緊湊型脈沖形成網絡的研究.pdf

1、脈沖功率技術在國民經濟和國防技術領域得到了廣泛應用，并在強大的需求牽引下高速發(fā)展。由于便攜式等實際需要，高功率脈沖功率源正朝著緊湊化和小型化的方向發(fā)展，而脈沖形成裝置的小型化可以很大程度上實現(xiàn)脈沖功率源的小型化。因此，將對緊湊型脈沖形成網絡（Pulse Forming Network，PFN）展開研究，以滿足脈沖功率源緊湊化和小型化的需求。
　　首先，利用波過程方法分析了單線型和Blumlein型PFN的工作原理。接著，在考慮互感

2、的情況下利用PSpice軟件對linear型、L型和U1型PFN進行電路仿真，同時采用瞬態(tài)場路同步協(xié)同仿真方法對五種不同連接結構PFN進行三維建模和仿真，并對其進行實驗，實驗結果表明:五種PFN輸出波形的上升沿約為45ns，半高寬分別為175ns、170ns、166ns、158ns和154ns，但U1型、U2型和U3型PFN頂部存在較大波動，其最大波動處分別為linear型PFN輸出脈沖平頂處的9.8％、13.3％和18.9％。利用瞬態(tài)

3、場路同步協(xié)同仿真方法對U1型平板PFN的輸出波形進行優(yōu)化設計，仿真結果表明:通過添加屏蔽板和增加第6級網絡等效電感值的方式，其頂部最大波動可由21.2％減小為5.3％，優(yōu)化后的U1型平板PFN的輸出波形能滿足脈沖功率源的要求。
　　其次，分析元件寄生參數(shù)對PFN輸出波形質量和能量傳遞效率的影響。PFN中元件寄生參數(shù)包括開關和負載端電感之和L、級間電感電阻R以及電容器ESL和ESR。為明確各個寄生參數(shù)對PFN輸出波形質量和能量傳遞效

4、率的影響，分析過程中采用控制變量法，得到如下結果:引入任何一個寄生參數(shù)都會造成PFN放電波形的變化，同時伴隨著能量傳遞效率的降低。輸出脈沖波形的上升沿和半高寬主要由L決定，ESL和ESR以及RL占次要因素;RL會造成脈沖波形頂部的頂降和增加主脈沖的拖尾;同時，ESL會造成輸出脈沖產生過沖，而ESR和RL則有利于反峰系數(shù)的減小。從能量的角度來看，RL是造成能量傳遞效率降低的最主要因素;ESL和ESR在降低能量傳遞效率中所占部分較小，是次要

5、因素;L所降低的能量傳遞效率最小，可忽略不計。
　　最后，設計基于MLCC的linear型、L型、S1型、S2型、U1型和U2型以及U3型PFN。利用瞬態(tài)場路同步協(xié)同仿真方法對七種PFN進行三維建模和仿真，并對U1型、U2型和U3型PFN主脈沖內的能量進行了計算，結果表明:U3型PFN主脈沖內的能量最大，U2型PFN主脈沖內的能量次之，U1型PFN的最小。加工基于仿真設計的七種PFN，并進行實驗研究，實驗結果表明:七種PFN輸出波

6、形的頂部電壓為13V，為理論電壓值的86.7％。同時，級間電感電阻使得linear型、L型、S1型和S2型PFN輸出脈沖波形的頂部存在頂降，由于S1型和S2型PFN的級間電感電阻較linear型和L型PFN的大，所以其頂降更嚴重。另外，對三種U型PFN主脈沖內的能量進行了計算，其能量大小次序與仿真結果一致。此外，分析了U2型和U3型PFN仿真結果與實驗結果不一致的原因，通過將仿真模型調整為與實驗模型一樣時，得到的仿真結果基本能預測實驗波