基于固態(tài)開關(guān)的重復頻率脈沖功率源的脈沖調(diào)制技術(shù)及其應用.pdf

1、隨著功率半導體技術(shù)的發(fā)展，以體積小、重頻高、易觸發(fā)、可控性強、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，逐漸取代氣體開關(guān)而成為了脈沖功率源中的主導開關(guān)，脈沖功率發(fā)生器全固態(tài)化也成為脈沖功率技術(shù)的研究熱點和發(fā)展趨勢。高功率快脈沖在工業(yè)應用、環(huán)保和醫(yī)療領(lǐng)域中的應用也越來越廣泛，這些應用對脈沖功率源的要求是小型化、高電壓、高重頻、快脈沖和高效率?；谶@些要求，本論文研究了基于半導體開關(guān)的全固態(tài)電壓倍增技術(shù)、磁脈沖壓縮技術(shù)以及它們的結(jié)合應用，主要內(nèi)容分為以下三部

2、分:
　　(1)研究了基于半導體開關(guān)的全固態(tài)脈沖電壓倍增技術(shù)，及其多種拓撲的實現(xiàn)方案，從而輸出單極性或雙極性的方波高壓快脈沖。并首次提出在固態(tài)脈沖電壓倍增電路中采用開關(guān)截尾技術(shù)和移相控制技術(shù)，從而獲得快速下降沿和數(shù)十納秒脈寬的窄脈沖。研制了一臺具有-32 kV電壓輸出的單極性全固態(tài)Marx發(fā)生器;一臺具有輸出電壓20 kV、電流200A的單極性脈沖疊加器;一臺雙極性全橋型脈沖疊加器，成功輸出±5kV、最小脈寬60ns的雙極性窄脈沖

3、和任意可調(diào)的階梯波。
　　(2)研究了磁脈沖壓縮技術(shù)和磁開關(guān)的使用方法。分析了各個磁參數(shù)對磁開關(guān)性能的影響，特別是磁感應強度變化率對磁導率和磁損耗的影響，歸納了如何通過生產(chǎn)工藝的改善提高初始磁導率和矩形比;并提出了基于實際工作電路進行動態(tài)磁特性測量，為磁開關(guān)的設(shè)計提供了可靠依據(jù);對磁芯的復位技術(shù)進行了探討，指出根據(jù)矯頑力計算復位電流的前提是磁芯材料具有高矩形比，并發(fā)現(xiàn)了一種新的磁開關(guān)自復位電路，分析了其自復位的原理和復位效果。

4、r>　　(3)研究了基于半導體開關(guān)的固態(tài)電源和磁開關(guān)配合的多種電路方案。以典型一級磁脈沖壓縮電路為例，詳細闡述了磁開關(guān)的設(shè)計過程，并深入分析了壓縮電路中各個參數(shù)對壓縮效果的影響，通過實際測得的動態(tài)參數(shù)進行PSpice電路仿真，結(jié)果與實際情況吻合良好。通過實驗證明，只用一級磁壓縮電路就可以將固態(tài)電源的輸出脈沖電壓上升沿從560ns壓縮到30ns，壓縮比達到18倍以上?；谶@個磁開關(guān)和固態(tài)電源設(shè)計的脈沖發(fā)生器可以輸出電壓幅值近30kV、上升

5、沿為30ns的高壓快脈沖。磁開關(guān)直接與固態(tài)電源串聯(lián)，可以起到助磁作用，降低開關(guān)損耗并加快脈沖上升沿。使用脈沖形成線和磁開關(guān)配合的脈沖發(fā)生器可以輸出電壓峰值為12.4kV、上升沿和下降沿均為44ns、脈寬為220ns的高壓矩形脈沖。提出的使用Blumlein傳輸線與磁開關(guān)配合的電路結(jié)構(gòu)，用于介質(zhì)阻擋放電負載時，在單次放電下即可激發(fā)多次DBD放電，產(chǎn)生高濃度的低溫等離子體，在工業(yè)應用中具有很大的應用價值。
　　(4)采用基于Bluml