水介质Blumlein型螺旋脉冲形成线的研究

分析了螺旋线脉冲形成线脉宽加宽的原理,利用程序对Blumlein型螺旋脉冲形成线进行了模拟研究,模拟结果与理论分析得到的脉宽表达式吻合较好,并可以给出螺旋线中筒的电场和磁场分布。加工了一套Blumlein型螺旋脉冲形成线,并开展实验研究,解决了绝缘支撑耐压问题,得到充电电压550 kV,二极管电压500 kV,电流28 kA,半高宽128 ns的脉冲输出。

基于非平衡Blumlein型多层微带传输线的高压纳秒脉冲发生器

为制作生物医学用小型化、紧凑型ns脉冲发生器,结合非平衡Blumlein型多层微带传输线和固态开关技术,研制了一台基于非平衡Blumlein型传输线的全固态高压纳秒脉冲发生器。通过波传播过程分析非平衡Blumlein型多层微带传输线方波形成原理;介绍了相关固态开关的控制时序及其'截波'策略,以此实现50~100 ns的方波脉冲脉宽可调;阐释了非平衡Blumlein型多层微带传输线系统的负载阻抗可变的相关原理;并研制了一台小型纳秒脉冲发生器以进行相关性能测试。最终,在50Ω负载下的纳秒脉冲电压参数:幅值0~2 k V可调、脉宽50~100 ns可调、重复频率0~1 k Hz可调,上升时间约20 ns;此外,测试了500Ω负载下输出的纳秒脉冲电压幅值约为充电电压的2倍。

光导开关级联Blumlein型脉冲网络设计

为了驱动重复频率运行高阻抗X光管,设计了基于光导开关的级联Blumlein型脉冲形成网络。采用数值模拟方法优化网络参数,从网络充电电压一致性、输出脉冲波形畸变、电压叠加效率、负载预脉冲幅值出发确定了充电电感和支撑电感设计原则。实验表明:光导开关工作场强23.2kV/cm,激光触发能量3.5mJ时,阻抗约15.6Ω的Blumlein型脉冲形成网络电压转换效率为0.71,2级级联网络电压叠加效率0.96。

基于光导开关的Blumlein型PFN能量转换效率

为了驱动低能重复频率高阻抗X光管,采用低感陶瓷电容构建了一套电长度约33.5ns、阻抗约8Ω的Blumlein型脉冲形成网络(BPFN),在匹配负载条件下研究了采用GaAs光导开关(PCSS)作为脉冲输出开关时PCSS工作场强、激光触发能量与能量转换效率的关系。实验表明:PCSS截止场强为3.21～4.94kV/cm,在工作场强高于20kV/cm时,截止场强引起的能量损失对能量转换效率的影响不大;PCSS较高的导通电阻是影响PFN能量转换效率的主要因素,随着工作场强、激光触发能量的上升,能量转换效率呈指数上升趋势。

Blumlein型方波发生器中杂散参数对输出方波的影响分析

着重对 Blumlein型方波发生器中几个杂散参数对输出方波前沿及波形的影响进行了详细的分析 。

低阻抗Blumlein型脉冲形成网络设计与实验

脉冲形成网络(PFN)是产生宽度上百纳秒甚至更长脉冲的主要技术途径之一。设计了一种低阻抗Blumlein型脉冲形成网络,该脉冲形成网络采用陶瓷电容器作为级电容,铜条作为级电感,通过将两路阻抗为20Ω的Blumlein型脉冲形成网络并联,使一个网络单元模块的输出阻抗为10Ω。实验结果表明,设计的Blulein型脉冲形成网络单元可在10Ω负载上获得半高宽约200 ns,前沿约为50 ns,平顶约为110 ns的高压脉冲。

级联Blumlein型脉冲网络充电电源设计

各级Blumlein型脉冲形成网络充电电压的不一致是影响级联脉冲形成网络电压传输效率的因素之一,为了使级联网络的充电电压一致,设计了一种多路充电电源。每路电源由脉冲变压器,IGBT,初级储能电容组成,IGBT的同步触发使得每路电源同时对负载充电。实验结果表明各级网络的充电电压不一致性<0.1%。

驱动X光二极管的级联Blumlein型脉冲网络过电压脉冲分析

为了提高装置容许的运行电压以提高辐射剂量产额,开展了放电过程中影响脉冲形成网络过电压幅值因素的研究。在引入开关导通不同步性和导通电阻条件下,建立了适用于任意电阻性负载的级联Blumlein型脉冲形成网络电压波过程理论模型,基于波过程模型进一步分析了影响脉冲形成网络过电压幅值的因素。研究表明开关不同步是产生过电压的主要因素,过电压峰值出现在开关闭合后的3倍形成网络电长度时刻。随着网络级联级数的增加,二极管阻抗与源阻抗匹配情况下最大过电压可达到-2倍充电电压,而二极管阻抗下降使得过电压幅值得以加强,阻抗过早崩溃可使过电压幅值接近充电电压的-3倍。

级联Blumlein型脉冲网络电感设计

为了利用级联Blumlein型脉冲形成网络在高阻抗负载产生理想的高压平顶脉冲输出,开展了构成该脉冲功率源关键单元的始端电感和终端电感设计。从充电电压一致性,输出脉冲不发生严重畸变,高的电压叠加效率,可接受的负载预脉冲幅值出发,确定了始端电感和终端电感值的计算方法,利用锰锌铁氧体磁芯的饱和特性设计电感,通过实验开展锰锌铁氧体磁芯参数测试。研究表明锰锌铁氧体饱和和剩余磁感应强度之和约为1.75,饱和磁导率约3.3,非饱和磁导率约1 462,饱和电感值为7.3 mH,非饱和电感值3.2 mH。

Blumlein型脉冲形成网络设计

为了产生驱动高阻脉冲X光管的快前沿平顶脉冲,开展了级联B线主要组成单元Blumlein型脉冲网络的研究。在网络阻抗和电长度一定时,从Blumlein型脉冲形成网络级数、级电容杂散电感、开关参数和隔离电感4个方面开展了影响输出脉冲前沿、过冲、顶降、反冲和预脉冲因素的研究。研究表明级电容杂散电感和开关导通电阻使输出脉冲严重畸变。实验表明设计的网络阻抗7.8Ω,输出脉宽65.2 ns,前沿18.6 ns,与预期一致。

Blumlein型高效率微带光导开关研究

提出了一种高效率Ｂｌｕｍｌｅｉｎ型微带光导开关电路．并从理论上分析了该光导开关电路的输出特性和不同光功率激励下的工作特点．分析指出这种光导开关具有１００％的电压转换效率。实验结果得到了９３％的电压转换效率．和理论分析结果相吻合。

螺旋型水介质Blumlein线的初步研究

介绍了水介质螺旋Blumlein型脉冲形成线 (长约0 5m)的设计和实验结果。实验表明 :它可得到前沿约 12 0ns、脉宽约 2 70ns的方波脉冲 (而同样长水介质同轴Blum lein线只能得到 31ns的方波脉冲 ) 。

单级长脉冲LTD模块的设计及分析

为了解直线型变压器驱动源(LTD)的工作特点,掌握LTD对百ns方波脉冲的响应情况,设计了一台可输出电压峰值>20 kV,脉冲半高宽约150 ns的单级长脉冲LTD模块。对整个装置的各个单元的设计进行了详细介绍,通过理论分析进行优化,给出了合理的参数,该LTD模块采用两路并联馈电。每路馈电脉冲由30 kV高压电缆绕制而成的脉冲形成线产生,且为减小回路杂散电感的影响,设计制作了一个低电感、较小抖动的三电极触发开关。初步的实验结果表明,初、次级间电压吻合的很好,验证了理论分析及装置设计。最后针对以上工作中的不足提出了今后的工作重点,包括对磁芯非线性磁导率和损耗的研究,提出更加符合实际的变压器模型,对LTD以及馈电装置的布局研究等,为将来优化设计并多级串联,实现更高电压输出奠定了基础。

基于光导开关的重复频率闪光X光机

采用砷化镓光导开关和Blumlein型脉冲形成网络以级联的拓扑形式构建平顶输出功率源,驱动工业X光二极管产生X射线。提出了一种轮辐状金属-陶瓷沿面阴极,并与普通金属阴极工业X光二极管重复频率实验结果进行比较。研究表明:受限于阴极重复频率下的电流发射能力,普通金属阴极工业X光二极管难以实现1kHz重复频率,采用新型阴极二极管实现了1kHz重复频率2猝发脉冲X光输出,这两个脉冲的二极管功率、X射线信号基本一致。

基于光导开关的全固态器件功率源实验研究

研制了一种全固态器件重频功率源，采用GaAs光导开关和Blumlein型脉冲形成网络以级联的拓扑形式构建驱动源产生平顶高压脉冲。给出了Blum—lein型脉冲形成网络设计依据，以及充电电感和支撑电感值的计算方法，并分析了开关闭合不同步在脉冲形成网络上形成的过电压幅值。其中充电电感和支撑电感是该功率源设计的关键，直接影响各级网络充电电压幅值的一致性，输出波形畸变程度、电压叠加效率、负载上的预脉冲幅值。实验表明单级脉冲形成网络阻抗约为7．8Q，电长度约为36．5ns，12级光导开关型级联Blumlein型脉冲网络在匹配负载上输出电压达到220kV，脉宽约为63ns。