利用压电振动能量收集技术具有的力-电耦合效应高, 无电磁干扰, 机构简单等特点, 该文提出了一种对称式自供电同步电荷提取电路(SSP-SECE), 使用互补三极管实现同步开关控制, 通过导向二极管与检测电容可实现峰值自检测。使用Multisim软件建模仿真测试了电路方案的合理性, 实验验证了电路的有效性。实验结果表明, 采用优化设计的SSP-SECE接口电路使负载电阻功率比标准能量采集电路高约4.23倍, 相对于SECE电路整体提升了23.02%。

利用压电材料的环境振动能量收集技术具有能量密度大, 无电磁干扰, 较易收集的特点, 该文提出一种自供电式压电振动能量采集电路, 即基于耦合电感的同步电荷提取和电压翻转电路(SCET&VII), 利用电子仿真软件LTspice对标准能量采集(SEH)电路、同步电荷提取(SECE)电路和SCET&VII进行仿真分析和对比。结果表明, 在相同振动激励条件下, SCET&VII接口电路的负载取用功率是SEH的2.65倍、SECE的1.76倍, 且功率输出不受负载影响, 同时实现了能量收集中的开关动作能量自给。

利用FCM-PTS程序与负载动力学程序耦合模拟研究了聚龙一号装置中主开关导通时刻对Z箍缩实验中负载电流峰值和上升时间的影响。结果表明, 虽然聚龙一号装置上下支路三平板传输线的单向传输时间相差20 ns, 但是当上下支路主开关导通时刻的时间差为22 ns时, 负载电流的峰值最大, 上升时间最短。将上下支路主开关导通时刻的时间差设置为20 ns和22 ns时, 主开关导通时刻10 ns的抖动导致负载电流峰值损失最大值分别为163 kA和136 kA, 上升时间最多分别延长2.4 ns和2.9 ns。

聚龙一号装置由24路模块并联组成, 通过调整24路模块中激光触发气体开关的导通时序可实现负载电流波形的精确调节, 以满足磁驱动加载实验所要求的负载电流波形灵活调节的需求。针对聚龙一号装置开展的磁驱动加载实验, 建立了能够描述能量从Marx发生器开始至负载整个传输过程的全电路模型, 开发了相应的电路计算程序, 并基于实验结果对计算程序进行了校验, 电路模拟结果与实验结果符合较好。电路模拟程序的计算效率比采用Pspice软件进行全电路计算的效率显著提高, 其不仅可应用于在给定激光触发气体开关导通时序的情况下对聚龙一号装置的输出特性进行预测和评估, 同时也为负载电流波形调节的方案设计提供了一种有效工具。

基于高功率脉冲功率系统小型化和模块化发展要求，研制了一种集储能和脉冲形成功能为一体的脉冲形成模块。通过发展非均匀脉冲形成技术，成功将传统脉冲形成网络的级数降至两级，并保持其输出波形为近方波，大幅降低了近方波脉冲形成模块的体积重量。模块内部电容采用串联分压结构以提高其耐电压值，采用折叠式薄膜电容以提高其储能密度，结合薄膜/变压器油混合绝缘方式，实现了紧凑化、耐高压设计。利用PSpice电路仿真，结合最坏情况模拟等方法，分析了模块内部电参数对其输出特性的影响，并进行了实验验证。模块耐电压值可达120 kV，单次储能密度高达41 kJ·m-3，可输出脉宽约180 ns的近方波高压脉冲。该模块将传统需要五级以上的脉冲形成网络的实际应用发展到两级，有利于实现多级高压方波Marx系统的紧凑化、模块化设计。

针对电源电路抗γ总剂量辐射性能评估问题，建立了元器件和电路的性能模型，并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的γ总剂量辐照试验，获取了元器件关键参数随γ累积总剂量变化的实验数据，将参数变化规律注入模型，开展了电源电路抗辐射性能仿真，获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估，并与电路实际辐照实验结果进行对比，结果表明，QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。

为方便描述聚龙一号装置与Z箍缩负载的电磁耦合过程, 基于大量电参数实验数据和全电路模拟分析, 建立了一个简化的集总电路模型, 获得了等效电压波形和等效电阻、电感等集**量。采用水介质三板输出线出口位置的开路电压作为等效电压, 进一步拟合为正弦平方函数, 峰值为3.3 MV(当前驱动器充压为65 kV), 零到峰值的时间长度为102.5 ns。采用简化的流阻抗模型描述磁绝缘传输线内部空间电子流的电流损失效应。将电路程序与零维负载动力学程序耦合模拟, 得到了与实验结果符合的负载电流波形, 尤其电流波形的前沿和峰值符合较好, 分析了电磁能转化为负载动能的过程。

基于10级模块串联的1 MV快脉冲直线型变压器驱动源装置,分别开展了1～3个模块在不充电或不触发时装置的整体输出参数测试。结果表明,在二极管负载阻抗基本不变的情况下,装置输出电流和电压降低的数值约为故障模块数与总模块数的比值。与所有模块正常工作时相比,脉冲上升时间分别增加10,22和32 ns,脉冲宽度分别增加13,23和48 ns。根据电路分析以及模块实际电参数建立了装置的等效电路模型,模拟得到的不同数量模块不工作时的输出电压变化趋势与实验结果基本一致,并利用电路模型对故障模块中开关两端的电压进行了模拟和分析。

在“神龙二号”直线感应加速器的调试中,虽然电容探头和电阻分压器测到的空载加速腔电压波形基本一致,但是带束流负载时两者的波形有明显差异,针对此实验现象开展了研究。仔细模拟了束流波形和电压波形相对时间差异引起的波形差异,得到束流提前、同步和滞后条件下的腔压波形,确认相对时间差是导致波形差异的一个重要原因。建立了加速腔的分布参数电路模型,模拟结果表明束流负载效应到达两种探头的时间不同,这会导致腔压波形的不同; 由于电容探头距离加速间隙更近,所以电容探头测到的波形更接近束流实际得到的加速波形。后续的调试实验获得了没有加速电压时束流产生的负载效应波形,证明束流负载到达两个探头的时刻确实不同,对加速器出口束流能谱的测量结果也表明束流的能谱分布和电容探头波形的叠加结果基本符合,上述结果表明该研究所用的模拟和分析方法是有效的,可以用于加速器的调试和性能优化。