纳秒级脉冲电源的研究与设计
纳秒脉冲发生电路设计
纳秒脉冲发生电路设计
学院审查中
工程设计
结合科研
张流强
2012
1
测控技术与仪器
电子科学与技术
单光子探测需要有单光子光源进行实验，获得单光子光源可以采用脉冲驱动的发光二极管，脉冲幅度、宽度和周期可调的纳秒级脉冲产生电路是实现单光子光源的关键。
本项目将对纳秒脉冲发生电路进行设计。
目前实验室对该课题已有前期研究，有研究生协助指导毕业设计。
实验室有电路板焊接和测试的相关设备，有开展光电探测实验的条件。
实验设备包括计算机、光学平台、显微镜、示波器、信号发射器和直流电源等。
实验经费有自然科学基金经费支持。
课题的主要研究内容有：
一、电路设计
（1）对基于发光二极管的单光子光源和纳秒脉冲发生电路进行调研，明确单脉冲发生电路的原理和要求；（2）对纳秒脉冲的形成方法进行分析，重点研究传输线脉冲成形方法和数字脉冲成形方法。
（3）提出纳秒脉冲发生放大电路设计，完成模拟仿真，实际制作电路进行实验测试。
二、电路测试
（1）根据设计电路绘制PCB版图，完成电路板的加工。
（2）焊接电路板；
（3）搭建实验平台，对制作完成的电路板进行测试。
本项目主要训练学生的电路设计、制作和调试能力。
题目难度适中，工作量适中。
（1）对项目有强烈兴趣；
（2）有电路设计基础（包括数电和模电）；
（3）有较强的创新意识或动手能力。
系主任审查通过。
纳秒级脉宽脉冲电源设计
A Dissertation Submitted to Huazhong University of Science andTechnology for the Degree of Master of Engineering Research of High Voltage Nanosecond Pulse SupplyCandidate: Wang WeiMajor: High Voltage and Insulation Technology Supervisor: Prof. Zhang dandanHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaJun, 2008独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在_____年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要低温等离子体在工业、农业、军事等领域具有广泛的应用前景。
利用介质阻挡放电来产生低温等离子体具有效率高，放电稳定，适合工程化应用。
介质阻挡放电产生等离子体的效果直接与电源的电压、频率和波形相关。
本课题研制了一台高频、高压脉冲电源系统，参数如下：输出脉冲电压峰值0～20kV可调；重复频率0～1kHz，可调；脉冲上升前沿20ns，脉冲宽度100ns。
基于SiC MOSFET的纳秒级脉冲电源研制
基于SiC MOSFET的纳秒级脉冲电源研制脉冲功率技术广泛应用于军事、环境保护、生物技术等领域,比如脱硫脱硝、脉冲杀菌、激光管驱动、阴极射线管扫描电路等。
传统脉冲电源的主放电开关主要以真空弧光放电管、氢闸流管、火花隙为主,存在成本高、寿命短、外围电路复杂等缺点。
随着电力电子技术的发展,功率MOSFET和IGBT的性能越来越高,众多研究学者利用MOSFET或IGBT串并联组成高压固态开关替代传统放电开关,进而设计出纳秒级上升沿的高重复频率脉冲发生器。
本文以SiC MOSFET为核心功率器件,设计了一台纳秒级脉冲电源,电源主要技术指标为:输出脉冲峰值可调范围为0~30kV,脉冲重复频率为10Hz~1kHz可调,最大输出电流为80A,脉冲上升时间小于100ns。
本论文的主要工作如下:设计了纳秒脉冲电源的拓扑结构,主电路采用三级Marx发生器结构,研究了SiC MOSFET串联开关的静态和动态电压不均衡机制,给出了影响SiC MOSFET串联均压的关键因素。
针对静态均压电路的特性,明确了均压电阻的设计方法,对于动态均压电路,采用负载侧RCD电路作为均压措施,并确定了相应参数的选取依据。
对比分析了正激式驱动、半桥驱动、反激驱动三种驱动方式的优缺点,确定采用半桥驱动的方式作为SiC MOSFET的串联驱动电路,该电路的隔离强度高、驱动电路设计方便,其驱动变压器的原边和副边绕组匝数均为1匝,可减少其分布参数的影响。
通过实验测试了驱动电路的同步性,其驱动的延迟时间差异小于10ns,同步性良好。
采用Microchip公司的dsPIC33FJl28MC706作为主控制芯片,整个控制系统可以实现频率可调、脉冲幅值可调、过压和过流保护等,最终完成了实验样机的制作和调试,利用针-板反应器负载对电源的性能进行测试,实验结果表明电源满足了设计指标且基本性能良好。
微细电化学加工纳秒脉冲电源的研制
ｃｉｖｄ ｔｈ ｍ ｍ ，ｈ ａａ ｅｅｓ ｆ ｈ ｏ ｅ ｓｐ ｌ ｃｎｂ ｄｕｔｄｏ ｎ ｙｔｅｈｓ ｃｒ— ｈｅｅ ．Ａ ｅｓ ｅｔ ｅ ｔｅｐ ｒｍ ｔ ｅｐｗ ｒ ｕ ｐｙ ａ ｅａｊｓ ｎｌ ｅｂ ｏｔ ｏ ｔ ａ ｉ ｒｏｔ ｅ ｉ ｈ ｎ
ｐ ｔｒ ｏ ｈｅ ｅｅ ｔｏ ｈ ｍ ｉａ ｉｒ －ｍａ ｈ ｎ ｎ ｙ ｔｍ ． Ｔｈ ｙ ｔｍ ｅ ｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ａ ａ ｅｅ ｓ ｓ ｃ ｓ ｕ ｅ ｆｔ ｌ ｃｒ ｃ ｅ ｃ ｌｍ ｃ ｏ ｃ ｉ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｅ ｓ ｓｅ ｔ ｓｓｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔｐ ｒｍ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ
相 较 于其他 微 细加 工 方 法 ， 细 电化 学 加 工 具 有 微
非 接触 、 削 力 、 热 熔 除等 特 点 ， 无切 无 已经 在 某 些 特 殊
的微 细 加 工 场 合 获 得 较 好 效 果 。利 用 这 种 工 艺 ，
德 国 Ｆｉ Ｈ ｂ ｒ 究 所 、 国 的 Ｉ Ｍ 以及 国 内的 ｒ — ａｅ 研 ｚ 美 Ｂ
滤 波 ， 成 直 流 电 压 。。 电 路 存 在 外 部 干 扰 时 ， 形 ： 若
南京 航 空航 天 大 学 胡 、 海 交 通 大 学 等机 构 先 后 Ｊ上
制作 了微米 量级 的微 孔 、 、 与 其他 微细 结构 。 槽 坑
电源及 其 品 质 是 微 细 电 化 学 加 工 的 关 键 影 响 因
数， 产生高频脉冲控制信号。结构如图 ４ 主要由单片 ，
机及外 围电路 、 Ｐ Ｄ及 控 制逻 辑 、 线 驱 动及 极 问脉 ＣＬ 总
冲采样 与转 换 电路构 成 。
图 ２ 脉 冲 电源 的主 电路
图 中的 删
高压纳秒脉冲形成电路的分析与设计
文章编号:100122486(2000)Sup.20049206高压纳秒脉冲形成电路的分析与设计Ξ贺元吉,张亚洲,李传胪(国防科技大学理学院,湖南长沙 410073) 摘 要:分析了储能线和储能电容脉冲发生器中各种因素对脉冲前沿的影响,比较了二者的优劣,并设计了一种储能线脉冲形成电路。
初步的试验表明,该装置能产生脉宽为3～4ns 的脉冲。
关键词:储能线;储能电容;脉冲发生器;气体开关中图分类号:T N78 文献标识码:A Analysis and Design of H igh V oltage N anosecond Pulse Forming CircuitHE Y uan 2ji ,ZH ANG Y a 2zhou ,LI Chuan 2lu(C ollege of Science ,National Univ.of Defense T echnology ,Changsha 410073,China )Abstract :The effects of pulse forming circuit on the rising time of the output pulse are investigated and a coaxial nanosecond pulse forming circuit com posed of pulse forming line (PF L ),gas s witches ,capacitive v oltage divider and matched load is presented in this pa 2per.A pulse with duration of 3～4ns is generated in our experiments.K ey w ords :pulse forming line ;capacitive storage ;pulse generator ;gas s witch脉冲技术是近年发展起来并得到广泛应用的技术,它已用于电力系统高压绝缘试验、激光技术、微波技术和电磁兼容性试验等。
新型无间隙纳秒级脉冲电源的优化设计
高电压技术第36卷第9期2010年9月30日High Voltage Engineerin g,Vol.36,No.9,S eptem ber30,2010新型无间隙纳秒级脉冲电源的优化设计胡胜1,李胜利1,李晋城2,张晗1(1.华中科技大学环境科学与工程学院,武汉430074;2.河南省电力公司济源供电公司,济源454650)摘要:基于磁压缩和SO S效应原理,设计了一种新型无间隙ns级脉冲电源。
通过Pspice电路仿真分析和试验研究,着重探讨了关键参数对输出电压的影响。
研究结果表明:电源在前级饱和变压器T V1匝数为1:20,磁压缩电感M S匝数为13,后级升压饱和变压器T V2匝数为2:10时能获得较高的输出电压峰值,负载为508时,脉冲电压峰值-51kV,脉宽120ns,峰值前沿60ns。
该电源将在放电等离子体处理环境污染中具有良好的应用前景。
关键词:磁压缩;SOS效应;ns级;脉冲电源;电路仿真;参数研究中图分类号:T M836文献标志码:A文章编号:1003-6520(2010)09-2309-07O ptimization Design of a Novel Nanosecond Pulse Power Without Gap SwitchH U Sheng1,LI Sheng-li1,LI Jin-cheng2,ZH ANG H an1(1.College o f Enviro nm ental Science and Engineering,H uazho ng U niversity ofScience and Technolog y,Wuhan430074,China;2.H enan Jiyuan Pow er Supply Co mpany,Jiy uan454650,China)Abstract:A no vel nanosecond pulse pow er based on the theor y of mag net ic pulse compressio n and SO S effect w as developed.T he effect of some key parameter s o n t he pulse po wer output character istics wer e discussed thro ug h Pspice simulation and laborato ry study.T he results show that a51kV neg ative pulse is for med w hich has a pulse width of120ns and steep rise time o f40ns at a lo ad of508,w hen the tur ns of M S is13,and t he w inding r atio o f T V1and T V2ar e1:20and2:10,respect ively.T he pow er will have a go od application fo reg ro und in env ir onmental treatment by dischar ge plasma.Key words:mag net ic pulse co mpression;SOS effect;nano second;pulse pow er;circuit simulation;parameter study0引言从20世纪80年代开始,非平衡脉冲放电等离子体技术在处理有机废气[1,2]、难降解有毒有机废水[3,4]、消毒灭菌[5,6]等环境治理方面得到了很大的发展。
百kV级纳秒脉冲源的设计与实验研究
２１ ０ ２年 ３月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ． １ ２４， Ｎ Ｏ ３ ．
Ｍ ａ ．， ２ １ ｒ ０ ２
文 章 编 号 ： １ ０ — ３ ２ ２ １ ） ３０ １ －４ ０ １４ ２ （ ０ ２ ０ — ７ ｌＯ
步技 术研 究 中 ， 作为触 发 脉冲源 使用 的 ＧＷ 级 Ｔｅｌ ｓａ型纳秒 脉冲源 由于其抖 动较 大（ 达 １ ｓ ， 成 同步装置 可 ）造
稳定 性较 差 ， 其 自击 穿开 关更 换为触 发开关 是最 为有 效 的解决措 施 ， 将 结合使 用 需求 ， 求触 发 器 能够输 出 ５ 要 Ｏ ｋ Ｖ左 右 电压 ， 对应 抖动 小于 ０ ２／ ， ． ｘ 可重 复频率 工作 ， ｓａ 脉冲源 能够 较好 地 满 足这个 要 求 。 同时考 虑 到 ｓ Ｔｅｌ 型
１ 脉 冲 源 设 计
１１ Ｔｓ ． ｅｌ 压 器 结 构 设 计 ａ变
该脉 冲源 的脉 冲形成 线为单 筒 同轴形 成线 ， 征 阻抗为 ４ 最高 设计 输 出电压 为 １ ０ｋ 最 高充 电 电压 特 ０Ｑ， ０ Ｖ，
为 ２ ０ｋ 形成 线绝 缘介质 为变 压器油 ， １ Ｖ， 在 Ｓ 级充 电 ， 复频 率 １ ０Ｈｚ 重 ０ 条件 下 ， 强 １ ０ｋ ｃ 左右 对 于变 场 ０ Ｖ／ｍ 压器 油绝缘 来说 是安全 的 ， 选取形 成线 外筒 半径 ｒ 一５ｃ 内筒半径 ｒ 一１ ８ｃ 根据 公式 Ｕ… 一Ｅ… ｒｌ（ ｍ， ． ｍ， ｎ ｒ／ ｒ） 该 尺寸条 件下 内筒表 面场 强 Ｅ 一１ ６ｋ ｃ ， １ Ｖ／ｍ。 形成线 长度 决定 了脉 冲源输 出脉 冲宽度 ， 该脉 冲源 的设 计脉 宽为 ４ｎ ， ｓ 根据 公 式 ｒ ｚ 一２ ／， ｃ 考虑 到 输 出
超宽带无线电中纳秒级脉冲产生研究
整块电路的结构紧凑,布线讲究,整体电路比一元硬币稍大,封装后可作为一个独立的小型模块使用;另外电路是输入方波上升沿触发的,因此很适合应用到跳时脉冲位置调制的超宽带通信系统中。但为满足现代通信的需求,特别考虑集成时,系统在很多方面都需要大大改善和提高。
将超宽带雷达应用于通信是近年来业界的研究热点。在传统的通信技术中,通常把信号从基带调制到正弦或余弦载波上,而超宽带UWB(Ultra Wide Band)通信则是通过对持续时间持续时间为纳秒或亚纳秒级窄脉冲进行调制,这样UWB信号将具有GHz量级的带宽[1～2]。超宽带技术相对于连续波通信系统通信系统具有独到之处,应用领域广泛,如雷达、通信、探测等。UWB的特点:发射信号功率谱密度较低,强抗截获能力;系统复杂度低;数厘米的定位精度等优点。但是这些性能的获得都需要依赖于现有技术和工艺的可行性,特别是集成电路的工艺。UWB应用中必不可少的关键之一是如何产生可以控制的UWB窄脉冲,灵活方便是UWB通信所渴望的;产生足够窄的脉冲和适于信道传输的脉冲形状也是UWB通信中的热门研究点和关键所在。为此,本文探讨了一种纳秒级脉冲发生电路的原理和设计,完成了实物制作,给出测得的实际结果。
超宽带无线电中纳秒级脉冲产生研究
摘 要: 在分析现有超宽带超宽带无线电的载体—窄脉冲产生方法优缺点的基础上,提出产生超宽带纳秒纳秒级脉冲的逻辑框图,并由此设计相应的电路原理图、PCB版图,经实物调试测出输出波形,最后指出该电路的应用领域。
关键词: 超宽带 超宽带无线电 纳秒级脉冲
针对前人所作的工作和现有的器件,改进并设计了超宽带纳秒级脉冲成形电路,然后完成了具体电路的研制和测试。
2 设计概要和结果
2.1 基本工作原理
电路的逻辑结构,运用开关三极管的短暂良性雪崩效应,让存储在三极管集电极集电极端的电容快速放电而产生纳秒级脉冲。电源模块提供足以使三极管产生雪崩的高达90V的电压,这时即便断掉输入信号,也可以产生自激式纳秒级脉冲;调节电源模块的输出电压使之刚好在开关三极管的临界雪崩电压处,这时加上PPM信号促使三极管产生雪崩效应,得到窄脉冲,从而使输出窄脉冲承载了信息。脉冲整形电路对输入的PPM信号进行延迟和微分,以使之触发雪崩效应。此外调节脉冲生成电路可以得到不同形状的窄脉冲,满足对信息不同调制方式的需求。
基于FPGA的纳秒级微细电解加工脉冲电源的研制
基于FPGA的纳秒级微细电解加工脉冲电源的研制梁劲斐;于兆勤;郭钟宁【摘要】To the demand of micro electrochemical machining accuracy, a nanosecond power supply was developed which suitable for micro electrochemical machining. To utilize FPGA inside high-frequency clock to generate high-frequency pulse signal, acquire nanosecond pulse through amplify and chopping. The pulse frequency has wide range to regulate. For short-circuit protection, programming in FPGA to deal with sampling signal and output the feedback signal. When employed this power supply to carry out some experiments,verified the feasibility of the power supply.%针对微细电解加工的精度要求，研制出适合于微细电解加工的纳秒级脉冲电源。
利用FPGA内部的高频时钟产生出高频的脉冲信号，经放大和斩波后得到纳秒级脉冲，脉冲频率调节范围较宽。
采样信号经FPGA内部编程处理后输出反馈信号实现短路保护。
使用该电源进行相关的工艺试验，验证了电源的可行性。
【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】4页(P87-90)【关键词】微细电解加工;FPGA;纳秒电源【作者】梁劲斐;于兆勤;郭钟宁【作者单位】广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TP230 前言随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的发展，微型复杂结构金属器件的应用范围越来越广，如生物医学和航空领域，因此微细加工技术成为现代工业的一个热点问题。
高功率全固态微波纳秒级脉冲源的设计与应用
图 5 雪崩级联电路梳状 PCB 结构 Fig. 5 Comb PCB layout for avalanche series
图 4 为一 5 级 MARX 电路，触发脉冲加入前，各雪崩管截止，但已处于临界雪崩状态。Cl ~ C5
各电容均充有直流偏置电源电压 EC。 触发脉冲加入后，首先引起 Tl 雪崩击穿，于是 C2 左端电势等于 Cl 右端电势，即约等于 E（C 均指
（ 国防科技大学电子科学与技术学院，湖南 长沙 410073）
摘 要：基于雪崩三极管雪崩效应，研制出了一种数千伏、纳秒级脉冲源。其为全固态微波 PCB 电路 结构形式，利用数字电路产生可控重频触发信号，脉冲全底宽度 400ps ~ 2ns 可调，重频 1k ~ 1000kHz 可调， 脉冲幅度 360 ~ 2600V 可调，峰值功率可达 135kW。详细讲述了电路设计、器件选择以及重要电路结构。 针对高压窄脉冲引起的特殊问题，提出了新颖的欠电荷充电法以及有效的梳状 PCB（ 印刷电路板）结构。 电路性能优良、稳定可靠，已投入超宽带目标探测实验系统应用。
纳秒级脉冲电源研制及微细电解工艺试验的开题报告
纳秒级脉冲电源研制及微细电解工艺试验的开题报告一、选题的背景和意义随着微电子技术的快速发展，纳秒级脉冲电源的需求逐渐增加。
纳秒级脉冲电源可以应用于高速数据传输、雷达系统、太赫兹光学、微波通信等领域，对于提高系统性能和通讯速度具有重要的作用。
但是，由于纳秒级脉冲电源的特殊性，传统的电源技术难以满足其要求，因此需要进行研究和开发。
此外，微细电解工艺是制备微电子器件不可或缺的一环。
尤其是在微细加工和微纳加工中，该技术得到广泛应用。
但由于微细电解过程具有极高的要求，精度和稳定性是该技术研究的重点。
因此，进行微细电解工艺的试验，可以推进该技术的发展和应用。
二、研究内容和方法本文的主要研究内容包括纳秒级脉冲电源的研制和微细电解工艺的试验。
针对纳秒级脉冲电源的研制，我们将采用以下方法：1. 设计和制备高参数合金电容器和薄膜电阻器，保证电路的高频响应和精度。
2. 设计和制造特殊的电路板，满足电源的高速充放电要求。
3. 利用数字信号处理器，实现纳秒级脉冲控制，保证纳秒级脉冲的精度和幅度控制。
针对微细电解工艺试验，我们将采用以下方法：1. 制备微米级别的电极，保证电解效率。
2. 设计特殊的电解槽，控制电解反应的速度和方向。
3. 通过实验研究，优化电解参数，提高微细电解工艺的精度和稳定性。
三、预期成果和意义通过对纳秒级脉冲电源和微细电解工艺的研究，我们预期获得以下成果：1. 成功研制出纳秒级脉冲电源，并达到较高的精度和控制。
2. 优化微细电解工艺参数，提高精度和稳定性。
3. 介绍纳秒级脉冲电源和微细电解工艺的应用场景，推动电子器件和通讯技术的发展。
本研究的意义在于为纳秒级脉冲电源和微细电解工艺的应用提供了支持，可以为电子器件和通讯技术的发展提供技术基础。
基于FPGA的纳秒级微细电解加工脉冲电源的研制
高重复频率纳秒级陡脉冲电源的研制
究开始盛行起来。以美国和俄罗斯为中心，人们对其进行军事上的应用研究，并投
入了巨额的费用。以后，随着冷战的结束，积累起来的脉冲功率技术在产业方面的
应用逐步深入。
表1.1 脉冲功率技术的应用一览表
近 代 科 学 研 究
军事 应用
工业 应用
医学 应用 环境 保护
其他
应用领域 粒子束惯性约束核聚变[2] 相对论电子束加速器[3]
本文对这种高功率脉冲电源的工作原理，设计方法做了详细的介绍；对电路各 部分如储能电容充电、两级充放电回路、晶闸管驱动和保护、高频脉冲变压器、自 击穿气体开关、Blumlein 传输线等的原理和设计都做了详细的分析；建立了电路的 PSpice 仿真模型，进行了仿真计算；对电源电路系统各个部分的输入输出特性做了 系统的试验研究和分析，给出了试验数据和波形；对仿真结果和试验结果作了比较 分析，找出了电路的运行规律。对脉冲介质阻挡放电进行了仿真和试验，试验结果 与仿真结果基本吻合。
1.1 脉冲功率技术概述
脉冲功率技术是指将“慢”存储起来的具有较高密度的能量，进行快速压缩、 转换或直接在很短的时间释放能量给负载的电物理技术。脉冲功率技术大多数涉及 高电压、大电流及高速脉冲放电，它广泛应用于等离子体物理与受控核聚变的研究、 核爆炸模拟、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、 粒子束武器等方面，在环境、宇宙、生物医学、电子学、新材料、精密加工、食品 加工、粉碎等领域也都有广泛的应用。表 1.1 比较详细地介绍了脉冲功率技术的主要 应用领域。
制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在 年解密后适用于本授权书。
本论文属于
不保密□。
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名：
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真张晗【摘要】利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路，高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩（MPC）网络与半导体断路开关（SOS）。
对高压脉冲电源的整体设计作了阐述，介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。
利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。
试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50kV、半高宽为120ns 的负极性脉冲。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】6页(P63-68)【关键词】电力电子技术;脉冲功率技术;纳秒级高压脉冲电源;磁脉冲压缩;半导体断路开关;PSPICE软件【作者】张晗【作者单位】南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663【正文语种】中文【中图分类】TM910.2脉冲电源可应用于等离子体物理、强脉冲X射线技术、高频脉冲焊接、核医疗γ照像机高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电爆炸、闪击航空和航天器的模拟等，范围极其广泛。
近年来,随着半导体开关技术的发展,逐步实现了开关技术的大功率、耐高压、大电流驱动等优点,实现了脉冲电源的高电压峰值与窄脉冲宽度[1-8];磁脉冲压缩技术从工作电压、峰值电流、重复频率、使用寿命等方面有效地克服了火花隙开关、IGBT、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。
近年来，以非晶态合金、铁基纳米晶为代表的新一代高频软磁材料的出现，打破了磁开关在高重复率脉冲功率系统中应用的限制,且最近出现的一种新颖电路解决了磁芯复位这一难题,使得磁开关能够达到更高的重复频率[9-16]。
因此,本文结合电力电子技术和脉冲功率技术,设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
首先利用电力电子技术中的整流、逆变、串联谐振等原理设计了一台串联谐振电源,然后利用磁脉冲压缩(MPC)技术与半导体断路开关(SOS)技术将脉冲升压和整形,最终得到一个纳秒级的高压脉冲电源。
微细电化学加工纳秒脉冲电源的研制
微细电化学加工纳秒脉冲电源的研制张建华;葛红宇;李宏胜;方力【摘要】According the processing character of electrochemical micro-machining, a nanosecond pulse power supply is developed with a CPLD device EPM7160, and a 8 bit microcontroller STC12C5A60S2. Special keyboard and RS232 communication circuit used for parameter setting is built, and display circuit with 12864 LCD module is also realized so that friendly man-machine interface of the power supply is achieved. At the same time, the parameters of the power supply can be adjusted on line by the host computer of the electrochemical micro-machining system. The system tests indicate that parameters such as pulse duration and pulse interval are opt to be adjusted. The pulse duration or pulse interval can be adjusted to less than 20 ns, which is suitable for electrochemical micro-machining.%根据微细电化学加工的工艺特点,采用CPLD器件EPM7160与8位单片机STC12C5A60S2,设计了微细电化学加工纳秒脉冲电源.脉冲参数设置通过专用键盘或RS232实现,参数显示采用国显电子的12864液晶模块实现,人机界面友好.通过RS232,电源可以接受主控计算机的实时参数调整.测试表明,脉宽、脉间等脉冲参数可调,且调节方便,通用性强.输出脉宽、脉间可以调至20 ns以下,适于微细电化学加工.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2011(000)010【总页数】4页(P37-40)【关键词】微细电化学加工;电源;纳秒;脉冲参数【作者】张建华;葛红宇;李宏胜;方力【作者单位】南京工程学院自动化学院,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院,江苏南京211167;南京工程学院自动化学院,江苏南京211167【正文语种】中文【中图分类】TG662利用纳秒及以下级持续时间的超短脉冲电流去除材料时，电化学加工能够将电化学蚀除局限在电极顶尖部位的微－纳尺寸范围，极大限制蚀除中的杂散腐蚀，成功实现微米级尺寸的微细工件的加工，精度可达几百纳米［1］。
基于雪崩管的增强型MARX纳秒脉冲源试验研究与实现
基于雪崩管的增强型MARX纳秒脉冲源试验研究与实现第一章：绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容和目标1.4 研究方法和步骤第二章：增强型MARX纳秒脉冲源原理及设计2.1 多级马克斯发生器（MARX）的原理2.2 增强型MARX纳秒脉冲源的设计2.3 雪崩管的结构和工作原理2.4 大电容器的设计与选择2.5 纳秒脉冲源的输出特性分析第三章：实验系统的设计与实现3.1 实验系统的总体设计方案3.2 实验系统的电路设计与调试3.3 雪崩管的性能测试与筛选3.4 大电容器的制作与测试3.5 实验系统的其它元器件的选配与调试第四章：实验结果分析4.1 实验参数的控制与调节4.2 脉冲输出特性的测量与分析4.3 载荷特性的测量与分析4.4 实验结果对比分析与讨论第五章：结论与展望5.1 实验结果总结5.2 存在问题及展望5.3 未来工作的方向和重点参考文献第一章：绪论1.1 研究背景和意义随着现代科技的发展，纳秒脉冲技术在军事、航空、航天等领域中得到了广泛应用。
例如，在电磁脉冲武器中，纳秒脉冲可以产生高能量的电磁波，能够对敌方通讯、雷达等设备及电子设备造成严重干扰；在高能粒子物理实验中，纳秒脉冲可以产生高亮度的同步辐射，为研究物质微观结构提供重要手段等。
因此，纳秒脉冲技术的研究和应用具有重要的科学和实用价值。
其中，马克斯发生器（MARX）是可重复产生高压、纳秒电脉冲的一种电路结构。
MARX电路结构由多个串联的大电容器和小电感组成。
在每个大电容器充电到一定电压之后，通过高压开关将电容器串联起来。
通过这样的串联与充电与放电的循环过程，可以在输出端获得高压、纳秒脉冲信号。
但是，MARX脉冲源输出能量密度低、波形精度差的问题限制了其在很多领域的应用。
为此，一些研究学者开始探索如何提高MARX脉冲源的能量密度和波形精度。
增强型MARX纳秒脉冲源是近年来研究的热点之一，采用雪崩管作为高压开关，并增加了大电容器和电感，可以提高脉冲源的输出能量密度和波形精度，为这些领域的技术和应用提供了更好的工具。
纳秒级双指数电磁脉冲源设计
电力系统40丨电力系统装备 2020.21Electric System2020年第21期2020 No.21电力系统装备Electric Power System Equipment电磁脉冲是自然环境中的雷电放电或战争中核爆炸时，由光子散射产生的康普顿反冲电子和光电子所导致的电磁辐射。
当前，主要采取仿真软件通过搭建电路系统的模型进行分析和预测的方法，来开展有关于高功率微波武器、核爆炸对高精密的集成电路和电子设备造成电磁干扰的研究。
此种做法不能真实准确地反映出电磁干扰对电子设备的耦合过程和作用效果。
因此，本文通过设计一种纳秒级双指数电磁脉冲源，对分析集成电子电路系统的失效现象和抗干扰能力具有重要参考价值的和理论意义。
1 双指数电磁脉冲源电路的组成和设计1.1 直流高压电源直流高压电源作为电磁脉冲源的核心，为放电回路的空气开关提供自击穿电压。
该部分采用低压控制单元和高压产生单元级联的形式，来产生脉冲源系统所需要的40 kV 高压。
1.2 储能脉冲电容器储能脉冲电容器的固有电感是影响脉冲前沿最重要的因素，选用的储能脉冲电容需具有低感、无极性和高稳定性的特点。
1.3 放电开关电磁脉冲源上的放电开关需具备能够稳定触发、导通延时小等特点，还要能够承受住40 kV 的耐压。
本文采用气体自击穿开关作为放电开关。
2 双指数脉冲波形成原理与影响因素分析2.1 电磁脉冲源的充放电电路的原理电磁脉冲源的充放电电路的原理图及波形采集装置，如图1所示。
图1 储能电容充放电原理图在图1中，理想开关S 闭合时，列写R ，L ，C 电路回路方程，由 kVL 可得其表达式为[2]：（1）对式（1）进行微分后解得脉冲电流为：（2）由式（2）知，的波形为双指数分布。
2.2 脉冲波形影响因素分析为捕获到设定的脉冲前沿和半高宽，借助Matlab/Simulink 仿真软件进行反复迭代，选取最优参数。
2.2.1 不同电感值的仿真分析放电电容取值相同，皆为16 nF ，初始电压皆设为40 kV 。
小型纳秒脉冲源研制
小型纳秒脉冲源研制发布时间：2023-02-28T05:49:31.238Z 来源：《中国电业与能源》2022年10月19期作者：雷进伟[导读] 纳秒脉冲源是电声脉冲法（PEA）测试系统的重要组成部分。
当测试系统对脉冲幅值要求不高时，雷进伟（广州花都供电局广东广州 510800）摘要：纳秒脉冲源是电声脉冲法（PEA）测试系统的重要组成部分。
当测试系统对脉冲幅值要求不高时，体积小、重量轻、性能稳定的小型纳秒脉冲源是最佳选择。
本文基于传输线原理，以高压开关电源、同轴电缆、汞润开关为核心器件，研制了一台小型纳秒脉冲源，可产生幅值0～1kV可调、半高宽50ns的脉冲方波。
关键词：纳秒脉冲源；传输线；湿簧管。
Abstract：The Nanosecond pulse source is an important part of the PEA methods testing system.When the requirement of the pulse amplitude of the test system is less higher, the small nanosecond pulse source which is compact, light weight and stable performance is the best choice. In this article, a new pulse source used the high voltage switch power supply, coaxial-cable, mercury-switch as the core devices is designed based on the theory of transmission line, can produce amplitude 0~1kV adjustable and FWHM 50ns pulse square wave.Keywords: nanosecond pulse source；transform line；wet spring tube0 引言电声脉冲法（PEA）经过多年来的发展，已成为当下研究固体介电材料中空间电荷分布的较为流行的方法[[[1]Muronaka T, Tanaka Y, Takada T，et al. Measurement of space charge distribution in XLPE cable using PEA system with flat electrode[C]// CEIDP Annual Report. Millbrae, CA, USA: IEEE, 1996: 266-269. ]-[[3]Fu M, Chen G, Davies A.E，et al. A modified PEA space charge measuring system for power cables[C]//6th Interantional Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials. Xi'an, China: IEEE,2000: 104-107.]]。
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纳秒级脉冲电源的研究与设计
随着脉冲功率技术在军事、医疗、环保等领域的快速发展,对于大功率脉冲电源的上升沿宽度要求日益提高,高功率快脉冲也逐渐成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。
而如何以较低的成本在提高脉冲电源电压等级的同时陡化脉冲宽度也是研究的难点之一。
以高压快脉冲为技术核心,以小型化、高重频和高效率为发展方向,本论文提出了一种低成本对称式的脉冲发生拓扑,同时以磁压缩技术陡化脉冲宽度,并深入研究了磁开关的控制技术,以实现高稳定性的纳秒级脉冲电源的研制,论文主要内容分为以下三个部分:1、提出了一种具有对称串联结构的高压脉冲电源拓扑,大幅降低成本;基于这种新型的高压脉冲电源拓扑,分析并初步验证了各种工作环境下的可行性。
搭建了该高压脉冲电源的仿真模型,仿真验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下电路的工作原理。
在实验室完成了该高压脉冲电源的研制,实验验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下对于电路的分析,并在实际应用中证明了该拓扑相对于现有研究的优越性。
2、介绍了脉冲磁压缩技术的工作原理,分析了各个磁芯参数对磁开关性能的影响,基于此,确定了磁芯材料的选择,并搭建了磁芯检测平台测量磁芯的磁滞曲线,对比了不同磁芯材料的区别。
基于脉冲电源体积小型化原则,分析了影响磁开关体积的因素,并利用数学模型确定了磁开关参数的最优解。
系统地分析了磁复位原理以及磁复位电路与脉冲电源的匹配问题。
最后搭建了30kV/3kW的纳秒级脉冲电源样机,验证了磁复位原理的可行性,以及在高压大功率应用场合可能遇到的问题及其解决方案。
3、针对电流型磁复
位方式存在的不足,指出了对于磁开关控制的必要性,并系统地分析了磁开关控制原理,提出了相应的控制方案。
最后基于PLECS软件搭建了35kV的纳秒级脉冲电源的仿真模型,通过仿真验证了控制方案的可行性和稳定性,并从实际应用角度分析了磁开关的最佳工作区间。