脉冲功率技术综述
脉冲功率技术
目录目录 0摘要 (1)一、脉冲功率技术的发展历史及现状 (2)二、脉冲功率技术的储能技术 (4)2.1惯性储能 (4)2.1.1直流发电机 (5)2.1.2单极脉冲发电机（HPG） (5)2.1.3同步发电机 (6)2.1.4主动补偿脉冲发电机 (7)2.2电容储能 (8)2.2.1电容器组放电 (8)2.2.2电容器组放电技术要点 (8)2.3电感储能 (9)2.3.1电感与电容器储能密度比较 (9)2.3.2电感储能的缺点 (10)三、串联谐振CCPS恒流充电 (11)3.1串联谐振CCPS概述 (11)3.2串联谐振CCPS工作原理 (11)3.3串联谐振CCPS恒流充电的MATLAB仿真 (14)总结 (16)参考文献 (17)脉冲功率技术摘要所谓脉冲功率技术是指将很大的能量（通常为几百千焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件中通常为电容器、电感器等, 然后通过快速开关（动作时间在毫微秒左右）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（兆瓦左右）。
脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量, 并将大能量和大功率有效地传输到负载上。
不断提高的能量、功率、上升时间和平顶度、重复率、稳定性和寿命的要求, 给脉冲功率技术提出了一系列的科学技术问题。
本文介绍了，给储能元件电容充电的一种恒流充电电源，分析了CCPS充电的原理以及实现问题。
关键词：脉冲功率，CCPS,恒流充电，储能技术脉冲功率技术及其应用一、脉冲功率技术的发展历史及现状脉冲功率技术（PPT,Pulsed Power Technology）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。
《脉冲功率技术》结业报告
2013～2014学年度硕士研究生课程《脉冲功率技术》结业报告题目名称半导体脉冲功率开关发展研究目录1引言 (1)2 脉冲功率开关的发展 (2)2.1 传统开关 (2)2.2 半导体开关 (2)2.3反向开关晶体管 (2)2.4 新型半导体开关 (2)2.5半导体断路开关 (3)2.6脉冲晶闸管 (3)2.7功率场效应晶体管 (3)2.8绝缘栅双极晶体管 (3)3 国内外研究现状及存在的问题 (4)3.1 存在的问题 (4)3.1.1提高耐受电压等级 (4)3.1.2输出快脉冲 (4)3.1.3提高脉冲电流峰值 (4)3.2关键技术 (4)3.2.1电压提升技术 (4)3.2.2磁脉冲压缩技术 (5)4总结与展望 (6)5参考文献 (6)半导体脉冲功率开关发展研究1引言脉冲功率技术是把相对长时间内存储的具有较高密度的能量，以单次脉冲或重复频率的短脉冲方式释放到负载上的电物理技术。
在空间上压缩能量可以增加能量密度，在时间上压缩能量可以提高输出功率。
随着对脉冲功率技术研究的不断深入，脉冲功率技术被越来越多地应用到工业及民用领域。
例如在环境工程领域，已有的应用技术有脉冲电晕等离子体法净化废气技术、脉冲静电除尘、高压脉冲放电废水处理、臭氧的制取等；在生物医疗领域，已有的应用技术有体外冲击波碎石技术、产生脉冲电磁场研究对生物培养基的影响；其它领域还有矿井物探，和水下目标探、对岩石钻孔、高速x射线水下摄影、工业辐射源、快速加热淬火等。
一般的脉冲功率系统由以下几个部分组成，如图1-1所示。
图1-1 脉冲功率系统结构图其中，开关元件是脉冲功率系统的核心元件之一，特别对重复频率脉冲功率系统，大功率高速开关的性能优劣直接制约其发展的主要的瓶颈，因此开关技术的发展对于高功率脉冲技术来说至关重要。
对于脉冲功率装置来说，高压脉冲功率技术中的开关具有如下特点：(1)电流非常大，可达几十千安、几百千安几兆安或更大；(2)要求开关的闭合和断开的时间极短，在毫微秒量级；(3)开关动作频繁，要求能连续工作，特别是在重复频率下运行时；(4)高电压下运行，电压等级从几千伏到数百千伏。
脉冲功率在快速加热方面的应用
脉冲热压机
• 脉冲热压机，脉冲热压机利用变压器产生一个低电压的大电流， 通过焊接头令其迅速发热。这里的脉冲电流，具体可以指电流 的ON及OFF频率比例，此脉冲比例越大，电流输出越大，焊 接头升温越快。脉冲热压机将工件置于夹具（如有需要，可启 动真空将其固定）。将夹具送至焊接头下，按双开始键，焊接 头下压着工件（开始加热），温度按输入参数迅速上升及准确 恒温，最多可达4个温区（此时焊锡回流），吹气冷却（焊锡 凝固），焊接头上升（完成）。 • 通过在热压头上加载一定的脉冲电压，热压头发热，将与此相 连接的物体升温，当温度升到焊锡熔点后（即升到事先设定的 温度后），将与此相连的物体间锡熔融并将其连接在一起。一 般的脉冲热压机使用温度闭环的控制。 • 脉冲热压机应用在以下产品生产工艺中：USB排线焊接、软排 线FFC与软性线路板FPC或硬性线路板PCB的焊接、TCP与线 路板PCB或软性线路板FPC之间的焊接、软性线路板FPC与线 路板PCB之间的焊接等。
脉冲功率技术在快速加热中的应用
武汉大学 电气工程学院 School of Electronic Engineering and Automation,WHU.
摘要
• 脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，它是一个研究在相对较长的 时间里把能量储存起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释 放给负载的新兴科技领域。 • 它的技术特点是高脉冲功率、短脉冲持续时间，高电压和大电流。 脉冲功率技术的应用非常广泛，其中快速加热就是一种。一般所 说的脉冲加热特别指工业上的脉冲热加工。 本文基于脉冲功率技术在快速加热中的应用为线索 首先，是讲诉了脉冲功率系统的基本组成和经典的Marx发生器； 其次，给大家讲解了什么是脉冲电流，它的特点和作用是什么； 随后，重点讲了脉冲功率技术热加工的原理及其应用，介绍了脉 冲热压机； 最后，是阐述了一下脉冲热加工的研究现状，展望了它的未来。
实用脉冲功率技术引论
实用脉冲功率技术引论引言：脉冲功率技术是一种应用广泛的电子技术，它在各个领域都有着重要的应用。
本文将以实用脉冲功率技术为主题，探讨其原理、应用和未来发展趋势。
通过对脉冲功率技术的深入研究，我们可以更好地理解其重要性和潜力，为未来的科技发展做出贡献。
一、脉冲功率技术的原理脉冲功率技术是通过瞬间高能量的电磁脉冲信号传输来实现的。
其原理是利用电子元件的开关特性，通过电路的设计和控制，使电流在非常短的时间内达到高峰值，从而产生高功率的脉冲信号。
这种技术在能量传输、电磁干扰抑制等方面有着独特的应用优势。
二、脉冲功率技术的应用1. 能源领域：脉冲功率技术可以提高电能传输的效率，减少能量损耗。
在电力系统的输电线路和变压器中应用脉冲功率技术，可以提高能源利用率，降低能源成本。
2. 通信领域：脉冲功率技术可以扩大通信信号的传输距离和传输速度。
在无线通信和光纤通信中，脉冲功率技术可以提高信号的传输质量和稳定性，提高通信系统的性能。
3. 医疗领域：脉冲功率技术在医疗设备中有着广泛的应用。
例如，超声医学中的脉冲声波技术可以实现对人体内部的高分辨率成像，帮助医生准确诊断疾病。
4. 军事领域：脉冲功率技术在军事装备中具有重要的作用。
例如，雷达技术中的脉冲信号可以实现目标的探测和跟踪，提高军事作战的效果。
三、脉冲功率技术的未来发展趋势1. 高效能量传输：随着能源需求的增加，脉冲功率技术将在能源传输领域发挥更大的作用。
通过进一步提高能量传输效率和减少能量损耗，可以实现更可持续的能源开发和利用。
2. 高速通信：随着通信技术的发展，人们对通信速度的需求也越来越高。
脉冲功率技术将在高速通信领域发挥重要作用，实现更快速、稳定的数据传输。
3. 医疗影像技术：随着医疗技术的不断进步，脉冲功率技术在医疗影像领域的应用也将得到进一步发展。
通过脉冲功率技术实现更高分辨率、更精确的医疗影像，将有助于提高疾病的早期诊断和治疗效果。
结语：实用脉冲功率技术在各个领域都有着广泛的应用，其原理和应用价值已经得到了广泛认可。
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, 对脉冲功率技术及其在各方面的应用, 开始了研究和发展工作。
这种技术的应用包括：电子及离子加速、核聚变、微波装置、激光（特别是大功率放电激光）、电磁脉冲、闪光辐射照相、瞬时辐射效应和各种各样的工业应用。
脉冲功率技术研究的主要内容是如何经济地和可靠地储存能量, 并将大能量和大功率有效地传输到负载上。
脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述
脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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基于雪崩三极管的高重频高压纳秒脉冲产生方法综述
基于雪崩三极管的高重频高压纳秒脉冲产生方法综述赵政;钟旭;李征;顾悦;李涛;李江涛【摘要】激发大气压脉冲等离子体通常对施加脉冲的要求是kV级幅值、ns级前沿和宽度、kHz级重复频率,尤其要求脉冲前沿和宽度尽量小,雪崩三极管脉冲产生电路非常适合于这样的要求.本文综述了基于雪崩三极管的脉冲产生方法.首先介绍了雪崩三极管的基本原理和研究概况,进而介绍了多管串联电路、多级Marx电路、多管并联电路以及脉冲截断电路四种典型电路结构的研究现状,分析了各电路的性能特点,并以多级Marx电路为例理论分析了影响输出脉冲幅值、前沿、后沿、脉宽、重复频率、效率和稳定性等参数的关键因素.最后介绍了多管串联Marx电路、多管并联Marx电路以及多路Marx并联电路三种组合型脉冲产生电路的研究进展,并对基本原理进行了分析.%In order to stimulate atmospheric pressure plasma (APP),it is usually demanded that the applied pulses is with kV amplitude,ns rising time and pulse width,and kHz repetitivefrequency.Intensively,the pulse front edge and width are always requiredto be as short as possible.Fortunately,the pulse generating circuit based on avalanche transistor is much suitable for these parameter requirements.This paper summarized the pulse generating methods using avalanche transistors.Firstly,the basic principle and research status of the avalanche transistor were introduced.And then the research status and performance characteristics of the four typical avalanche transistor-based circuits were detailed,including the series-transistor circuit,Marxcircuit,parallel-transistor circuit and pulse cut-off circuit.Thereafter,the key factors influencing output pulse parameters were theoreticallyanalyzed,such as pulse amplitude,rising time,fall time,pulse width,repetitive frequency,efficiency and stability.At last,the research status and basic theory of three combined avalanche transistor-based circuits were presented,including the series-transistor Marx circuit,parallel-transistor Marx circuit and parallel Marx circuit.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2017(032)008【总页数】16页(P33-47,54)【关键词】大气压等离子体;雪崩三极管;脉冲产生电路;Marx电路【作者】赵政;钟旭;李征;顾悦;李涛;李江涛【作者单位】西安交通大学电气工程学院西安 710049;国网四川省电力公司天府新区供电公司成都 610041;西安交通大学电气工程学院西安 710049;西安交通大学电气工程学院西安 710049;西安交通大学电气工程学院西安 710049;西安交通大学电气工程学院西安 710049【正文语种】中文【中图分类】TM832大气压等离子体（Atmospheric Pressure Plasma, APP）作为一种特殊的低温等离子体，其产生方法、形成机理及应用近年来得到越来越广泛和深入的研究[1]。
脉冲功率技术综述续
官丰自珂龙（Ｐａｔｒｉｃｋ Ｋｒｏｎ）强调，为了尽可能顺利渡过经济危 机，集团已推｝ｎ相应行动计划，在确保高额储备订单项目均能 圆满完成的同时，注重优化成本、提升灵活应变能力并按轻重 缓急制定投资计划。
从上述可见，脉冲功率科学技术是 电气科学技术发展的必然产物，与冲击
高电压和大电流技术密切相关，是应用 电工理论发展起来的新技术；在诞生的 ４０年内，已有长足和迅猛的进展，已成为 一门学科或科学技术，特别对推动和发 展国防科学技术进步有重大影响，致使 形成“电磁武器”门类。成为新概念武器 的基础，导致笔者率先在世界提出“新概 念武器”术语和出版相关专著，并成为兵 权领域新学科。所有这些成果，都是缘于 脉冲功率技术在众多应用方面，尤其在 新概念（电磁）武器方面有诱人的应用潜 力，刺激人们重视和发展它的结果，脉冲 功率科学技术发展前景美好。
产
经
脉冲功率技术综述（续）
■ 武汉大学电气工程学院电磁发射研究所 王 莹
负载类型及其应用
１。产生强流粒子束 把脉冲高电压加到各种二极管上可 产生强流粒子束或闪光ｘ射线。强流粒 子束町以用于：①抗核加同研究；②作 粒子束武器；③集团离子加速；④电子 束产生热激波；⑤电子束起爆高能炸 药；⑥电子束加速大质点；⑦制作脉冲 中子源；⑧惯性约束聚变研究；⑨尾流 场加速；⑩建立脉冲７（Ｘ）射线环境（见 图５ａ）。图１就是一台中型强流电子束加 速器。 ２．泵浦强激光（武）器 现代新概念强激光武器，多采用电 脉冲功率泵浦。这类强激光器主要有： 电泵浦ＣＯ，激光器、准分子强激光器、自 由电子激光器（放大型和振荡器型）、软 ｘ射线激光。 ３．激励强电磁脉冲 强脉冲电磁场有荸要用途，一方面 可用它作电磁脉冲武器以便软或硬杀伤 目标；另一方面，可用产生的强电磁脉 冲进行各种模拟试验，以此加固己方的 电子、电力系统，避免电磁干扰破坏。 激励高功率电磁脉冲的方法分两 类：一类是用高功率粒子束激励，产生 高功率微波，制作微波武器；二是用高
脉冲功率的介绍
它将储存的能量以电能的形式，用单脉冲 或重复频率的短脉冲方式加到负载上。 目前最大单脉冲能量：108J 峰值功率：1014W 对应的电压电流范围是：10kV~50MV、 1kA~10MA。
2012-8-28
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波形
2012-8-28Fra bibliotek2脉冲功率的发展
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。 20世纪60年代，英国原子能研究中心的 J.C.Martin领导的研究小组，成功的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。
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电感储能
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应用
脉冲功率发生器 1GW~100TW 1kJ~100MJ 10kV~50MV
脉冲电场与脉冲磁场
脉冲辐射 （电子、离子、X光和微波等）
脉冲放电 （等离子体）
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谢谢！
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几次重大突破
首先是Blumlien传输线的应用，建成脉冲 功率达到TW量级的强流相对论电子束加 速器。 第二阶段是以“水”代替“油”，发展了 低阻抗强流电子束加速器，脉冲功率达到 了数十TW量级 第三阶段是激光开关的应用，实现了多台 加速器并联运行，脉冲功率达到100TW
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几次重大突破
当前处于第四次突破口，及发展重复频率 脉冲技术。 现在世界上脉冲功率正向着更高功率（ 500~1000TW）、更高电压（107V）、更 大电流（107A）和高重复频率方向发展。
pin 管 脉冲功率
pin 管脉冲功率在我们现代科技社会中，高功率脉冲技术在许多领域中都有着广泛的应用，如激光、雷达、通信等。
在这一领域中，PIN管作为一种关键元件，发挥着至关重要的作用。
本文将介绍PIN管的原理、优势以及在脉冲功率应用中的具体案例，同时探讨我国在PIN管技术研发的发展状况和未来发展趋势。
首先，我们来了解一下脉冲功率的定义和重要性。
脉冲功率是指在非常短的时间内，设备能够输出很高的功率。
这种功率输出方式具有很高的峰值和效率，能够在短时间内完成大量能量的转换和传递。
在许多高技术领域，脉冲功率技术起着核心作用，是实现高性能设备的关键。
接下来，我们来探讨PIN管的原理和结构。
PIN管，全称为Positive Ion Negative Ion管，是一种半导体器件。
它主要由阳极、阴极和栅极组成。
在工作过程中，PIN管通过栅极控制阳极与阴极之间的电流，实现高功率脉冲的输出。
与传统半导体器件相比，PIN管具有更高的脉冲承受能力、更低的寄生电容和更快的响应速度，因此在脉冲功率应用中具有显著优势。
那么，PIN管在脉冲功率应用中的优势具体表现在哪些方面呢？首先，PIN管具有很高的脉冲承受能力，可以承受高电压、高电流的脉冲冲击。
其次，其寄生电容较低，有利于提高系统的稳定性。
此外，PIN管的响应速度快，能够实现高速脉冲输出。
这些优势使得PIN管在脉冲功率领域具有广泛的应用前景。
实际上，PIN管在我国已成功应用于多个领域。
例如，在激光领域，PIN 管作为激光器的关键元件，为高功率激光器提供了稳定的脉冲输出。
在雷达领域，PIN管的高功率脉冲技术为雷达系统的远程探测提供了有力支持。
此外，在通信、医疗、航空航天等领域，PIN管技术也发挥着重要作用。
然而，尽管我国在PIN管技术研发方面取得了一定的成绩，但与发达国家相比，仍存在一定差距。
为了缩小这一差距，我国还需加大对PIN管技术研发的投入，提高创新能力。
展望未来，随着科技的不断发展，PIN管技术将面临更多挑战。
脉冲功率技术的进展和应用
2 发展里程碑
➢ 1962年，英国J.C. Martin，发展了Marx+Blumlein， ns量级 ➢ 1967年，USA, Sandia，高功率粒子束，10MV,100KA,80ns ➢ 1972年，USA, Hary Diamond实验室，AURORA,14MV,
1.6MA,120ns ➢ 1978 年，USA, Sandia，PBFA-I , Fusion, 30TV, 1MJ ➢ 1986年, USA, PBFA-II, 12MV, 8.4MA, 40ns, 1014 W ➢ 1985年，俄罗斯，Kalchatov，Fusion，2MV,40MA,90ns
➢ 整体结构主要包含水、电、真空、机械、通讯、控制等组 成部分。产生的束流能量为10～12MeV，峰值功率为2.5～ 3MW，平均功率为20～25KW，能散度为±5%，重复频率为 10～500pps。
部分加速器图示 图示1 图示2 图示 3 图示4 图示5
➢ 工作原理：利用脉冲功率技术，将很大的能量储存在储能 元件--电容器中，然后通过快速开关将此能量在微秒时间 内释放到负载上, 以得到极高的峰值功率（兆瓦以上）。
自然界中的脉冲功率：简要介绍
2 常见脉冲波形
上升时间：电压峰值从 10%上升到90%所需要的 时间。
下降时间：同理。 上升时间和下降时间
主要依赖于负载阻抗。
脉冲宽度： 一般定义为底宽-在幅
值的90%处的时间宽度。
3 脉冲功率技术
脉冲功率技术是研究将很大的能量（通常为几百 千焦耳至几十兆焦耳）储存在储能元件中（通常为 电容器、电感器等）, 然后通过快速开关（动作时间 在毫微秒左右），将此能量在纳秒至微秒时间内释 放到负载上, 以得到极高的脉冲输出功率的发生器系 统及其相关技术。
pin 管 脉冲功率
pin 管脉冲功率
摘要：
1.引言
2.脉冲功率的定义与特点
3.脉冲功率在生活中的应用
4.我国在脉冲功率技术方面的研究进展
5.未来发展趋势与挑战
正文：
脉冲功率是一种在极短时间内传输高功率能量的技术，具有瞬间释放大量能量的特点。
在日常生活中，脉冲功率技术被广泛应用于各种电子设备，如充电器、激光器、电磁轨道炮等。
我国在脉冲功率技术方面的研究取得了显著成果。
例如，高功率脉冲电源系统已成功应用于磁流体发电、等离子体推进器、高功率激光等领域。
此外，我国科研团队在脉冲功率技术研究方面不断取得突破，推动了我国在这一领域的国际竞争力。
然而，在脉冲功率技术的发展过程中，仍然面临着诸多挑战。
例如，提高脉冲功率的传输效率、降低设备体积和重量、提高设备可靠性和稳定性等方面仍需进一步研究。
此外，针对脉冲功率技术在军事、航空航天等领域的应用，还需要加强相关技术研究与创新。
总之，脉冲功率技术在日常生活和国防建设中具有重要意义。
高效脉冲功率激光器技术的发展
高效脉冲功率激光器技术的发展激光技术是一种高精密度的技术，经常应用于医疗、航天、制造业等领域。
激光器可根据不同类型的材料和所需要的深度、易损性等要求来进行切割、雕刻、钻孔等工艺过程。
如今，高效脉冲功率激光器技术因其高能量密度、高增益和高单偏折率等优势而受到关注，这些优势主要由其激光发射特性所决定。
高效脉冲功率激光器技术的发展在许多方面都有所提升。
随着科学技术的不断发展，新型激光器技术在减小尺寸、提高功率和增加效率方面取得了重大进展。
这是因为目前激光对于现代工业和科学的应用越来越广泛，在很多应用场景中必须满足高功率、高效率的需求。
从激光器的结构来看，脉冲功率激光器由多个部分组成，其中包括泵浦源部分、放大器部分、切换部分、输出窗口等。
在泵浦源部分，由于激光需要大量的能量来激发激光材料，并将它们转化为激光光子，所以当前最常用的方式是使用纤维激光或二极管激光器。
这些泵浦器具有高效、低成本、体积小等特点，对于高功率、大能量的脉冲激光器而言，应用将会更加广泛。
在放大器部分，由于行波管技术和双聚焦技术的推出，使得脉冲功率激光器的输出功率达到了几千瓦和上百千瓦量级。
同时，新材料的问世也大大促进了脉冲功率激光器的发展，如掺钛宝石激光器、掺铥玻璃激光器和掺铒光纤激光器等。
这些新型材料在激光器的输出功率、重复频率、波长等方面较之前的材料都有了很大的提升。
在切换器和输出窗口方面，最新的研究对于线性光学调制器的使用也有了大的提升。
这种切换器的使用可以调制光强，提高了脉冲的稳定性和保真度，在检测、测量、检验和摄影等领域有着重要的应用。
同时，输出窗口也需要取得更高的抗反射和良好的耐磨性，以保证长寿命和高稳定性。
像掺铥玻璃激光器和掺钛宝石激光器这两种激光器在输出窗口上都采用了自适应光学的技术，调节输出光的焦距和形状，使得输出光线性更好，信号噪声比更高。
总之，高效脉冲功率激光器技术的发展方向主要是提高功率、增加效率和降低成本。
除此之外，新型材料、新型结构和新型技术的应用也将会进一步推动脉冲功率激光器技术的发展。
脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述
脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述
郑建毅;何闻
【期刊名称】《机电工程》
【年(卷),期】2008(025)004
【摘要】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.介绍了脉冲功率技术在国内外的发展和应用现状,并概括了脉冲功率技术研究中储能技术、开关技术、大电流测量技术3大关键技术的研究进展,在此基础上对其发展趋势进行了总结.最后得出结论:作为当代高新技术领域的重要组成部分,脉冲功率技术经过不断的发展,将会更多地从高新技术和国防科研领域转而应用于工业及民用部门.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】郑建毅;何闻
【作者单位】浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州 310027;浙江大学机械与能源工程学院,浙江杭州 310027
【正文语种】中文
【中图分类】TN78
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例电动汽车、伺服控制器、UPS、开关电源、斩波电源、无轨电车等。
问世迄今有十年多历史，几乎已替代一切其它功率器件，例SCR、GTO、GTR、MOSFET，双极型达林顿管等,目今功率可高达1MW的低频应用中，单个元件电压可达4.0KV（PT结构）— 6.5KV（NPT结构），电流可达1.5KA，是较为理想的功率模块。
追其原因是第三代IGBT模块，它是电压型控制，输入阻抗大，驱动功率小，控制电路简单，开关损耗小，通断速度快，工作频率高，元件容量大等优点。
实质是个复合功率器件，它集双极型功率晶体管和功率MOSFET的优点于一体化。
又因先进的加工技术使它通态饱和电压低，开关频率高（可达20KHZ），这两点非常显著的特性，最近西门子公司又推出低饱和压降（2.2V）的NPT—IGBT性能更佳，相继东芝、富士、IR、摩托罗拉亦已在开发研制新品种。
IGBT发展趋向是高耐压、大电流、高速度、低压降、高可靠、低成本为目标的，特别是发展高压变频器的应用，简化其主电路，减少使用器件，提高可靠性，降低制造成本，简化调试工作等，都与IGBT有密切的内在联系，所以世界各大器件公司都在奋力研究、开发，予估近2-3年内，会有突破性的进展。
目今已有适用于高压变频器的有电压型HV-IGBT，IGCT，电流型SGCT等。
2 关断浪涌电压在关断瞬时流过IGBT的电流，被切断时而产生的瞬时电压。
它是因带电动机感性负载(L)及电路中漏电感(Lp)，其总值L*p = L + Lp则Vp* = Vce + Vp而Vp = L*p di/dt在极端情况下将产生Vp* Vces（额定电压）导致器件的损坏发生，为此要采取尽可能减小电感(L)，电路中的漏电感(Lp)—由器件制造结构而定，例合理分布，缩短到线长度，适当加宽减厚等。
脉冲功率技术的新发现和应用
脉冲功率技术的新发现和应用脉冲功率技术是一种比较先进的电源技术，在军事和工业领域得到广泛应用。
最早的脉冲功率技术是由美国军方在20世纪50年代研发出来的，主要用于雷达等军事电子设备的供电。
近年来，随着科技的不断进步和应用的不断拓展，脉冲功率技术已经开始向更广泛的领域渗透。
脉冲功率技术的基本原理是将高压脉冲电流存储在电容器中，然后通过高速开关器件将这些电流释放，以达到给负载供电的目的。
由于脉冲功率技术具有高效、可控和可靠等优势，因此在各种要求高性能电源的场合得到了广泛应用。
下面将着重介绍脉冲功率技术在汽车电子、机器人、医疗器械和航天航空等领域的应用。
汽车电子随着汽车电子设备的应用越来越广泛，对车载电源系统的要求也在不断提高。
脉冲功率技术因为具有高效、可靠和可控等优点而成为汽车电子领域的一个热门技术。
在汽车电子中，脉冲功率技术主要用于提供启动电流和大功率输出的控制，如电动汽车的DC/DC变换器，以及充电器等。
机器人机器人作为未来智能制造的重要组成部分，其的动力系统也需要即高效又可靠的电源。
脉冲功率技术在机器人领域的应用主要集中在电机驱动控制方面。
脉冲功率技术不仅可以有效地提高电机的启动转矩，还可以根据机器人的不同控制需求，灵活地调节电机的输出功率。
医疗器械医疗器械是一个对电源系统要求很高的行业，尤其是在手术室等高风险环境，电源稳定性和供电可靠性是必不可少的。
脉冲功率技术主要在医疗设备的超声诊断和治疗方面得到应用。
在超声技术中，脉冲功率技术可以提供高功率的超声波能量，以便更加深入地探测人体组织。
在治疗方面，脉冲功率技术可以提供相应的能量，对人体组织产生刺激作用，有助于加速组织的修复和恢复过程。
航天航空航空和航天电子设备的要求与汽车电子类似，需要高效、可靠和可控的电源系统。
脉冲功率技术在航天航空领域的应用主要用于卫星通讯和导航系统的供电。
由于这些系统是很长时间不需要维护的，在极端环境下工作，因此对电源的可靠性和持久性要求非常高。
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型（笔者的发明专利），它们均利用爆炸 线、径向传输线和螺旋传输线。
激波加热惰性气体成等离子体作磁流
（２）Ｂｌｕｍｌｅｉｎ线
体，因此具有异常高的磁雷诺数和窄脉
它是一种双层传输线，匹配负载能
宽输出；而 ＭＦＣＧ－ＭＨＤ 型是利用爆炸磁 获得线的充电电压值，通常分为平板型
通压缩为 Ｍ Ｈ Ｄ 机的磁体励磁，从而得到 和同轴型，图 １２（ａ）表示 Ｂｌｕｍｌｅｉｎ 线工
脉冲功率技术综述
■ 武汉大学电气工程学院电磁发射研究所 王 莹
概 念
１． 脉冲功率定义 尽管脉冲功率学科已诞生 ４０ 余年， 并被《中国电气工程大典》收录，被国 务院定为二级学科；但世人至今知之甚 少或了解不全面。就其字面而言，“脉 冲”表示在时间间隔宽度内输出的量数 值，“功率”是单位时间内的能量（Ｊ／ｓ）， 合义便是以脉冲形式出现的功率（单位 时间能量），即“脉冲功率”（ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｄ ｐｏｗｅｒ）。 但涵义并非如此简单。由于历史上 最初提出该术语人的疏忽和翻译的不甚 考究，对“脉冲功率”的字面涵意并不 能完全顾名思义地理解。现代人常对 ｐｕｌｓｅｄ ｐｏｗｅｒ这样解释：将电能慢慢地高 密度储存起来，然后脉冲地短时间快速 释放出来，从而获得巨大脉冲功率。 显然这里有两处词不达意：第一，自 然界有多种脉冲功率型式，诸如水库水 闸放水、地震、海啸、火山喷发、星球碰 撞、核爆炸、雷电等都有脉冲功率出现； 而电脉冲功率仅是其中的一种。４０ 年前 提出“脉冲功率”术语的人认为其他型式 的脉冲功率不可控、不便应用，他们就省 去了“电”字，仅用 ｐｕｌｓｅｄ ｐｏｗｅｒ 直接代 表“电脉冲功率”到现在。第二，从字面
图 ４ 全电感隔离型 Ｍａｒｘ 发生器
功率；三是空间和时间压缩并举。因为 提高功率的办法只有增多能量或缩短释 放时间；因此，脉冲功率系统应当包括 三大部分：①储能或脉冲发生系统；② 脉冲压缩或成形系统；③负载及其应用 系统。如图 ２ 所示。
储能或脉冲发生系统
采取有效措施，通过对能量的空间 压缩，把电能高密度地储存起来，或者 用其他形态的能量脉冲地发电。通常把 这些设备或装置叫做（电）脉冲发生器 或脉冲发电机。有以下 ５ 种型式（图 ３）。
电源（含太阳能光伏电池对蓄
（ａ）
电池充电）外，常用的还有各
种形式的磁通压缩发生器（发
电机）、脉冲磁流体发电机和
磁流体电容器等。
（１）磁通压缩发生器（ＭＦＣＧ）
利用磁通 φ在良导体回路
内守恒原理即电感 Ｌ 与电流 ｉ
之间的关系φ＝ Ｌｉ，通过化学 反应产生的机械力做功，压缩
（ ｂ）
图６ 一种新型脉冲交流发电机
（ｂ）
图 ８ 脉冲磁流体发电机工作原理及一种实际装置
８
２００９ 年第 ４ 期
图 １１ 旋转床反应堆构造
产
经
作原理。
串级式脉冲变压器。图 １４ 表示一种串级
（３ ）层叠线倍压器
脉冲变压器。
包括多开关直线型、单开关直线型
体脉冲地通过发电通道。磁流体内的正 要有以下 ３ 种类型。
负电荷在磁体磁场中受洛伦磁力作用而
１． 脉冲传输－成形线及其倍压器
集中在发电通道的两电极极板上，从而
（１ ）脉冲功率常用的单传输线
形成电动势，如图 ８ 所示。最有前途的
它的匹配负载仅能获得线充电电压
是爆炸等离子体型 Ｍ Ｈ Ｄ 和 Ｍ Ｆ Ｃ Ｇ － Ｍ Ｈ Ｄ 的 １／２，其中包括带状传输线、同轴传输
更高的效率。
（３ ）脉冲磁流体电容
是一种导电磁流体旋转的脉冲磁流
体发电机，如图 ９ 所示。它具有磁流体导
电性好、输出脉宽长，热损失小等优点。
５． 核 －电脉冲功率装置 鉴于目前核聚变脉冲发电尚未成 功，核裂变电脉冲功率装置目前主要有 ３ 种概念：①传导式核裂变脉冲 Ｍ Ｈ Ｄ 发 电机；②感应式核裂变脉冲 ＭＨＤ 发电机
确切地说，现在人们说的脉冲功率 仅表示“电脉冲功率”；即把能量高密度 地慢储存起来，然后脉冲地短时间快速 释放而产生的高功率电脉冲。
２． 脉冲功率科学技术简史 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
等制成真空脉冲 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。那时，他们用高压脉冲 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 图用于军事的电磁炮和其他研究再度兴 起，它们也促进了脉冲功率科学技术的 形成和发展。２０ 世纪 ６０ 年代是脉冲功率 科学技术迅猛发展并形成单独学科的黄 金时代。这期间，由于对核爆炸有关效 应的模拟和粒子束惯性约束核聚变的研
年组织召开一次国际脉冲功率会
图 １ 王淦昌先生指导用高功率粒 子束加速器研究氟化氪准分子激光
议（ＩＥＥＥ Ｐｕｌｓｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）。 脉冲功率在现代科学和技术中的 十几个领域有着应用潜力，并成
为新概念（电磁）武器基
础。中国从 ２０ 世纪 ６０ 年代
也建成了各种大型脉冲功
率装置（图 １），并形成了
年建成的 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，它是
世界上第一个功率闯过 １００ＴＷ 大
关的脉冲功率装置。现在脉冲功
率这门年轻的学科仍处在蓬勃发
展时期，从 １９７６ 年起由美国电气
与电子工程师学会（Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ）每两
产
经
脉冲功率科学技术，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。本文首先科学地阐述脉冲功率定义、内涵和本质；其次，简介各种储能或脉冲发电系 统（空间压缩）；再次，简介能量的各种转换成形方法（时间压缩）；最后，给出脉冲功率装置的各 种负载及其应用，特别介绍了电磁发射技术。将使人们对脉冲功率科学技术有一系统完整的新认识。
（ａ）说明原理的正视图（剖去１／４） （ｂ）带装药的俯视图 １ ． 上绝缘壁；２ ． 外电极；３ ． 内电极；４ ． 下绝缘壁； ５． 等离子体及其旋转方向；６ ． 炸药装药；７ ． 气体爆炸 产物；８ ． 高速高电导率产物
图 ９ 脉冲磁流体电容
（图 １０）；③旋转床核脉冲反应堆（图 １１）。
脉冲压缩或成形系统
（ａ）
脉冲成形系统是通过能量 或时间压缩方法，对储能或发 生系统输出的功率脉冲进行整 形和变窄，以达到需要的脉冲
１ ． 中子减速剂和反射层；２ ． 裂变气体；３ ． 冷却气 体；４ ． 核反应堆腔；５ ． 热交换器；６ ． 电流输出绕 组；７ ． Ｍ Ｈ Ｄ 发电通道；８． 恒磁场的激磁绕组
图１０ 感应式核裂变ＭＨＤ 脉冲发电机工作原理
３． 惯性储能脉冲发电机 这些是利用机械能转换电脉冲的 发电装置，多半是先用透平机或电动 机把大质量飞轮驱动起来旋转到高速 度，使飞轮惯性地储存动能，然后突然 转接到脉冲发电机的转子轴上，使其 产生电脉冲输出，同时飞轮因释能而 被减速或停转。 惯性储能的脉冲发电机有多种，它 们是：① 脉冲功率用同步发电机；② 直 流脉冲发电机；③ 单极发电机（自激式 和它激式 ＨＰＧ ）；④ 补偿式脉冲交流发 电机（包括主动 Ｃ Ｐ Ａ、被动 ＣＰＡ、选择 被动 Ｃ Ｐ Ａ 、串激 Ｃ Ｐ Ａ 和高压脉冲发电 机）；⑤ 旋转式磁通压缩发生器（包括 主动式、切割式、挤压式和变磁通旋转 式）；⑥ 变感 － 电脉冲放大机（包括线圈 式和类传输线式）；⑦ 增频脉冲发电机 （包括机械变频型和电变频型）；⑧ 圆盘
（ａ）
（ｂ）
图 ５ 中国 ４００ｋＶ 电感储能型闪光 Ｘ 射线机
交流发电机（包括单转子结构型和多转
子结构型）；⑨变容脉冲放大机和压电
式脉冲发电机等。其中补偿式脉冲交流
（Ｃ Ｐ Ａ ）发电机是利用电磁感应和磁通
压缩两种原理，实现对旋转线圈电感补
偿，把惯性储能、机电能量转换和脉冲
成形三者融为一体，能直接以几百赫兹
式、径向式和炮击式；重复工
作的 Ｍ Ｆ Ｃ Ｇ 包括螺旋 － 活塞型
和轨道增强型（笔者专利）。
（２ ）脉冲பைடு நூலகம்流体（Ｍ Ｈ Ｄ ）发电机
（ ｂ）
和 普 通 磁 流 体 发 电 原 理 相 图 ７ ＭＦＣＧ 工作原理与等效电路
２００９ 年第 ４ 期
７
产
经
同，只是要求控制化学反应产生的磁流 功率值和脉冲形状以及脉宽的要求。主
２００９ 年第 ４ 期
５
产
经
究，需要大功率的强流粒子束加速器，
１９６２年Ｊ．Ｃ．Ｍａｒｔｉｎ把４０年代发明的Ｂｌｕｍｌｅｉｎ
线和更早的冲击电压（Ｍａｒｘ ）发生器结
合起来，从而把脉冲宽度从微秒级压缩
到几十纳秒，为脉冲功率学科的形成奠
定了基础。之后，大型脉冲功率装置雨
后春笋般地在世界各国建立，例如 １９８６
６
２００９ 年第 ４ 期
产
经
多级电感储能脉冲发生器（分组时序并 联、多级 ＭＥＡＴＧＲＩＮＤＥＲ 和逐级压缩的 电感储能）；③用电流过零方法产生连 续脉冲（电桥抵消脉冲、反向抵消脉冲 和串联抵消脉冲）；④用铁磁元件变换 脉冲（铁氧体传输线和非线性电感磁压 缩）等。图 ５（ａ）是笔者研制的中国首 台 ４００ｋＶ 电感储能型闪光 Ｘ 射线机，图 ５ （ｂ ）是其实施电路。
图 ２ 脉冲功率系统的组成
一支强大的脉冲功率科学
队伍，还设立了脉冲功率
技术学科。
３． 脉冲功率系统的组成
原则地说，实现脉冲
功率的途径很简单，一是
对能量实施空间压缩，以
高体积密度发生或储存电
磁能量；二是再对这些能
图 ３ 各种储能形式的比较
量进行时间压缩以获得大
Ｃ０－ 主电容量；Ｌ０－ 隔离电感；Ｒ０－ 充电与保护电阻；ＲＬ－ 负载；Ｇｓ－ 主开关；Ｇ１ 至 Ｇｎ－ 火花间隙隔离开关；Ｓ－ 充电开关；Ｃ＇ 和Ｌ＇－ 各级对地电容和连线电感；Ｃ＇＇ 和Ｃｇ－电 容器间寄生电容和火花间隙开关电容；Ｒ＇－ 隔离电感 Ｌ０ 的电阻