复脉冲纳秒脉冲放电的应用中反应条件优化提供参考。

固态高功率高重频脉冲源的研究与发展

全固态高功率高重频脉冲源技术是定向能武器高能激光、高功率微波发展的关键技术之一。重点介绍了固态脉冲源技术发展历程和国内外发展动态。总结了三类固态高功率高重频脉冲源研制设计方法与工作原理、核心关键技术、应用前景、发展启示,以供相关人员参考。固态高功率高重频脉冲源具有全固态、高功率、小体积、轻重量、高可靠、长寿命等优点,在“激光打靶受控核爆模拟”实验研究、闪光X光照像、超宽带雷达、超宽谱通信、电子对抗、瞬态测量仪器等领域有广泛的应用前景。

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。

重频纳秒脉冲电压下聚酰亚胺薄膜层叠结构的绝缘特性

为提高脉冲功率技术中绝缘结构的绝缘性能,延长设备使用寿命,研究了重频纳秒脉冲电压作用下,多层绝缘薄膜层叠结构的绝缘特性,采用上升时间为115 ns、脉宽为225 ns的重频源,在重复频率为1 kHz的条件下,对比了不同厚度和层叠数的聚酰亚胺单层膜和多层膜的短时击穿场强和长时耐受脉冲数,建立了重频纳秒脉冲电压下1500万次以内的电老化单因子寿命模型。试验结果表明层叠结构有利于提高聚酰亚胺的绝缘强度,快速击穿场强最高增大45.44%,这是由于层叠结构减小了单层绝缘厚度,单层绝缘的击穿场强随厚度的减小而增大。耐受脉冲电压数也明显提升,并且总绝缘厚度相同的情况下分层数越多,快速击穿场强越高,同时耐受脉冲数也越多。耐受脉冲电压数与场强满足指数关系,这为场强的选择和绝缘结构设计提供了依据。

重复频率微秒脉冲电压下多间隙气体开关级间绝缘子沿面闪络特性

多级间隙气体开关是高功率微波装置中的关键器件,其中级间绝缘子沿面绝缘强度是影响开关稳定性和寿命的关键因素之一。文中模拟级间绝缘子实际工作条件,对平行平板电极中的圆柱形绝缘子试样施加重频微秒脉冲电压,开展闪络电压、闪络时延以及沿面寿命的实验研究。结果表明:气/固介电常数差异加剧电场畸变,使得闪络电压随着绝缘子材料介电常数增大而降低,SF_(6)中不同材料闪络电压的差异小于空气中;由于累积效应,闪络电压和闪络时延随着重复频率增加整体呈下降趋势;相同欠压比下,绝缘子沿面寿命随着气压升高而增长,SF_(6)中沿面寿命高空气中一个数量级,介电常数较大的材料具有更优异的沿面寿命;SF_(6)与空气闪络路径的差异导致SF_(6)中沿面闪络特性具有与空气中不同的特点,闪络放电分散性低于空气中,重频脉冲作用下材料表面光电发射作用更为显著,连续闪络中劣化猝发等。该研究为级间绝缘子沿面绝缘设计和绝缘材料筛选提供了理论依据。

均匀电场重频脉冲作用下的水中气泡击穿

均匀电场重频脉冲作用下处理室放电问题是高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术遇到的难题。目前现有水中空气泡的击穿研究无法说明这种平均电场强度较低(<70 kV/cm)的情况下的击穿现象。为了解决这一问题,设计了金属平板电极与水溶液电极间的气体击穿实验,利用等效实验研究了有水溶液电极的大气压下短间隙(<1 cm)的气体击穿现象。通过实验得到了液体做电极的空气气隙的击穿电压,证明了阴极种类以及重频脉冲参数对击穿电压的影响,得到了均匀电场作用下水溶液中气泡的内部电场与气泡形状参数和气液介电常数的关系式。研究结果表明PEF处理室的完全击穿是由水溶液中的气泡击穿所引起的,受阴极二次电子发射系数γ的影响,并预测了水中空气泡击穿场强,为合理设计PEF处理室提出重要参考依据。

一种低重频脉冲雷达的速度解算方法

低重频脉冲雷达因其脉冲重复频率低,测速时会产生严重的速度模糊,需要找到一种方法,让低重频脉冲雷达具备测速功能。文中提出一种低重频脉冲雷达的速度解算方法,利用FFT实现8通道窄带滤波器组,然后通过参差、速度差值、速度估计实现测速。仿真验证了该算法的有效性。

高重频高压窄脉冲源

早期国内外研究的窄脉冲源重频低(几十至几百赫兹)、峰值电压小；近10年来发展起来的全固态高重频高压窄脉冲源，电压大(可达到3kV)、峰值功率高、重频可达10^5赫兹量级。

基于离散度多目标粒子群重频组优化算法

针对重频组优化需考虑的解模糊、抗盲区、抗虚影等因素,提出了一种基于离散度的多目标粒子群重频组优化算法;针对雷达重频组优化问题,以最小化虚影产生率、最小化盲区、最小虚影为目标综合设计重频组,提出基于改进MOPSO重频组优化算法,求解出雷达重频组的最优pareto前沿,并引入灰色关联度用于折中解的选择,最后通过仿真验证了改进MOPSO重频组优化算法在寻优能力、收敛性、减少盲区能力、抗虚影能力和解模糊能力方面均优于传统MOPSO算法。