第2章 高功率电子学相关电路理论

1 LC
R2 4L2
练习：
• 一个二阶电路，其整个回路等效电感L, 电阻R, 电容C难以测量， 通过放电试验，我们得到放电电流为欠阻尼波形，获得 tm=14.6us，Im=707A，以及（di/dt)t=0=100×10 E6 A/s, 已知 Uc0=100V, 求 L, R, C.
2、中间储能和充电
第3章
高功率电子学 相关电路理论
高功率电子学相关电路理论
基本电路及参数确定 中间储能电路 陡化技术 陡化开关 陡化电容器 爆炸开关 合成技术
1、基本电路及参数确定
二阶电路方程
① 过阻尼
② 临界阻尼
③ 欠阻尼
④ 无阻尼情况
阻尼系数的影响
两点重要结论
1. 增大电压或电容，或减 少电感或电阻，可增大 放电电流；
R(i,t)
d
2a t i2dt
p0
p 气压，一个大气压为单位；
d 间隙距离，cm
i 通道电流， A
a 常数
下次课请同学来推导！
电路方程及代换：
Lm
di dt
iRu
(t)
iRL
V0
idt Cm
x iRL , = t , = 2 pd 2
V0
aV02
A Lm , B= RLCm
RL
x
2
x
x2d
A dx
d
xd
1 B
0
负载电流 和开关电 压相对值
与相对时 间的关系 曲线
由脉冲上升时间得到的结论
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tf
21
pd 2 aV02
2.2 Lm Rl
1. 脉冲上升时间有两部分组成： 2. 首先是开关时间，然后是电t f路时ts 间tc。 3. 如何减少开关时间和电路上升沿时间？ 4. 影响开关时间因素是什么？ 5. 影响电路上升沿时间因素是什么？
电路方程推导
C-L-C 谐振电路
C-L-C 谐振充电电路
几种特殊情况
不同电容比例下，电压和能量传递
3、陡化方法
• 3.1 陡化开关 • 3.2 陡化电容器 • 3.3 爆炸开关 • 3.4 合成技术
3.1、陡化开关
考虑上升沿的放电电路分析
开关火花电阻模型（见p.68）
R. Rompe 和 W. Weizel 开关火花电阻模型：
*课后作业：推导上述方程，回答上述问题。
3.1 陡化开关
1、提高气压 由Pachen定律，气压提高到 nP0, d减少到d0/n, 击穿电压不变，
2、过电压击穿
2pd 2
aU
2 0
2p 2d 2
aU
2 0
p
2
a
p E
2
1
p
2pd 2
2pd 2
2pd 2 1
U U , 1 b
aU b2
a U 0 2
aU
2 0
2
3. 2 陡化电容器
常规放电电路
无陡化电容器时，在不考虑开关动作延时情况下，负载电压 上升沿由电压和电感决定（忽略开关导通时间）！
3.2 陡化电容器使用
首先C 对Cp 充电， 当
t
t0
2
时，Vcp
(t0 )
V0
开关S2闭合
选择
Cp
Lm RL2
ip (t0 ) V0 /
Lm
Cp
V0 RL
，可在负载上获得最快脉冲上升沿
陡化效果
C 6nF, L 2H , Rl 50, Ls 0.2H
Cp =0 时，tr 90ns
根据上述参数，通过电路 模拟仿真验证陡化效果！
Cp 1.2nF, tr 9ns
陡化效果比较
Voltage on C (kV) P
Load voltage (kV)
20
20
20
16
16
without sharpening
16
Voltage on R (kV)
12
12
12
8
8
8
4
4
4
0
0
0
with sharpening
Time (500 ns/div)
Time (500 ns/div)
a)
b)
a) 锐化电容 CP 和负载电阻 R 上的电压
b) 磁压缩前后负载电阻上的电压波形比较（锐化电容 2 nF）
陡化技术的应用：超宽带雷达技术
陡化电容器的使用
陡化器使用
3.3 利用爆炸丝(exploding wire)
Marx
负载
爆炸丝电阻变化
3.4 、脉冲合成陡化法
2. 电流上升沿（负载电阻 电压上升沿）由电压和 电感决定：
由试验波形确定回路参数
• 已知充电电压 U，0 如何从放电
• 电流波形计算回路R, L, C? • 由放电波形可得到：
R
(1)
2L
C
Im I0 f1( )
U0 L/C
f1( )
(2)
tm LC f2 ( )
(3)
T 2 2
(4)