紧凑型重复频率高压纳秒脉冲电源及其仿真模型

纳秒脉冲等离子体在诸多实际的工程应用中依赖于小型化且可靠的纳秒脉冲电源实现。设计了一种紧凑型全固态高压纳秒脉冲电源,该电源主要由直流电源部分、绝缘栅双极晶体管及其驱动控制电路、可饱和脉冲变压器、磁脉冲压缩网络等组成。通过理论计算分析、PSpice电路仿真以及实验研究表明,其最终可以在800Ω的输出负载阻抗上获得幅值40kV、脉冲宽度100ns左右、脉冲上升沿约50ns的高电压脉冲,重复频率最高可达5kHz。

重复频率纳秒脉冲介质阻挡放电对聚对苯二甲酸乙二酯表面改性

介绍了0.1 MPa下的纳秒脉冲介质阻挡放电(DBD)对聚对苯二甲酸乙二酯(PET)材料表面进行的亲水性改善。分别采用均匀和丝状放电模式对PET表面改性处理,并采用水接触角测量、原子力显微镜观察、X射线光电子能谱分析对改性材料进行表面分析。实验发现介质阻挡放电处理后PET表面水接触角明显减小,接触角从78°下降到25°,但随处理时间的增加有饱和效应;PET表面粗糙程度增加,亲水性含氧基团被引入,从而改善了材料表面亲水性;纳秒脉冲下的均匀DBD比丝状DBD处理效果更为显著。

高压重复频率纳秒脉冲下电信号的测量与诊断

为了更准确地获得重复频率纳秒脉冲下气体击穿试验参数,分析了击穿电压、放电电流的测量及影响测量结果的因素等,并介绍重复频率下气体间隙击穿的耐受时间测量方法。信号测量传感器的响应带宽、间歇性存在的电磁干扰、气体间隙被击穿时瞬态高频振荡及地电位暂态升高等因素会干扰被测信号,甚至会导致被测信号局部干扰严重。采用软阈值小波降噪法可有效减小干扰。在测得分流器方波响应的基础上,采用Wiener滤波器反卷积补偿分流器输出信号的方法来校验分流器输出,结果表明分流器输出波形满足试验要求。

脱硫用重复频率脉冲电源设计

简单介绍了高压脉冲电晕法脱硫的基本原理 ,以及对重复频率脉冲电源性能的要求 ;分析脱硫反应器独特的电气特性对电源系统的影响 ;对重复频率脉冲电源的设计方法及技术路线进行相关探讨。

大气压空气中重复频率纳秒脉冲气体放电模式研究

利用上升沿100ns、脉宽150ns的单级磁压缩纳秒脉冲电源,通过电压电流测量和放电图像拍摄实验,研究了大气压空气中极不均匀电场结构重复频率纳秒脉冲气体放电的放电模式。结果表明纳秒脉冲气体放电存在三种典型的放电模式:电晕放电、弥散放电和火花放电。施加的脉冲电压幅值对放电模式影响显著,随着电压幅值的增加,放电依次经历电晕、弥散和火花放电。固定电压幅值时,放电可能同时存在两种模式。重复频率加强了放电强度,弥散放电的激发电压随重复频率的增加变化不大,但火花放电的激发电压随着重复频率的增加而降低。因此降低重复频率有利于在较大电压范围获得大气压空气弥散放电。

重复频率纳秒脉冲聚四氟乙烯薄膜击穿特性

实验研究了聚四氟乙烯薄膜在重复频率纳秒脉冲下的击穿特性，选用脉冲上升时间约15ns，脉宽30-40ns，重复频率1～1000Hz。测量并计算了击穿前后的电压电流波形、重复频率耐受时间和施加脉冲个数与击穿特性密切相关的参数。结果表明，重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿场强为MV／cm量级，重复频率耐受时间随施加场强和重复频率的增大而减小。薄膜本身性质及油浸时间使实验数据具有分散性，重复频率纳秒脉冲下聚四氟乙烯薄膜击穿应考虑重复频率条件下的热积累效应和材料缺陷。

新型高功率高重复频率脉冲电源研制

介绍了一台适用于某强流电子束加速器的高功率、高重复频率脉冲电源,其基本电路采用三相半波整流构成直流电源,利用LRC直流谐振充电原理实现脉冲电源的重复频率运行。

一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源

重复频率脉冲功率技术是一系列高科技研究与前沿研究的基础。开关是重复频率脉冲功率系统中的重要元件,其工作性能决定着整个系统的重复频率输出特性。为此,研究了一种用于触发开关测试的重复频率脉冲电源。该脉冲电源包括主回路、触发回路和控制电路3个部分。在主回路和触发回路中均采用LC串联谐振的方式,用可控硅控制一个大容量电容器,通过电感给一个小容量脉冲电容器充电。主回路的小容量电容器提供通过触发开关主电极的大电流。触发回路的小容量电容器由IGBT控制向脉冲变压器放电,为触发开关提供重复频率的高压触发脉冲。控制电路协调主回路和触发回路各元件的动作时序。在触发开关的实际测试中,该电源的重复频率为1 kHz,输出电流峰值为750 A。

极不均匀电场下重复频率纳秒脉冲气体击穿实验研究

实验研究了尖-板电极中，不同重复频率（10，100，500，1000Hz）、不同间隙（0．5，1cm），不同气压（0．1～0．4MPa）等条件下空气的绝缘特性。得到了击穿时延、重复频率耐受时间、施加脉冲个数等与施加电压、重复频率的关系。研究发现；在该实验条件下击穿时延随着场强与气压的比值减小而增加，但重频耐受时间和脉冲击穿个数并没有明显变化；随着重复频率的提高，击穿时延和重频耐受时间会减小。但脉冲击穿个数可能会增加；且重复频率条件下击穿的极性效应不明显；重复施加的脉冲产生大量的亚稳态粒子和残余电荷影响放电的发展过程；负离子的脱负或正离子碰撞阴极的过程。及亚稳态粒子的去激励作用给击穿提供了有效初始电子。

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。

脉冲数目和重复频率对纳秒激光推进的影响

以抛物形点聚焦激光推进器模型为研究对象，数值模拟了脉冲重复频率在2-50Hz范围内吸气式多脉冲纳秒激光推进的流场演变过程，分析了脉冲数目和重复频率对推进性能的影响。结果表明：随着脉冲数目的增加，喷管内气体密度减小、温度升高，导致平均冲量耦合系数下降，但纳秒脉冲激光作用获得的平均冲量耦合系数明显高于微秒脉冲激光；相同脉冲数目条件下，随着脉冲重复频率的增大，流场恢复时间缩短，使得流场状态不能及时恢复，导致平均冲量耦合系数下降，其中脉冲重复频率f≥10Hz时的下降趋势明显大于f≤10Hz。

提高脉冲固体激光开关逆变电源重复频率的方法

对影响脉冲固体激光开关电源重复频率的原因作了分析，并提出了解决问题的方法，此电路适用于高重复频率脉冲固体激光电源．

脉冲重复频率对纳秒脉冲介质阻挡放电的影响

研究了脉冲重复频率对大气压下纳秒脉冲介质阻挡放电的影响.在大气压下空气中,利用纳秒高压脉冲激励平行板电极产生稳定的介质阻挡放电.在脉冲峰值电压,气隙间距等其他放电参数保持不变的条件下改变纳秒脉冲电源的重复频率,研究了脉冲重复频率对放电特性和放电形态的影响.研究结果表明,随着脉冲重复频率的增大,放电的击穿电压呈现下降趋势,放电电流没有明显的变化,放电模式逐渐弥散化,这反映了放电空间记忆效应的影响.

二次升压的重复频率脉冲电源

介绍一种采用脉冲变压器二次升压工作方式实现高电压脉冲输出的设计电路，电路的主要特点是可以对电容负载实现快速充电，通常其充电时间可控制在几百纳秒内。由于在电路中的开关器件为氢闸流管和磁压缩装置，因此系统具有千赫兹的连续重复频率工作能力。目前，以这种方式工作的重复频率脉冲电源系统，脉冲调制过程的能量传输效率大于70％，输出脉冲电压大于600kV，连续重复频率大于100Hz.

高压重复频率快脉冲下变压器油中的闪络

介绍了重复频率快脉冲下固/液体介质交接面闪络初步的实验结果。脉冲功率源为基于半导体断路开关(SOS)的SPG200,固体介质为有机玻璃和尼龙,液体介质为变压器油。在相对低频阶段,闪络耐压时间与闪络场强随外加电压脉冲频率的增加非线性迅速减小,在约200 Hz以后,两者下降的趋势明显减缓。随着脉冲频率的增加,闪络耐压时间在统计上变小的同时,在一定区间内的分布也更均匀。分析表明,在不同实验条件下,重复频率显著低于单次下的沿面闪络和体击穿场强,两类场强都随脉冲频率增加非线性下降,在约200 Hz以后,下降的程度减弱。闪络场强随重复频率电压脉冲频率的变化表明,电压作用时间是绝缘介质击穿的根本要素,脉冲电压对绝缘介质的作用时间越长,沿面闪络越容易发生。

重复频率场畸变火花开关的电压工作范围

用大气压空气下的场畸变火花开关组建一套纳秒脉冲电源,研究了开关不同重复频率(从50 Hz到1300 Hz)触发击穿时的电压工作范围以及吹气的影响,用高压探头和数字示波器记录电压波形。实验结果表明,开关稳定工作(电压低于30 kV、电流峰值小于300 A)的最高重复频率为1300 Hz,因开关击穿后绝缘未完全恢复,稳定工作的最高工作电压V_(max)和最低工作电压V_(min)都随重复频率的升高而降低,低频时电压工作范围(V_(max)-V_(min))宽,高频时窄。低频50 Hz时工作范围有10 kV左右,高频1300 Hz时很小,大约只有0.5 kV,这是因为高频时绝缘水平低,触发脉冲对击穿电压的降低作用不明显,因此触发条件下的实际工作电压更接近当前的自击穿电压。吹气可以加快气体绝缘恢复,提高最高和最低工作电压。若开关的最高工作电压为工作前自击穿电压30 kV的90%以上,则不吹气时重复频率低于50 Hz,吹气时最高能到500 Hz。

600 A重复频率脉冲恒流源研制

针对国内脉冲恒流源幅值较小、重复频率较低等问题,设计了基于电流闭环反馈控制的恒流电路,建立了相应的数学模型,并采用Pspice仿真验证了电路的功能,最终研制了1台600 A重复频率工作的脉冲恒流电源。电源采取储能放电配合高速开关的工作模式,使用功率场效应三极管作为线性调整开关,可大范围自动恒流,适用于激光二极管负载。输出的脉冲电流幅值最高600 A,上升时间小于40μs,电压幅值最高320 V,脉宽100~600μs可调,工作重复频率最高200 Hz。电源体积较小,结构紧凑,效率可达90%以上。

基于半桥结构的双极性脉冲电源的研究

为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明:所设计的高频双极性脉冲电源在100Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0~±4 kV可调,脉宽0.2~1.0μs可调,正负脉冲相间延时0~1 ms可调,上升沿和下降沿60~150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。

电感储能型脉冲形成线高重复频率脉冲功率发生器

利用传输线中的电感单元和电压叠加的方式来获得纳秒(ns)级矩形高压脉冲是一种全新的思路。描述了这种发生器的基本原理,并利用同轴电缆和MOSFET开关制作了两种原型脉冲发生器(单线型和双线型)来论证此方案的可行性,并进行了初步实验验证,在四模块叠加的情况下,分别实现了4kV/20 A,20ns和2kV/40A,20ns的短脉冲。实验结果表明,电感型脉冲形成线电压叠加器是一种有潜力的紧凑型高压脉冲发生器。