基于SiCMOSFET的纳秒级脉冲电源研制
纳秒级脉冲电源的研究与设计
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。
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。
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
【期刊名称】《电器与能效管理技术》
【年(卷),期】2016(000)008
【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。
【总页数】6页(P63-68)
【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
【相关文献】
1.纳秒级快控全固态高压脉冲电源设计
2.基于移相控制技术的纳秒级高压窄脉冲电源研究
3.纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
4.纳秒级高压脉冲电源的研究
5.轻质高频高压纳秒脉冲电源研制
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一种纳秒级可控电源
（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）实用新型专利
（10）申请公布号
CN204089632U
（43）申请公布日 2015.01.07（21）申请号CN201420269383.8
（22）申请日2014.05.23
（71）申请人安徽理工大学
地址232001 安徽省淮南市舜耕中路168号
（72）发明人程晶晶;杜志文
（74）专利代理机构
代理人
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
一种纳秒级可控电源
（57）摘要
本实用新型公开了一种纳秒级可控电源，
由FPGA、脉冲变压器、驱动电路、开关电路、高
压直流模块、低压直流模块、保护电路、负载构
成。
该系统首先由FPGA提供触发脉冲信号，经脉
冲变压器隔离并同步传送到驱动电路中，将脉冲
信号放大后驱动开关电路工作，并将高压直流斩
成高压脉冲输出供给负载,低压直流电源分别与
FPGA和驱动电路连接，保护电路与开关电路连
接,低压直流电源是为整个电源系统提供工作电源
的，保护电路则是为了防止开关电路损坏，保护
电源系统正常工作。
法律状态
法律状态公告日法律状态信息法律状态
2015-01-07授权授权
2016-07-20专利权的终止专利权的终止
权利要求说明书
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基于MOSFET的纳秒级全固态脉冲源设计
控性 好 以及易 于驱 动等 优点 ， 逐 渐被用 来 取代 气 体 开 关作 为 主 放 电开 关 应 用 于 Ｍａ ｒ ｘ发 生器 系统 中 ］ 。为 了 实现 得 到可重 复频 率输 出具 有纳 秒级 前 沿 的 高压 快 脉 冲 ， 在 电路 上 主 要采 用 高 压快 速 型 的 ＭＯＳ Ｆ Ｅ Ｔ 半 导体
固态 开关 管 和高压 二极 管器 件 ， 来 分别 取代 Ｍａ ｒ ｘ发生器 中原 气体 开关 和充 电电阻 ， 成功 设计 了一 种具 有 可单 次 和重 复频率 （ １ Ｈｚ ～１ ｋ Ｈｚ ） 输 出高 压快 脉 冲 信号 ， 实 现 输 出脉 冲 幅度 达 到大 于 ２ ０ ｋ Ｖ、 脉 冲前 沿小 于 １ ０ ｎ ｓ 以及 脉 冲宽度 大 于 １ ０ ０ ｎ ｓ 的全 固态 脉 冲源 。
开关 ， 利用 高压 二极 管来 取代 原 电路 中充 电 电阻 的技 术 方 法 。所 设计 的纳 秒 级全 固态 脉 冲源 主 开关 级 数 共 ５ 级 。该脉 冲源 主要 是 由主开关 控 制单元 和 高压 脉冲 形成 单元 两 大 部分 组 成 。其 中 ， 主开 关 控制 单 元 主要 包 括 触发 电路 和驱 动 电路两 部分 ； 而高 压脉 冲形 成单 元则 主 要是 由高压 充 电和脉 冲放 电两 个 回路 构 成 。其 组成 原
理 如 图 １所 示 。
… ● 一 。 … ● … ＿ … ＿ ～ ＿ 一
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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.]]。
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□。
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学位论文作者签名：
基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源[发明专利]
![基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/df46273fc1c708a1294a440d.png)
专利名称：基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源专利类型：发明专利
发明人：王振民,钟启明,谢芳祥,范文艳,罗卓
申请号：CN201910361967.5
申请日：20190430
公开号：CN110000449A
公开日：
20190712
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种基于SiC功率器件的双脉冲MIG焊接电源，其特征在于：包括主电路和数字控制电路；主电路包括依次连接的工频整流滤波模块、SiC高频逆变模块一、高频变压器一以及SiC 快速全波整流滤波模块一；其中工频整流滤波模块与三相交流电源连接，SiC快速全波整流滤波模块一与负载连接；数字控制电路包括数字化人机交互模块、核心控制模块、SiC高频驱动模块、负载电压电流检测反馈模块和送丝控制模块。
该电源可兼顾大功率与高逆变频率，有利于实现能量控制精细化，达到低能耗、高效率、高能量密度的效果，可以充分发挥双脉冲焊接工艺潜力。
申请人：华南理工大学
地址：510640 广东省广州市天河区五山路381号
国籍：CN
代理机构：广州市华学知识产权代理有限公司
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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。