高功率脉冲电源

高功率脉冲电源

学院（系）：电气工程学院班级：1113班

学生姓名：高玲

学号：21113043

大连理工大学

Dalian University of Technology

1分类及结构原理

高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。‘

如图1所示。高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。

图1. 高功率脉冲电源组成框图

脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。

(1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。

(2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。

(3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。

脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。如表1所示。

(1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。

(2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。

(3)机械储能具有储能密度高、结构紧凑、易做成移动式，且提取十分方便等优点，因此也得到了广泛的应用。目前，其主要的应用领域有：近代同步加速器、托卡马克热核装置、等离子体。箍缩、大型风洞装置、大截面金属对头焊接等。

表1. 脉冲功率电源组成及关键技术

三种常用储能方式的各种性能比较，如表2所示。

由于电容器在工业上得到了广泛应用，在电磁轨道炮发展的起步阶段，人们通常把电容器组作为提供电源的首选。利用闭合开关可以对脉冲的形状进行相对灵活的控制。重点实验室组建的高功率脉冲电源是电容器储能方式。

表2. 常用储能方式研究水平

2 国内外研究概况

高功率脉冲电源是为脉冲功率装置的负载提供电磁能量的装置，构成脉冲功率装置的主体。高功率脉冲电源是随着高功率脉冲技术的发展而发展的。

高功率脉冲技术发源于英国的阿尔马斯登(Aldermaston)原子武器研究中心的J．C．马丁及其领导的脉冲功率小组。他们的开创性研究工作闻名于世界，该小组的许多成员，如：I．D．Simith，T．H．Martin，ED．A．Champeny,EW．Spence 等为脉冲功率的发展都做出了很大的贡献。从20世纪60年代中期起，美国的圣地亚实验室一直领导了脉冲功率发展的世界新潮流。在国防部(DOD)和能源部(DOE)的支持下，许多与国防有关的研究所，一些著名的大学，还有几个公司都积极投入了这方面的研究工作。美国武器军事实验中心(ARL．WMRD)已经建造了4．5MJ的脉冲电源系统，早期场发射公司生产了一系列小型300kV-2MV，3-5kA，20ns闪光X射线机，离子物理公司将静电加速器对传输线直流充电，生产了FX．25至IJFX．100型脉冲功率装置，以后才建造了大批规模一个比一个大的油介质和水介质传输线装置，其研究处于世界领先。

美国的主要研究机构有：圣地亚实验室(Sandia)，利弗莫尔实验室(Livemore)，洛斯阿拉莫斯实验室(Los Alamos)，海军研究实验室(NRL)，海军水面武器中心(Nswc)，空军武器实验室(NFWL)，陆军实验室(HDL)，康乃尔大学(Conell)，马里兰大学(Malyland)，德克萨斯大学(Texas)，物理国际公司(PI)，麦克斯韦公(Maxwell)等等。在美国，研究与制造分工明确，使用单位与研究单位关系也比较协调，技术也比较先进。

俄罗斯(前苏联)的重要研究机构有：库尔恰托夫原子能研究所，列别捷夫物理研究所，叶菲利莫夫电物理装置研究所，实验物理研究所(Arzamas-16)，新西伯利亚的大电流研究所，电物理研究所和核物理研究所f121。俄罗斯在重复频率运行的脉冲功率装置和脉冲径向线加速器研究方面独具特色。所生产的基于Tesla变压器技术的“Sinus”和“Radan”系列脉冲功率装置，结构紧凑，易于重复频率工作，他们在高功率微波(HPM)研究方面，在世界上处于领先地位。

欧洲的研究所使用单模块贮能的电容器建立了高效灵活的LRC脉冲成形单元，可以贮能50 kJ，峰值电流50KA。德国从1998年开始研究能量密度为214MJ/m3的高能放电电容器，并在2002年研制了紧凑式高功率放电装置。韩国在2000年建立了300kJ的脉冲电源模块，充电电压22kV，电流150kA，整个系统的总贮能214MJ。

我国的主要研究机构：中国工程物理研究院，中国原子能科学研究院，西北核技术研究所和长沙国防科技大学以及中国科学院的电子、电工所，清华大学电机工程系等。我们国家主要依靠自己的力量，建造了一些与国际上同类装置具有同等水平的机器，进行了许多有特色的物理实验，取得了一系列重大成果。从80年代以来，我国相继进行了集体离子加速、准分子激光、自由电子激光、高功率微波、电磁轨道炮、抗核加固、闪光X射线照相等高新技术研究，先后建造20余台强脉冲电子束加速器，为开展强流束物理及应用研究创造了良好条件。现在已经有几十台高功率脉冲装置在运行，如中国工程物理研究院的8MVl00kA，脉宽80ns的“闪光一号”相对论电子加速器以及12vM束流2kA的直线感应电子加速器，西北核技术研究所的1．47MV0．72MA，脉宽70～80ns的“闪光二号"相对论电子加速器等1161。弹道国防科技重点实验室自开展电热化学(ElectrothermalChemical，ETC)发射系统研究以来，经过多次改扩建，形成了目前用于中小口径电热化学发射研究的2MJ脉冲电源系统。这些都标志着我国在脉

冲功率技术领域取得的进展。

为了适应脉冲功率技术的发展，1976年在美国举行了第一届电气与电子工程师协会(IEEE)脉冲功率技术国际会议，交流了研究工作的进展和成果。在1979年举行了第二届国际会议，之后，这类国际会议每两年举行一次，直至现在。同时，随着研究成果和参考文献的同益增多和丰富，美国在1981年就成立了脉冲功率技术文献中心，向有关研究人员和部门提供技术资料。由于脉冲功率技术在军事应用领域得到更为广泛的使用，北大西洋公约组织的研究和发展机构，1983年及以后，多次举办了关于脉冲功率技术的高级研究讲座，并出版了研究论文专集。

脉冲功率技术的研究和应用的迅速发展也给高等教育提出了要求。在美国、日本，德国等国家的一些研究部门和高等学校均已开设了脉冲功率技术专业系列课程、实验和设计。还不定期地举办国际性的有关脉冲功率技术的讲习班，编写了讲义和参考资料。

现在，高功率脉冲技术不只为国防科研服务，脉冲功率技术在国民经济中有着广阔的应用前景，如工业辐照加工，材料表面处理，工业烟气治理，食物消毒，保鲜等等。

高功率脉冲电源的今后发展方向，由以下几个重要方面构成：

(1)由单次脉冲向重复的高平均功率脉冲发展；

(2)储能技术——研制高储能密度的电源；

(3)开关技术——探讨新的大功率开关概念和研制高重复频率丌关；

(4)绝缘技术——满足设备和开关小型化的要求：

(5)开辟新的应用领域。

3 设计实例

3.1 应用场合及技术指标

高功率脉冲电源是将储存的高密度能量进行快速压缩、转换或直接释放给负载，主要应用在受控热核聚变研究和表面材料处理等领域。在表面材料磁控溅射研究中，高功率脉冲电源因其高脉冲峰值功率和低脉冲占空比在磁控溅射中产生高金属离化率、高能量离化粒子，从而使得沉积致密、薄膜能高。目前国内研制的高功率脉冲磁控溅射电源尚处于起步阶段，高峰值功率脉冲和重复频率工作性能是其设计难点。基于晶闸管触发真空开关的功率技术分别受关断性能、触发寿命等限制。现研制一台瞬时功率1MW 的高功率脉冲电源样机，设计采用IGBT 逆变技术、IGBT均流斩波技术和数字化控制技术，实现了应用于磁控溅射领域的高功率脉冲电源。具有高峰值功率、重复工作频率、小型化等特点。

3.2 电源方案

为满足磁控溅射领域的应用要求，电源需具备连续可调稳压功能和过流过热打火保护功能。电压上升时间应小于2μs。图2示出电源结构图。

图2. 电源结构图

设计电源为恒压控制方式，输出峰值电压、电流为2KV/500A，脉宽10~60 s，频率10Hz～1kHz。

3.2.1主回路设计

图3为主回路结构。初级能源部分是提供能量输入的“慢储能”过程，具体过程是：三相交流电经EMI滤波、三相不可控整流后，进入工频滤波环节。其中滤波电容可通过放电回路实现安全放电。由两个半桥IGBT模块搭建全桥逆变电路，通过变压器变频整流电路将能量快速传送到储能电容中，针对储能充放电流的特殊要求，采用PWM芯片SG3525和89F51作为控制系统的核心。

图3. 主回路电路图

中间能源部分为初级能源提供恒定的负载，为重复频率的功率脉冲提供能量。该设计选用高频低阻电解电容与高频高压大电流电容构成中间能源部分。既提高了电源系统的短时高功率输出能力，又具备持久的动力性能，可充分发挥高功率密度和高能量密度优势。斩波电路中，通过选用相同型号的器件，利用IGBT 均流特性及驱动信号间100ns范围内的延时，选择合适的栅极电阻和布局来实现静、动态均流。当电源主回路闭合运行后，中间能源经过短暂的预充电过程，控制器输出脉冲控制信号，经逻辑判断后驱动IGBT均流斩波。针对负载装置的短路状态特性，将控制器输出的给定信号和脉冲信号与电流采样进行逻辑判断后驱动开关器件，该控制方式具有简单易行、保护动作快速响应、不易被干扰等优点。在IGBT导通，可用二阶动态电路分析能量的传递过程。将负载侧阻抗并入回路阻抗中，则中间储能、脉冲输出、负载可用图4表示。当开关器件导通时，写出

电路方程为：Ri+Ldi/dt+(1/C)∫idt=U0，将其微分可得Ld2i/dt2+Rdi/dt+i/c=0。初始条件为：I|t=0=0，U C|t=0=U0，设阻尼参数α=R，设计电路使得电源工作在过阻尼状态（即α>1），则回路电流为：

图4. 脉冲输出简化图

则电流峰值为：

到达电流峰值的时间为：

可知，电容在整个斩波过程中一直在释放储存的电场能量，放电过程中i(t)

前，此间，电要从小到大再缓慢趋于零的变化。IGBT斩波的最大脉宽出现在t

m

场能量一部分被负载消耗，另一部分转变为电感的磁场能量；IGBT关断时，电容继续存储能量，续流二极管将回路剩余的磁场能量释放。

3.2.2 控制系统设计

图5示出系统控制框图。通过键盘将工作参数送到单片机，全桥逆变电路和并联均流电路的电压和电流信号经过光电隔离。采样到单片机后，输出全桥给定信号、斩波给定信号和斩波控制信号。针对高功率脉冲电源中储能电容充放电、重复工作频率的特点。单片机程序判断从而控制实现良好的工作特性。全桥给定信号与峰值电压信号通过SG3525APWM．输出逆变全桥电路的控制脉冲信号，经过隔离、驱动电路，实现对开关器件IGBT的控制。该控制方式具有动态响应快。调压范围广，充电电流易于控制使得中间储能环节的充放电电流快速、稳定等优点。后级斩波电路由单片机控制给定信号。并与峰值电路信号进行逻辑判断。若电源输出电流在正常范围内，则输出脉冲控制信号。该控制方式具有简单易行，保护响应快速等优点。单片机采集工频状态信号，并根据输入设置和运行等参数控制主回路。

图 5. 控制系统原理图

3.2.3 保护电路设计

保护电路主要分为功率器件保护和主回路保护，前者防止功率器件过压和过流击穿。设计中通过电流传感器检测变压器初级和斩波输出处的电流，控制器判断电流大于保护设定值，则对全桥电路逐波关脉冲、并联斩波电路直接关脉冲，在极端情况下，直接做出跳闸动作，并采用RCD吸收电路防止过电压。后者主要从主回路短路、主回路隔离、安全接地三方面考虑。在磁控溅射辉光清洗过程中，电源会不断打火短路，负载侧短路瞬间，均流斩波电路快速响应。瞬间输出大电流，传感器采样后与给定脉冲进行逻辑比较，可在1s内迅速关断脉冲，该控制方式简单且快速。另针对电源的特性，对多台电容串并联构成储能单元的支路安装特殊设计的快速熔断器，防止单台电容短路对系统产生的强大冲击电磁力。

4 技术发展方向

随着电磁发射技术的迅猛发展，全世界的军事、航天、受控核聚变、材料状态研究均积极研究电磁发射器。这就使高功率脉冲电源向多样化、高比能、小体积和自动化控制发展。

目前，脉冲功率源控制系统有以下几方面：

(1)完全手动控制：充电装置和放电装置都需要操作人员现场操作。这种方法的缺点就是实时性、精确性比较差。

(2)单片机控制：这种方法虽然不需要操作人员现场操作，但还不能同时兼顾充电和放电系统，还需要手动控制。使用单片机作为控制器也在不断的发展中，基于16位单片机电源控制器及其外围电路，采用手动、自动工作方式以及电压、电流的调节方式，使得大功率脉冲电源能够工作于恒压、恒流两种方式，模糊控制算法的引入使得电源控制系统的稳态特性和动念品质有了较明显的提高。

(3)可编程计算机控制：现在国内已经出现了针对脉冲功率技术中对Marx充电的能源设备及触发装置的自动化控制设备，采用新型PCC(可编程计算机控制器)作为电源控制器核心f20l。PCC是具有集计算机、通讯和自动控制技术为一体的新型工控装置，其硬件的模块化结构、丰富的I/O模块配置以及其软件丰富的函数库和以支持ANSIC高级语言的软件平台等均有明显优势。这也是高功率脉冲电源控制的发展方向之一。

(4)综合监控系统：基于虚拟仪器技术的高功率脉冲能源装置监控系统，采用可编程高功率交流电源产生连续可调工频电压，经过高压变压器及硅堆等装置

变换为直流高压，对Marx进行双极性的线性充电。主控计算机通过RS．485串口方式对可编程交流电源及数字延时触发设备进行实时状念监测及远程控制，采用VB6．0软件作为开发平台，并利用NI控件等完成了能源设备的虚拟数字化调压测控和数字延时触发等功能设计。

(5)嵌入式控制：以嵌入式控制技术为核心，通过现场总线技术为脉冲电源系统提供集成化和智能化控制的平台，对系统中的测控器件进行集中控制和管理，同时可以解决系统扩展性问题。

随着计算机技术的发展，当今世界上基于PC的自动化方案己成为主流，PC 在自动化领域的应用正迅速增长，通过将所有的功能集成子这个统一开放的平台上，通过人机界面可以使复杂的控制和数据处理变得更加简单化。

激光脉冲的平均功率和功率

激光脉冲的平均功率和功率， 设脉冲激光器输出的单个脉冲持续时间（脉冲宽度）为：t,（实际为FWHM宽度） 单个脉冲的能量：E, 输出激光的脉冲重复周期为：T, 那么,激光脉冲的平均功率Pav = E/T,（即在一个重复周期内的单位时间输出的能量） 脉冲激光讲峰值功率（peak power）Ppk = E/t 能量密度=（单脉冲能量*所用频率）/光斑面积算 通常也用单位时间内的总能量除以光斑面积 峰值功率=脉冲能量除以脉宽 平均功率=脉冲能量*重复频率（每秒钟脉冲的个数） 脉冲激光器的能量换算 脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。发射能量以功的单位焦耳J） 计，即每次脉冲做功多少焦耳。 连续激光器发射的能量以功率单位瓦特（W）计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内 做功多少。 瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。 一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz,则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X 1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。再举例 说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20 ns,脉冲 频率100kHz， 平均功率为：0.14mJ X 100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即 峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW，峰值功率为7千瓦。 要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。 如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2,使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的 脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。首先，计算平均功率：10J/cm2 X 50kHz =0.5MW/cm2 其次，再计算峰值功率：10J/cm2 / 10ns = 1000MW/cm2 从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看， 是大于该镜片的激光损伤阈值的。所以，综合判断，该ZnSe镜片不宜用于此脉冲激光器。如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。 Ave. Power :平均功率Pulse energy :脉冲能量Pulse Width :脉宽Peak Power:峰值功率Rep. Rate :脉冲频率ps：皮秒，10-12 S ns：纳秒，10-9S M: 兆, 106 J:焦耳W:瓦 氙灯作为激光设备一个常用光源，通常被人们也叫做激光氙灯、脉冲氙灯。氙灯是一 种填充氙气的光电管或闪光电灯。氙气化学性质不活泼，不能燃烧，也不助燃。是天然的稀

高精度高重频脉冲激光测距系统

第40卷第8期红外与激光工程2011年8月Vol.40No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2011 高精度高重频脉冲激光测距系统 纪荣祎，赵长明，任学成 (北京理工大学光电学院，北京100081) 摘要：在三维激光扫描探测系统中，激光测距的测量重频和测量精度是影响整个系统性能的关键参数。介绍了三维激光扫描探测系统的工作特点，设计了一种以Nios II嵌入式软处理器为核心的高重频、高精度脉冲激光测距系统。通过分析影响测量重频和测距精度的因素，采用双阈值时刻鉴别方法进行计时起止时刻的鉴别，使用TDC-GP2高精度时间间隔测量芯片进行精密计时，设计了基于Nios II嵌入式软处理器的计时控制系统以提高测量重频。实验结果表明：实现了测量重频为20000次/s、测距精度为3cm的激光测距。与传统的单片机控制的计时系统相比,该系统不仅测量重频和测量精度高，且具有更好的可扩展性和灵活性。 关键词：脉冲激光测距；精密时间测量；三维激光扫描；Nios II 中图分类号：TN247文献标志码：A文章编号：1007-2276(2011)08-1461-04 High precision and high frequency pulse laser ranging system Ji Rongyi,Zhao Changming,Ren Xuecheng (School of Photoelectronics,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China) Abstract:In three-dimensional(3D)laser scanning detection system,the measurement repetition rate and measurement precision of laser ranging are the key parameters affecting the performance of the whole system.The work characteristics of3D laser scanning detection system were introduced,and a high repetition rate and high measurement precision pulse laser ranging system based on the Nios II soft-core was designed.According to the analysis of the factors which affected the repetition rate and precision of range measure,the double-threshold time discriminator was adopted to produce timing mark for the start-stop time discrimination,and the TDC-GP2high-precision interval measuring chip was used to achieve high precision on time measure.In addition,the time measure control system based on the Nios II soft-core was designed to improve the measurement repetition rate.Experimental results show that the measurement repetition rate of20000/s and the ranging precision of±3cm are https://www.sodocs.net/doc/f58906523.html,pared with the traditional MCU time measure control system,the designed system owns the advantages of high repetition rate and high measurement precision,furthermore,it is more expandable and flexible. Key words:pulse laser ranging;high precision time measure;3D laser scanning;Nios II 收稿日期：2010-12-18；修订日期：2011-01-17 基金项目：国防科技工业技术基础科研项目(J172009C001) 作者简介：纪荣祎(1984-)，男，博士生，主要从事三维扫描激光探测系统的研究。Email:xiaoxiao8673@https://www.sodocs.net/doc/f58906523.html,。 导师简介：赵长明(1960-)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事新型激光器件与技术、光电子信息技术与系统方面的研究工作。 Email:zhaochm1@https://www.sodocs.net/doc/f58906523.html,

高压大功率脉冲电源的设计

1绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将 带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC y DC开关电源、DC y DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS可靠高效低污染的光伏逆变电 源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波 形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1. 1所示。 图1 . 1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其本质，

脉冲功率技术

脉冲功率技术 摘要：脉冲功率技术是以较慢的速度将能量储藏在电容器中或者电感线圈中，然后将此电场能获磁场能迅速的释放出来，产生幅值极高的，但持续时间极端的脉冲电压及脉冲电流，从而导致极高功率的脉冲。 关键词：脉冲功率，储能技术 引言：脉冲功率技术中的储能技术包括惯性储能，电容储能，电感储能 一.、脉冲功率技术的发展 脉冲功率技术正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。但是, 一方面由于当时客观要求并不迫切；另一方面, 这样快的脉冲放电, 无论在产生技术上, 或者在测量技术上都存在着一定的困难。因此, 其后十多年,这种技术发展并不迅速。六十年代初期, 由于闪光辐射照相和瞬时辐射效应研究的需要, 英国原子能武器研究中心的J.C.马丁所领导的研究小组，开拓了称之为脉冲功率加速器的研究领域, 使毫微秒级脉冲功率技术往前推进了一步。同时, 一些科学技术在发展中受到障碍, 急需找寻新的途径。以微波和激光的发展为例, 利用速调管、行波管等原理去产生大功率高效率毫米或亚毫米微波已经不可能。利用一般方法产生大功率、高效率、波长可调的激光束也不可能。正当人们探索和寻找新的解决途径的时候, 他们发现脉冲功率技术是解决这些问题的良好途径。为此, 美国许多单位, 为桑地亚实验室、物理国际公司、海军研究实验室、康乃尔大学、加利福尼亚大学和斯坦福大学等单位, 对脉冲功

环形磁芯快脉冲动态参数测量方法

第16卷　第10期强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004　 文章编号:　100124322(2004)1021345204 环形磁芯快脉冲动态参数测量方法X 丁臻捷,　苏建仓,　丁永忠,　俞建国 (西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘　要:　磁开关压缩脉冲过程中,磁芯磁参数需历经非饱和与饱和两个阶段,磁滞回线变化经历半个周 期,通过测量这一变化过程中通过磁开关绕组的电流和磁通量变化率,可以计算出磁芯的磁滞回线,确定饱和 磁通密度、剩磁等动态参数。讨论了基于高电压放电和脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装 置的电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲条件下的电参数,计算了相关的磁参 数,给出了实验结果。 关键词:　磁开关;　磁滞回线;　饱和磁通密度;　剩磁;　磁脉冲压缩法 中图分类号:　T N78 文献标识码:　A 随着材料科学和脉冲功率技术的发展,磁开关技术在铜蒸气激光产生装置[1～3]及全固态高重频脉冲发生器[5]等重复频率脉冲功率技术领域得到了普遍的应用。 磁开关工作时,磁芯需在饱和与非饱和两种状态间来回转化。因此设计磁开关时,不仅要考虑磁芯饱和和非饱和时的磁参数,而且要关心两者之间的转变过程。随着磁芯磁化时间的缩短,变化的磁场会在构成磁芯的薄带之间产生一定的感应电压,因此必须在薄带之间加上适当的涂层用以减小涡流损耗。这样,磁开关磁芯表现的不仅是磁芯的材料性能,还间接反映了磁芯的制造工艺。由于工艺条件的限制,较大体积的磁芯与同种磁性材料小样环的性能有相当大的差别。因此,不能用小样环的性能来表征较大磁芯的整体性能水平。 一般实验室和工厂所用磁芯性能测试设备,由于电源功率的限制,励磁磁场强度在几百A/m到几千A/m 之间,这样的励磁磁场强度对于测试小样环静态、动态特性或较大磁芯的静态特性是足够了,而对于大型磁开关磁芯在快脉冲磁化条件下的性能测试就无能为力了。 本文讨论了基于脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装置电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲磁化条件下的电参数,计算了相关的磁参数,给出了实测结果。 1　测量原理 1.1　磁性参数测量原理 环形磁芯磁开关的截面如图1所示[5]。图中R i和R o分别为磁开关绕组的内外半径,H为高,r i和r o分别为磁开关磁芯的内外半径,h为高,磁开关绕组匝数为N,通过绕组的电流为i。考虑环形磁芯的对称性,根据安培环路定律,磁芯截面上的平均磁场强度为 H m= Ni 2π(r o-r i) ln( r o r i )(1) Fig.1　Illustration of magnetic switch 图1　磁开关截面图 则磁开关绕组截面上的磁通量 <=μ0M m S m+μ0H t S t(2)式中:M m为磁芯截面上磁化强度的平均值;S m为磁芯的截面积;S t为绕组的截面积;μ0为真空磁导率;H t为磁开关绕组内不含磁芯时的平均磁场强度 H t= Ni 2π(R o-R i) ln( R o R i )(3) 利用公式(2)可以求得与磁开关绕组面积相等的感应线圈 上的感应电压 X收稿日期:2003212226; 修订日期:2004204215 基金项目:国家863计划项目资助课题 作者简介:丁臻捷(1974—),男,硕士,工程师,主要从事脉冲功率技术研究;西安市69226信箱;E2mail:ding family@https://www.sodocs.net/doc/f58906523.html,。

高功率脉冲激光应用

高功率脉冲激光应用 High peak power, low power consumption and compact package 峰值功率高，功耗低，紧密封装 Mining, Civil Engineering, Manufacturing, Forest Management, Underwater Topography, … require long range 3D laser scanning and with the most advanced lasers. Keopsys’s KULT (Ultra compact Laser Transmitter) series are the world's most used laser in 3D scanning applications. 采矿、土木工程、制造、森林管理、水下地形等需要远程三维激光扫描和最先进的激光器。Keopsys KULT(超紧凑型激光发射机)系列是世界上使用最多的三维激光扫描设备。 The KULT series, pulsed fiber lasers, cover the major eye safe wavelengths 1,5μm and 2μm but also 532nm and 1μm for specific applications. The KULT lasers provide high energy per pulse in an extremely compact package, making them the preferred lasers in many 3D scanning systems. KULT系列脉冲光纤激光器覆盖主要的人眼安全波长1.5μm、2μm以及532 nm和1μm，用于特定应用场合。KULT激光器在极其紧凑封装的条件下能提供高能量脉冲,使其成为三维激光扫描系统的首选。 In terms of high peak power, power consumption and compact package, KEOPSYS has one of the best offers on the market. We have developed very strong partnership with the leading manufacturers of 3D scanning systems. Our experienced and highly educated team will work with you to design custom solutions for your next generation scanner. 在高峰值功率、低功耗、紧凑封装方面，KEOPSYS拥有市场上最好的产品之一。我们已经和领先的三维扫描系统制造商建立了强力合作关系。我们的经验和高精尖团队将与您合作，为您的下一代扫描设备制定解决方案。 Telemetry for environmental and industrial surveys Range-Finding and Speed sensing for collission avoidance

EMP电磁脉冲

EMP电磁脉冲装置元器件清单： R1 3个47k，1W电阻(黄一紫一橙)串联连接 D1,D2 两个16KV，10ma快速恢复高压整流器 C1 0.05uf，5kv电容 L1 采用#12铜线绕制的电感，绕3圈，直径1cm L2 电感线圈 基本理论概述： 信号对敏感电路干扰的能力需要有几个属性。大多数微处理器由工作电压非常低的场效应晶体管(FET)组成。一旦工作电压过大，灾难性故障就即将来临。在实际中是不能宽恕这种过压错误的，因为控制部件之间为超细金属氧化物。在这些控制部件之间产生的任何过压，必然产生永久性破坏，在某些严重的场合下，还会导致程序消失。由外部电源产生这些破坏性电压需要电压的波动，这种波动能够在电路板的走线上、元器件和其他关键点上产生持续的能量波动。因此，对电路来说，外部信号的能量必须足够高，因为在这个波长上，几何尺寸是能量非常重要的一部分。微波具有快速的上升时间(等效为傅里叶频率高)，且持续时间短，因此会获得最好的效果。所需要的能量是巨大的，这个能量势必会产生更大的破坏。一种良好的度量方法是能量除以波长的商。大功率的微波脉冲能够通过下面介绍的几种方法产生。爆炸物的磁力线压缩驱动虚阴极振荡器，其一般的相关物能够仅从几百焦耳产生千兆瓦的峰值功率。最初始的电流变成脉冲送入电感器，而电

流的峰值被成形的爆炸物电荷压缩，因而捕获磁力线并产生很高能量的电流源。利用极高速度的爆炸物如三甲基三硝胺(cyclotrimethyltrinitramine)，它的派生词是PETN或相当能量的爆炸物，线圈沿着其轴向和径向压缩。这些捕获的磁力线产生能量增长，通过微波激励(HEPM)变成最终的大功率峰值的脉冲。像原子能初始爆炸一样，磁力线压缩需要爆炸充电器的精确定时。对于磁力线压缩，克里管(Krytron)开关或类似开关可以用来代替大多数的增强抗辐射的Sprytrons, Sprytrons用在原子能初始反应，在原子能初始反应中，由固有的裂变物质产生电离辐射。虚阴极振荡器也可以很方便地由小型Marx脉冲发生器产生200^}4ookV的激励。快速的上升电流以及大的峰值功率能够产生强大的微波脉冲。其他方法包括爆炸丝(exploding wire)。这种方法允许能量流向LCR电路，因为爆炸丝在附近蒸发，反馈线的爆炸快速地中断峰值注人电流。一个上升速度很快、能量非常大的脉冲就产生了，这种方法能够产生电磁脉冲(EMP) e微波脉冲对于破坏敏感电子电路是一个非常优秀的候选者。

关于脉冲功率电源的介绍

关于脉冲功率电源的介绍 在全球化的发展环境下，各国为了提高自身的综合竞争力，均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一，该技术的发展始于20世纪60年代，在多个领域均有着较为广泛的应用，其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况，并分析了其发展的技术阻碍，为了实现其快速的发展，要对其中存在的问题进行有效处理，在此基础上，脉冲功率技术的发展才能够更加稳定，同时，我国的国防竞争力也将不断增强。 标签：脉冲功率电源；电容器组；发电机系统；电池组；技术阻碍 当前，电源的相关问题得到了广泛的关注，其中最敏感的为小型化电源问题。在科学技术的支持下，电源的小型化得到了快速的发展，此类电源的应用是广泛的，其作用日益显著。但小型化电源的发展也存在不足，为了促进其发展，需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。在此背景下，文章研究了脉冲功率电源，该电源是借助不同方式进行提供的，具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求，为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。 1 脉冲功率电源的概况 1.1 电容器组 目前，在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性，其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。随着电磁炮的快速发展，对电容器组的要求不断提高，在脉冲形状控制方面，利用了闭合开关；在能量存储密度方面，利用了新的介电材料，在此基础上，电容器组得到了进一步的发展，进而适应了实际应用的需求[1]。 对于脉冲功率电源而言，作为电源的电容器组存在一定的不足，主要为偏低的转化效率，同时，其充电状态未能保持长期性。为了有效解决此问题，需要借助高功率的大型充电设备，以此保证充电的快速与便捷，与此同时，工作电压也将得到控制。在此基础上，电容器组拥有较大的体积，但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。因此，在轨道炮系统中，电容器组的应用缺少针对性与时效性，此时的电源未能适应军事发展的需要。 在对电容器组展开设计过程中，要关注其热量的控制。对于电容器的介电材料而言，通常情况，均属于电绝缘体与热绝缘体。在炮弹发射时，电容器内部的热量将不断升高，为了保证电容器组的安全性，要对其给予高度的重视[2]。 1.2 发电机系统 关于电磁炮发电机的研究，其应用的类型较多，主要有单极脉冲发电机、补

脉冲变压器的铁芯选材要求

脉冲变压器的铁芯选材要求 脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器。当一系列脉冲持续时间为t d(m s)、脉冲幅值电压为U m(V)的单极性脉冲电压加到匝数为N的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时，铁芯中的磁感应强度增量ΔB(T)为：ΔB=U m t d/NS c′10-2其中S c为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量ΔB 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比。对输出单向脉冲时，ΔB=B m-B r,如果在脉冲变压器铁芯上加去磁绕组时，ΔB=B m+B r。在脉冲状态下，由动态脉冲磁滞回线的ΔB与相应的ΔH p之比为脉冲磁导率m p。 理想的脉冲波形是指矩形脉冲波，由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异，经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间t r与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容C s成比例，脉冲顶降l与励磁电感L m成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形。 脉冲变压器的漏电感L s=4b p N12lm/h 脉冲变压器的初级励磁电感L m=4mp p S c N2/l′10-9 涡流损耗Pe=U m d2t d lF/12N12S c r b为与绕组结构型式有关的系数，l m为绕组线圈的平均匝长，h为绕组线圈的宽度，N1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度，S c为铁芯的截面积，m p为铁芯的脉冲磁导率，r为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度，F为脉冲重复频率。 从以上公式可以看出，在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲宽度愈大，要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB，可以大大减少脉冲变压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积。要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分布电容，为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料。 为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁电感量L m，这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率m p。为减小涡流损耗，应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是对重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此。 脉冲变压器对铁芯材料的要求为： 1、高饱和磁感应强度Bs值； 2、高的脉冲磁导率，能用较小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感； 3、大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁 感应材料；当采用附加直流偏磁时，要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc。 4、小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高； 5、损耗小。

连续或脉冲输出功率可调LD驱动电源设计

连续或脉冲输出功率可调LD驱动电源设计 LD(激光二极管)不仅具有一般激光器高单色性、高相干性、高方向性和准直性的特点，还具有尺寸小、重量轻、低电压驱动、直接调制等特性，因而广泛应用于国防、科研、医疗、光通信等领域。然而，由于LD 是一种高功率密度并具有极高量子效率的器件，对于电冲击的承受能力差，微小的电流波动将导致光功率输出的极大变化和器件参数的变化，这些变化直接危及器件的安全使用，因而在实际应用中对驱动电源的性能和安全保护有着很高的要求。在驱动电源的设计过程中，同时考虑对LD 进行安全有效保护，如防止浪涌冲击，慢启动等问题。1 电路结构及原理LD 是依靠载流子直接注入而工作的，注入电流的稳定性对激光器的输出有直接、明显的影响，因此，LD 驱动电源需要 为LD 提供一个纹波小，毛刺少的稳恒电流。该LD 驱动电源包括4 部分：基准电压源，恒流源电路，脉冲控制电路，保护电路。结构框图如图1 所示。 1．1 基准电压源电路基准电压源电路构成如图2 所示，其作用是为恒流源电路提供一个高精度，低温漂的电压参考，同时，为电路中的集成电路(如光耦合器、运算放大器、反相器等)提供稳定工作电压。 LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路，输出电压范 围是1．2～37 V，负载电流最大为1．5 A，使用简单。其工作过程如下：输出电压Vout 通过R1、VQ1，对C2 充电，开始时VQ1 饱和导通，Vout 最低(约1．5 V)。随着C2 上电压的升高，VQ1 逐渐退出饱和并趋于截止，Vout 逐渐升高至额定电压。改变R1、C2 的常数可改变软启动的时间。改变可变电阻R2 的值，可调整输出电压Vout 的值。VD1 用于关机后使C2 上的电荷快速泄放。其输出电压为：1．2 恒流源电路为了实现高的电流稳定度，驱动电路

脉冲变压器

脉冲变压器 脉冲变压器是一种宽频变压器，对通信用的变压器而言，非线性畸变是一个极重要的指标，因此要求变压器工作在磁心的起始导磁率处，以至即使象输入变压器那样功率非常小的变压器，外形也不得不取得相当大。除了要考虑变压器的频率特性，怎样减少损耗也是一个很关心的问题。 与此相反，对脉冲变压器而言，因为主要考虑波形传送问题。即使同样是宽频带变压器，但只要波形能满足设计要求，磁心也可以工作在非线性区域。因此，其外形可做得比通信用变压器小很多。还有，除通过大功率脉冲外，变压器的传输损耗一般还不大。因此，所取磁心的尺寸大小取决于脉冲通过时磁通量是否饱和，或者取决于铁耗引起的温升是否超过允许值。 一、脉冲变压器工作原理 脉冲变压器利用铁心的磁饱和性能把输入的正弦波电压变成窄脉冲形输出电压的变压器。可用于燃烧器的点火、晶闸管的触发等。脉冲变压器结构为原绕组套在断面较大的由硅钢片叠成的铁心柱上，副绕组套在坡莫合金材料制成的断面较小的易于高度饱和的铁心柱上，在两柱中间可设置磁分路。电压和磁通的关系，输入电压u1是正弦波，在左面铁心中产生正弦磁通Φ1。右面铁心中磁通Φ2高度饱和，是平顶波，它只有在零值附近发生变化，并立即饱和达到定值。当Φ2过零值的瞬间，在副绕组中就感应出极陡的窄脉冲电动势e2。磁分路有气隙存在，Φσ基本上按线性变化，与漏磁相似，其作用在于保证Φ1为正弦波。 二、脉冲变压器的应用 脉冲变压器广泛用于雷达、变换技术；负载电阻与馈线特性阻抗的匹配；升高或降低脉冲电压；改变脉冲的极性；变压器次级电路和初级电路的隔离应用几个次级绕组以取得相位关系；隔离等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. （2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 三、脉冲变压器与一般变压器的比较 所有脉冲变压器其基本原理与一般普通变压器(如音频变压器、电力变压器、电源变压器等)相同，但就磁芯的磁化过程这一点来看是有区别的，分析如下: (1) 脉冲变压器是一个工作在暂态中的变压器，也就是说，脉冲过程在短暂的时间内发生，是一个顶部平滑的方波，而一般普通变压器是工作在连续不变的磁化中的，其交变信号是按正弦波形变化. (2) 脉冲信号是重复周期，一定间隔的，且只有正极或负极的电压，而交变信号是连续重复的，既有正的也有负的电压值。 (3) 脉冲变压器要求波形传输时不失真，也就是要求波形的前沿，顶降都要尽可能小，然而这两个指标是矛盾的。 本文由https://www.sodocs.net/doc/f58906523.html,整理。

脉冲功率技术

华中科技大学研究生课程考试答题本 考生姓名李猛虎 考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士 考试科目脉冲功率技术 考试日期 2013年12月15日

脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上，以得到极高的功率，实质上是输出功率对输入功率的放大。脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。 脉冲功率技术，是以电气科学技术为基础，把电工新技术和高电压－大电流技术融为一体的新型学科。脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。 脉冲功率的发展历程 脉冲放电现象存在于大自然。人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。1938年，美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线；1939年，苏联人制成真空脉冲X射线管，并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。第二次世界大战期间，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。1947年，英国人A.D.Blumlien以专利的形式，把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线，在纳秒脉冲放电方面取得了突破。1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来，建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG（3MV，50kA，30ns），脉冲功率达TW（1012W）量级，开创了高功率脉冲技术的新纪元。1986年建成PBFA-II 装置，其峰值电压为12MV、电流8.4MA、脉宽40ns，其二极管束能为4.3MJ，脉冲功率1014W，是世界上第一台功率闯过100TW 大关的脉冲功率装置。 美国和俄罗斯目前在脉冲功率技术上处于领先地位。美国从事脉冲功率技术研究的机构有Sandia国家实验室、Lawrence Livermore国家实验室、Maxwell实验室、Los Alamos科学实验室、海军武器研究中心、Texas技术大学等。1967年在Sandia 实验室建成的Hermes2I 为当时最大的脉冲功率装置；1972年美国陆军的Hary Diamond实验室建成了Aurora装置，这个设备由4台Marx发生器组成，是脉冲功率史上的一个里程碑；1986年Sandia实验室又建成了FBFA2II，是世界上第1个闯过100TW 大关的装置。俄罗斯从事脉冲功率技术研究的机构有库尔恰托夫研究所、新西伯利亚核物理所、托姆斯科大电流电子学研究所、电物理装备所、列别捷夫所等, 建造了许多大型的Marx成形线型联合装置,1985 年建成的AHrapa25就是其中之一。日本的脉冲功率技术主要应用于强流粒子束加速器，特别重视轻离子的惯性约束聚变。从事脉冲功率技术研究的机构有东京大学、熊本大学、大阪大学、长岗技术大学等, 较著名的装置有大阪大学的Raiden2IV和1986年长岗技术大学建成ETIGO 2II。

电阻脉冲功率计算和参考的详细资料

Yageo RC Series Pulse Load Capability November 2010

RC0402 Pulse Limit Power

Peak Pulse Power RC0402 0,1 1 100,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) P (W )Maximum permissible peak pulse power as a function of pulse duration for typical 0402 resistor (R ≦10k Ω) Single Pulse rep. Pulse

Peak Pulse Voltage RC0402 1 10 100 10000,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) V (M a x .) Maximum permissible peak pulse voltage (Vmax.) as a function of pulse duration (T) for a typical 0402 resistor .

RC0603 Pulse Limit Power

Peak Pulse Voltage RC0603 1 10 100 10000,0000010,000010,00010,0010,010,11 T(Sec) V (M a x .) Maximum permissible peak pulse voltage (Vmax.) as a function of pulse duration (T) for a typical 0603 resistor .

高功率Z_Pinch脉冲源技术的发展

收稿日期:2000202216 作者简介:孙凤举(19672),男,山东籍,助研,博士生,主攻等离子体开关技术和脉冲功率技术应用研究。 综述和述评 高功率Z -P i nch 脉冲源技术的发展 孙凤举1,2,邱爱慈2,邱毓昌1,曾江涛2,蒯斌2 (11西安交通大学电气学院,陕西西安710049;21西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘要:概述了脉冲功率系统中的电容储能、电感储能和磁感应储能技术。基于直线型脉冲变压器(L TD )、电感储能(IES )、等离子体断路开关(PO S )以及真空磁绝缘传输线(M ITL )技术的低电感、模块化快脉冲源将来可能作为基本的子模块应用于超大型高功率Z 2P inch 装置。 关键词:高功率Z 2P inch ;直线型脉冲变压器;电感储能 中图分类号:TL 6;O 531;O 539 文献标识码:A 文章编号:100323076(2001)0120044205 1　引言 Z 2P inch 开始于六十年代受控热核聚变(CT F )反应的研究,其结构简单、造价低廉、 运行方便,且效率较高,但是在八十年代以前,由于受当时脉冲功率技术水平的限制和Z 2P inch 等离子体不稳定性的困扰,进展一 直比较缓慢。96年以来,Z 2P inch 技术取得重大突破,主要在于采用了高功率短脉冲大电流驱动多丝阵列负载,目前Z 2P inch 正成为当今国际上十分活跃的科学前沿研究领域[1,2]。高功率Z 2P inch 的品质与高功率脉冲源的参数紧密相关,Z 2P inch 技术要得到发展和应用,在很大程度上取决于脉冲功率源 的技术水平。驱动惯性约束聚变(I CF )的Z 2P inch 要求脉冲源储能数十M J ,脉冲电流约50～60M A [2],尽管国外在PB FA 2Z 装置上 获得了出色的实验结果,但PB FA 2Z 装置距 上述要求还存在很大差距,采用的技术按照能够承担得起的造价、体积和效率要求很难扩大到更高的功率水平[3]。作为高功率Z 2p inch 的脉冲源,要求技术风险小,运行重复 性、可靠性和能量传输效率高,结构紧凑、造价低廉,这关系到Z 2p inch 在I CF 中是否能 有更大的竞争力。因此,国际上正在发展新的技术,探索合适的高功率Z 2p inch 脉冲源技术途径。近三十年来,脉冲功率技术发展了电容、电感和磁感应储能以及为压缩脉宽的各种高功率开关等技术,下面对传统的电容储能和近年来发展较快的电感储能、磁感应储能技术作简单介绍。 2　电容储能与电感储能技术 直到七十年代中期,脉冲功率技术一直以电容储能与闭合开关技术为基础。因为去 离子水的介电常数高(Ε～81),采用水介质同

(整理)高功率脉冲电源

高功率脉冲电源 学院（系）：电气工程学院班级：1113班 学生姓名：高玲 学号：21113043 大连理工大学 Dalian University of Technology

1分类及结构原理 高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。‘ 如图1所示。高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。 图1. 高功率脉冲电源组成框图 脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。 (1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。 (2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。 (3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。 脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。如表1所示。 (1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。 (2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。 (3)机械储能具有储能密度高、结构紧凑、易做成移动式，且提取十分方便等优点，因此也得到了广泛的应用。目前，其主要的应用领域有：近代同步加速器、托卡马克热核装置、等离子体。箍缩、大型风洞装置、大截面金属对头焊接等。

脉冲变压器设计

脉冲变压器设计

目录 前言 ......................................... 错误!未定义书签。 1 脉冲变压器设计要求和原始数据 ............... 错误!未定义书签。 脉冲变压器计算程序设计要求................. 错误!未定义书签。 计算原始数据：............................. 错误!未定义书签。 2 脉冲变压器的设计 ........................... 错误!未定义书签。 线路的计算................................. 错误!未定义书签。 绝缘的设计................................. 错误!未定义书签。 铁心和绕组的选择........................... 错误!未定义书签。 铁心的设计要求............................ 错误!未定义书签。 铁心的去磁电路............................ 错误!未定义书签。 绕组的选择............................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的脉冲的计算..................... 错误!未定义书签。 脉冲平顶降落的验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲的前沿畸变验算....................... 错误!未定义书签。 脉冲后沿宽度的检查....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的整体结构....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升与经济指标................. 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标................ 错误!未定义书签。 脉冲变压器的温升和经济指标的验算......... 错误!未定义书签。 3 脉冲变压器的试验 ........................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的初次试验....................... 错误!未定义书签。 加压试验................................. 错误!未定义书签。 改变回路参数的试验....................... 错误!未定义书签。 “+／-极性”的试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲变压器的负荷试验....................... 错误!未定义书签。 脉冲波形的检查........................... 错误!未定义书签。 漏感和电容............................... 错误!未定义书签。 变比的测量............................... 错误!未定义书签。总结 ........................................ 错误!未定义书签。致谢 ....................................... 错误!未定义书签。参考文献 ..................................... 错误!未定义书签。