强激光与粒子束
2022, 34(6): 064006
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
根据绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作特性，研究设计了一种应用于脉冲功率系统的开关驱动电路，实现了IGBT的快速开通。阐述了驱动电路的原理，设计了基于平面变压器的驱动电路，在驱动芯片基础上为栅极提供幅值为60 V脉冲电压，提高开关速度。最后使用Blumlein双线结构对驱动电路的性能进行了实验验证。应用这种驱动方式，提高了集电极电流上升速率。实验结果表明，在1000 V的工作电压下，通过IGBT的脉冲电流达到了470.53 A，脉冲前沿为40 ns，di/dt达到9.41 A/ns，相比数据手册提供的数据，该电流上升速度提高了7.53倍，实现了对IGBT的快速驱动。
栅极驱动 平面变压器 脉冲功率系统 IGBT IGBT gate drive current slope di/dt planar transformer pulsed power system 强激光与粒子束
2018, 30(1): 015001
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
研制了一种百千伏紧凑型Marx发生器,介绍了紧凑型Marx发生器的工作原理和设计原则。依据设计原则采取单边充电,陶瓷电容作为储能元件,开关和绝缘腔体一体化设计,功能模块化等措施使得Marx发生器结构紧凑。该发生器前级部分集成了触发、充电和气路控制模块,只需提供气源和市电即可实现可靠工作; 该发生器输出电压范围为15~100 kV,通过不同的负载转接结构已用于高压触发装置和电磁脉冲模拟装置脉冲源等应用。
Marx发生器 紧凑型 脉冲功率系统 模块化 Marx generator compact pulsed power system modularize 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045016
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
针对“脉冲源+传输线+感应腔”和“储能电容+固态开关+感应腔”两种常见的脉冲感应组元结构, 对相同感应腔的腔压波形进行了实验对比和理论分析, 推导出了不同组元结构下感应腔中磁芯回路电感量、匹配电阻阻值和感应脉冲幅度间的关系表达式, 分析对比了两种组元结构下感应腔电感量和电阻值变化对腔压平顶影响的程度和差异, 为低压重频脉冲感应加速组元的参数选择和优化提出建议和判据。
感应腔 脉冲感应组元 腔压平顶 感应脉冲 脉冲功率系统 induction cavity pulse induction module voltage flattop induction pulse pulse power system 强激光与粒子束
2016, 28(1): 015104
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理，针对选用的氢闸流管VE4147的触发要求，设计了直流偏压-150 V、空载电压2 000 V、脉冲电流10 A、脉冲宽度800 ns、重复频率10 kHz的触发器。设计中着重从增强抗干扰能力、降低功耗、改善散热等方面进行考虑，保证触发器以10 kHz的重复频率持续工作，已经应用于100 kV/2 kHz高压脉冲电源、70 kV/10 kHz氢闸流管老练平台、150 kV/1 kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源等多个重复频率脉冲功率系统中。
脉冲功率系统 氢闸流管 重复频率 触发器 pulsed power system hydrogen thyratron repetition-rate trigger device
中国工程物理研究院 流体物理研究所,四川 绵阳 621900
提出并设计了一种Marx发生器线路,将电路模拟和实验验证结果与传统的Marx线路进行了比较,结果表明,所设计的线路通过保证Marx后级开关上的过电压幅值,来保证开关可靠击穿并减小开关自击穿所需时间,从而减小Marx发生器的抖动和增大工作范围。在此线路基础上,设计了一种用于直线感应加速器脉冲功率系统的Marx发生器,该发生器采用正负双极性直流充电,使用低抖动的场畸变火花隙开关作为脉冲形成开关,最大储能16.87 kJ,最高输出电压450 kV,在一定工作状态下可以达到亚纳秒级的时间抖动。
Marx发生器 火花隙开关 亚纳秒抖动 直线感应加速器 脉冲功率系统 Marx generator spark gap switch subnanosecond jitter linear induction accelerator pulsed power system
1 清华大学 电机系，北京 100084
2 中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
概述了GaAs光导开关的发展历史，通过对GaAs和SiC进行比较指出，SiC由于禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和漂移速度大、热导率高等优势被认为是更好的光导开关材料。比较了本征光电导和非本征光电导的不同之处，报道了利用本征光电导和非本征光电导的SiC光导开关的最新进展。介绍了光导开关在超宽带源和紧凑型脉冲功率系统中的应用，提出了SiC光导开关进一步发展的关键技术并进行了展望。
光导开关 砷化镓 碳化硅 脉冲功率 超宽带源 紧凑型脉冲功率系统 Photoconductive semiconductor switch GaAs SiC Pulsed power Ultra-wide band (UWB) Compactpulsed power system
基于脉冲功率系统磁绝缘传输线的时域仿真结果,分析了磁绝缘建立过程中不同阶段电极间的电子产生的能量损失特性;提出了造成能量损失的因素,包括损失的电子和磁绝缘的电子;给出了影响能量损失大小的因素,包括传输线的线长、半径比和加载脉冲的最大电压、电压的时间变化率等.通过分析不同脉冲功率波形作用下各传输阶段能量损失的起因、大小和影响因素,提出了依据极间的电子分布状态划分传输阶段,及对传输线的总效率分阶段计算的传输效率模型,给出了基于已知的传输效率数值模拟结果对不同阶段的损耗估算并最终估算传输效率的方法.
脉冲功率系统 磁绝缘传输线 能量损失 传输效率
国防科学技术大学,光电科学与工程学院,长沙,410073
计算了折叠型平板Blumlein线平板部分的特征阻抗;对折叠部分的特征阻抗,采用基于单位长度电感和电容概念的方法进行了理论分析,并基于等效能量概念进行了数值计算,两种方法计算得到的特征阻抗值基本一致,而且与平板部分的阻抗值相差不大.使用电磁场模拟软件计算模拟了不同折叠内半径的折叠部分的电场分布,从而确定了最佳折叠半径;采用等效电路分析方法对匹配负载上得到的电压电流波形进行了模拟.设计并制作了折叠半径为10 mm,耐压500 kV,延时100 ns,特征阻抗为4.773 Ω的折叠型平板Blumlein线.在二极管匹配负载上得到幅值为500 kV,脉宽100 ns的电压波形和幅值为50 kA的实验电流波形.结果表明平板部分和折叠部分的特征阻抗的差值对实验波形几乎没有影响.
紧凑型脉冲功率系统 特征阻抗 折叠型平板Blumlein线 Kapton薄膜 电场分布 强激光与粒子束
2007, 19(11): 1931
中国工程物理研究院,流体物理研究所,四川,绵阳,621900
用于直线感应加速器的3.5MeV注入器脉冲功率系统采用了感应叠加原理.整个系统包含了脉冲形成系统、触发系统以及感应腔负载.脉冲形成系统主要由Marx发生器和Blumlein脉冲形成线组成,产生12个脉宽约90 ns,幅度约200kV的高压脉冲,通过12个感应腔和变阻抗阴阳极杆,在阴阳极间隙处产生3.5 MV的二极管电压,由天鹅绒阴极发射强流电子束.触发系统主要由两级触发开关构成,严格控制12个高压脉冲的输出时间,时间分散性统计值小于1 ns(动作时间抖动).采用该脉冲功率系统注入器能产生能量约3.5 MeV,电流2～3 kA的强流电子束.
直线感应加速器 脉冲功率系统 注入器 感应腔 强流电子束 LIA Pulsed power system Injector Induction cell Intense electron beam
