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基于功率MOSFET的高压纳秒脉冲源研究_夏涛

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科技成果——高压特种电源技术

科技成果——高压特种电源技术

科技成果——高压特种电源技术技术开发单位中科院电工研究所项目简介将现代电力电子及控制技术与传统高压特种电源技术相结合，采用新型元件、材料和优化的拓扑结构，研发并形成四个高压特种电源系列：高压变频特种电源、纳秒脉冲特种电源、大电流脉冲电源、充电电源，技术参数如下：1、高频高压特种电源功率等级：2kW及以下；输出形式：1-50kHz交流电压、直流电压；输出电压：高频交流输出高达1-30kV，直流输出高达100kV或更高。

高压变频电源2、纳秒脉冲特种电源功率等级：2kW及以下；输出电流：0.1-1000A；输出电压：5-50kV；脉冲宽度：30ns-几百ns，分档可调。

3、大电流脉冲电源储能：兆焦级及以下；输出电流：百千安级及以下；输出电压：30kV及以下；脉冲宽度：几十微秒-几毫秒，通过叠加技术可以增加宽度。

纳秒脉冲电源大电流脉冲电源4、充电电源功率等级：单机功率1-40kW，采用并联技术，系统功率可达几百千瓦；输出电压：1-30kV，采用倍压技术可达到更高输出电压；输出形式：恒定脉动直流；功率密度：最高2MW/m3。

以上电源均实现了嵌入式数字控制，通过光纤通信实现了远程控制。

充电电源应用范围高压电源在军事、科研、工业、农业、医疗、环境保护等各领域均有应用，主要作为各领域所需的高压电信号（高压直流、高压交流、高压大电流脉冲、高压纳秒脉冲）发生装置使用。

如高压交、直流电源可用于材料处理、高压高频信号发生器、绝缘耐压测试仪等使用，纳秒脉冲电源可用于等离子体放电应用，高压大电流脉冲电源可用于地质勘探、脉冲功率源使用，充电电源主要作为脉冲电源的供电电源，用于给大容量高压电容器快速充电。

项目所处阶段样机研制阶段。

市场前景高压特种电源多年来由于用户量少而发展缓慢，而国外产品早在十几年甚至几十年前就已系列化，国内技术和应用发展均相对滞后。

基于高压脉冲功率技术研究需求，电工所自主研发涵盖多个应用领域的不同输出形式的高压特种电源，不断开展应用研究，不仅用于科研，还大力与工、农、医、环境等各行业接轨，具有较好的经济效益和社会效益。

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制


高压电器
Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ
直流电压的纹波系数可用公式（ ２） 描述。
Ｓ＝δＵ／Ｕｄ＝Ｉｄ／（ ２ｆＣＵｄ）
（ ２）
显然， Ｃ 值越大， 纹波系数 Ｓ 越小。在该电路中， 选择
１ ｕＦ 的电容以减小 Ｓ。变压器的变比可调， 因此可以
得到不同幅值的高压直流电压。当变压器的高压绕
ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ＜２０ ｎｓ） ｍｕｓｔ ｂｅ ｅａｓｙ ｔｏ ｂｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ． Ｉｎ ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ， ａ ｎｅｗ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ
ｍｅｒｃｕｒｙ ｒｅｌａｙ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｓｗｉｔｃｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ
［３］ 陈 衡， 侯善敬． 电力设备故障红外线诊断［ Ｍ］ ． 北京： 中国 电力出版社， １９９９．
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
（ 上接第 １３０ 页）
断路器安全总突变隶属函数值： Ｘ!＝（ ０．９６９， ０．７４９， ０．６１２， ０．３８７） 该高压断路器的运行状态处于“优”阶段， 工作 性能稳定， 故障概率极低。
纳秒级高压脉冲开关驱动电路[发明专利]

纳秒级高压脉冲开关驱动电路[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010878276.5(22)申请日 2020.08.27(71)申请人 山东航天电子技术研究所地址 264003 山东省烟台市高新区航天路513号(72)发明人 裴崇雷　金东东　纪春恒　孙磊　(74)专利代理机构 北京金硕果知识产权代理事务所(普通合伙) 11259代理人 郝晓霞(51)Int.Cl.H02M 1/088(2006.01)H03K 3/353(2006.01)(54)发明名称纳秒级高压脉冲开关驱动电路(57)摘要本发明所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，提出一种纳秒级高速脉冲电压驱动电路，以实现探测器飞行时间选通中的纳秒级高速快门控制。

纳秒级高压脉冲开关驱动电路包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路(含‑200V变换电路和+50V变换电路两部分)、控制信号反向增强电路、以及MOSFET开关电路。

权利要求书2页 说明书5页 附图5页CN 112165240 A 2021.01.01C N 112165240A1.一种纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：包括信号边沿锁存提取电路、正负高压转换电路、控制信号反向增强电路和MOSFET开关电路；信号边沿锁存提取电路用于输入信号的脉宽提取，选用高速触发逻辑器件对输入的TTL信号进行边沿提取，输入信号脉宽最窄为纳秒级；正负高压转换电路用于进行跟随控制，具有一定时间差的正负脉冲信号作为跟随控制芯片的时钟信号和控制信号；控制信号反向增强电路，采用数个高速反相器对两路、具有一定宽度的脉冲信号进行边沿采集以获得多路脉冲信号；MOSFET开关电路选用高速MOSFET开关管，在驱动信号控制下，MOSFET开关管实现纳秒级通断操作，以输出纳秒级正负高压脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的纳秒级高压脉冲开关驱动电路，其特征在于：所述的信号边沿锁存提取电路，电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的一端均与TTL输入信号signal及触发器U2的9端相连，上述部件的另一端均接GND端；电容C2一端与触发器U2的10端及+5VCC 相连，其另一端接GND端；电阻R10一端与触发器U2的11端、12端、13端相连，其另一端与电容C11及触发器U5的3端相连，电容C11的另一端接GND端；触发器U2的1端、14端与+5VCC相连，7端接GND端；电阻R10、电阻R7、电阻R8、二极管D14正端和触发器U2的6端相连，电阻R10的另一端为控制B端，电阻R7的另一端与二极管D14负端及C5相连，电容C5的另一端接GND端，电阻R8的另一端接三极管M11的基极；三极管M11的发射极接+5VCC，集电极为控制A端；电容C3一端与触发器U3的2端、4端、13端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C4、电阻R5、二极管D12负端与触发器U3的10端相连，电容C4的另一端接GND端，电阻R5的另一端与二极管D12的正端及触发器U3的3端、9端相连，触发器U3的7端接GND端，触发器U3的1端、6端与触发器U2的12端相连，触发器U3的11端与触发器U2的2端、8端相连；电阻R9、二极管D13负端与触发器U2的3端、4端、5端及触发器U5的2端相连，电阻R9的另一端、二极管D13正端、电容C6与触发器U4的3端相连；电容C6的另一端接GND端，电容C7的一端与触发器U4的2端、4端、10端、12端、14相连至+5VCC，电容C7的另一端接GND端；电容C8一端与GND相连，另一端与触发器U4的1端、6端相连为信号SIG_B端；电容C9一端与GND相连，另一端与触发器U4的8端、11端、13端相连；触发器U4的9端为信号SIG_A端，触发器U4的7端接GND端；电容C12的一端与触发器U5的4端、5端相连，其另一端接GND端；电容C10的一端与触发器U5的1端、10端、12端、14端相连至+5VCC，其另一端接GND端；电容C13的一端接GND端，另一端与触发器U5的8端、11端、13端相连为信号SIG_C端；触发器U5的7端接GND端，触发器U5的6端为信号SIG_D端。

【国家自然科学基金】_高压纳秒脉冲_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

【国家自然科学基金】_高压纳秒脉冲_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801


科研热词 高压纳秒脉冲 闪络场强 输出效率 脉冲变压器 纳秒脉冲 真空 电流上升率 电子运动轨迹 沿面电场 快速晶闸管 层叠blumlein线 多层均压 同轴电缆 可加工陶瓷 光纤传输 光电转换 pspice模拟 gaas光导开关
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词 高压脉冲 累积电荷 电容分压器 微分信号 双极性 低温等离子体 仿真 介质阻挡放电 ns脉冲
推荐指数 1 1 1 1 1 1 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
科研热词 高压脉冲 雪崩特性曲线 雪崩三极管 陷阱填充电导模型 速度演化 转移电子效应 薄膜 自相似 脉冲激光沉积 脉冲功率 等离子体羽辉 等离子体 砷化镓 电离度 电晕放电 理想气体 流动控制 大气压辉光放电 固态器件 动力学源 击穿 光电导开关 介质阻挡放电
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 频率响应 重复频率 脉冲测试法 纳秒脉冲 气体放电 标定 放电模式 场效应管 可调纳秒脉冲信号源 变压器绕组形变 介质阻挡放电 亚纳秒脉冲高电压 d-dot探头
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
科研热词 纳秒脉冲 转动温度 荧光寿命 lif光谱 高压脉冲 闪络 计量学 肿瘤细胞 纳秒脉冲电场 精密同步 研究进展 环氧 气体放电 时间延迟 差分法 变压器油 发生器 参数辨识 卷积法 凋亡 光学分幅 ■h自由基 x射线探测 lc网络 (o)h自由基
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

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。

快前沿纳秒高压脉冲源的开发及实验研究

快前沿纳秒高压脉冲源的开发及实验研究

Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｒｉｓｅ ｔｉｍｅ ＥＭＰ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
ＴＡＮ Ｊｉａｎ－ｗｅｎｌ， ＳＨＩ Ｌｉ－ｈｕａｌ，ＬＩ Ｙａｎ－ｘｉｎｌ， ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｑｕｎｌ，ＸＩＥ Ｙａｎ－ｚｈａ０２ （１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐｓ，ｔｈｅ ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ；
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ｃｈａｒｇ洫ｇ ｐｏｗ口
Ｆｉｇ．４
ｗａｖｅｆＯｍ Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ
Ｏ｛ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ
图４ 电容放电模拟波形
Ｆ’ｇ．５ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ Ｏｔ ｔｒａｎｓｍｌｓｓｉＯｎ—ｌｍｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｌｎｇ
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图５产生方波的成形线放电原理图
２脉冲波形
图６为负载为５０Ｑ时，采用ＴＤＳ３０３２数字存储示波器测量的双指数波和方波输出波形。由图可见，双指
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４ｎｓ／ｄｉｖ
２０ｍ／ｄｉｖ
４ｎｓ／ｄｉｖ
Ｆｉｇ．６ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｐｕｌｓｅｓ ｏｎ ５０Ｑ ｌｏａｄ
图６负载为５００时的脉冲实测波形
３实验对比分析
为考察ＭＩＬ－ＳＴ口４６１Ｅ中ＨＥＭＰ早期波形变窄、前沿变快对系统干扰效应的变化，设计了电磁脉冲辐射
干扰对比试验。试验系统框图见图７，其中信号源采用两种双指数波形，分别符合ＭＩＬ－ＳＴｎ４６１Ｄ和ＭＩＬ＿
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

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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基于高压场效应管的可调纳秒脉冲源设计

基于高压场效应管的可调纳秒脉冲源设计


源 工 作 参 数 、 于 场 效 应 管 的 可 调 纳 秒 脉 冲 信 号 源 。实 验 测试 表 明 ， ５ 基 在 Ｏｎ负 载 上 脉 冲源 能 产 生高 斯 上升 沿 ２ ｓ指 数 下 降 沿 ４ ～２ ０ｎ 分 档 可 调 、 复 频 率 Ｏ Ｈｚ 续 可 调 、 Ｏｎ 、 Ｏ ０ ｓ 重 ～５ｋ 连 幅值 ｏ １ｋ 连 续 可 调 、 积 为 ３ × ～ Ｖ 体 ２
Ｉ ＳＮ １ ０２ Ｓ ０
． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．
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４９５ ６
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实
验
技
术
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管
理
第 ２卷 ９
第 ５期
２１ Ｏ ２年 ５月
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Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ｔ ｌＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｍ ａ ａ ｅ ｎ ｐ ｒｍ ｎ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｇ ｍｅ ｔ
ｔ ａ ｈ ｕｓ ｒｃ ｎ ｇ ｎ ｒｔ ｌｃｒｃ ｌｐ ｌｅｗｉｈ Ｇａ ｓｉｎ ｒ ｉｇ ｔｍｅｏ ０ ｎ ｎ ｓ ｃ ｎ ｓ ｅｔｏ －ｄ ｕ ｔｂｅ ｈ ｔｔ ｅｐ ｌｅ ａ ｅ ｅａｅ ｅｅ ｔｉａ ｕ ｓ ｔ ｕ ｓａ ｉ ｎ ｉ ｆ２ ａ ｏ ｅｏ ｄ ，ｓ ｃｉｎ ａ ｊｓａ ｌ ｓ ｉｄ ｘ ｆｉｎ ｉ ｆ４ 一 ２ Ｏ ｎ ｎ ｓｃ ｎ ｓ ｃ ｎｉｕ ｕ ｌ ｄｕ ｔｈｅ ｒｐｔ ｉｎ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｏ 一 ５ ｋ ，ｑ ａ ｉ ｎ ｅ ａｌ ｇｔｍｅｏ Ｏ ｉ ０ ａ ｏ ｅ ｏ ｄ ， ｏ ｔｎ ｏ ｓｙ ａ ｊ ｓａ ｌ ｅ ｉｔｏ ｒ ｑ ｅ ｃ ｆＯ Ｈｚ ｕ ｓ— ｉ ｃ ｎｉ ｕ ｕ ｌ ｄｕ ｔｂ ｅａ ｌ ｕ ｅ ｏ 一 １ ｋ ａ ０ ｎ ｏ ｄ Ａｎ ｈ ｕｓ ｒ ｃ ｕｄ ｍ ｅｔｔ ｅ ｒｑ ｉｅ ｎ ｆ ｏ ｔｎ ｏ ｓｙａ ｊ ｓａ ｌ ｍｐｉ ｄ ｆＯ Ｖ ｔ５ ｌａ ． ｔ ｄ ｔ ｅ ｐ ｌｅ ｏ ｌ ｅ ｈ ｅ ｕｒｍｅ ｔｏ
基于高压场效应管的可调纳秒脉冲源设计_曹园青

基于高压场效应管的可调纳秒脉冲源设计_曹园青


发出 ６ 路 触 发 信 号，其 中 一 路 控 制 电 源 功 能 单 元 中 ＡＣ－ＤＣ 模块输出 电 压；另 一 路 对 ＡＣ－ＤＣ 模 块 的 输 出 电压进行采样；其余４ 路 控 制 脉 冲 形 成 功 能 单 元 中 场 效应管驱动电路，并 通 过 场 效 应 管 Ｋ１—Ｋ３的 通、断 状 态组合获得不同脉 宽 的 电 脉 冲 输 出。 当 ＡＣ－ＤＣ 模 块 工作时，让 Ｋ１—Ｋ３ 中 的 一 个 或 几 个 开 关 管 导 通，ＡＣ－ ＤＣ 模块 给 相 应 Ｃ１—Ｃ３ 储 能 电 容 充 电，经ｔ≥４τ（τ＝ ＲｇＣ）后，再使开关管 Ｋ４导 通，储 能 电 容 经 负 载 放 电 形 成电脉冲输出。 电 脉 冲 上 升 沿 取 决 于 开 关 Ｋ４ 导 通 上 升 沿 ；下 降 沿 取 决 于 放 电 回 路 的 放 电 时 间 。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＯＳＦＥＴ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｔｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｄｊｕｓ－ ｔｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｂｒｏａｄｂａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｉｔ ｏｗｎｓ ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ３２×３０×７ｃｍ３．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅｒ ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｕｌｓｅ ｗｉｔｈ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｒｉｓｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ２０ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓ，ｓｅｃｔｉｏｎ－ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｉｎｄｅｘ ｆａｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ４０—２００ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｓ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｒｅｐｉｔｉｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ０—５ｋＨｚ，ｑｕａｓｉ－ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ０—１ｋＶ ａｔ ５０ Ωｌｏａｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅｒ ｃｏｕｌｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｔｅｓｔ；ＭＯＳＦＥＴ
快前沿高压脉冲源用纳秒液体开关的研制

快前沿高压脉冲源用纳秒液体开关的研制

快前沿高压脉冲源用纳秒液体开关的研制
王启武;李炎新;石立华;司荣仁
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2011(47)4
【摘要】设计了一种具有运动触发极的新型三电极纳秒液体开关。

开关由位置固定的阳极、阴极和可运动的触发极组成,开关间隙充入无毒、可生物降解、绝缘性能好的精炼菜籽油。

开关腔外的触发极控制系统包括电磁铁、无线接收控制电路和遥控器,无线接收控制电路接收遥控器信号控制触发极运动来调节开关相对间隙,实现开关放电。

开关设计工作电压为40 kV。

实验结果表明:开关工作电压达到设计要求的40 kV,工作稳定可靠,操作安全简便,与高压脉冲源配套使用,可产生前沿小于2.0 ns、半峰宽25 ns、峰值50 kV/m的双指数电磁脉冲。

【总页数】5页(P23-27)
【关键词】液体开关;运动触发极;ns电磁脉冲;高压脉冲源
【作者】王启武;李炎新;石立华;司荣仁
【作者单位】解放军理工大学工程兵工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN78
【相关文献】
1.纳秒和亚纳秒级固态器件高压脉冲源的研制
2.低抖动纳秒级前沿的氢闸流管高压脉冲源
3.快前沿纳秒高压脉冲源的开发及实验研究
4.二种纳秒前沿高压脉冲源的设计方案
5.一种双回路驱动的纳秒快前沿高重复频率脉冲源
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MHz高压脉冲电源的研究

MHz高压脉冲电源的研究

MHz高压脉冲电源的研究
丁凯;饶俊峰
【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2024(37)2
【摘要】针对均匀放电、生物医疗等高频纳秒脉冲的应用需求,文中设计了一款基于射频MOSFET(Metal Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)的高重频高压脉冲电源。

脉冲电源的控制信号由FPGA(Field Programmable Gate Array)提供,并通过光纤进行传输,经驱动芯片放大后同步触发每一级放电管。

驱动芯片采用电源模块隔离供电的方式来提供不同的地电位。

放电管采用RCD(Residual Current Device)吸收电路来改善开关时刻的瞬时工况。

分析和研究了最后一级隔离电感对放电管电压波形、负载电压波形的影响,并对Marx电路做出了改进。

实验结果表明,在1 kΩ纯阻性负载上,该电源可在1 MHz重复频率下输出上升沿为40 ns、半高宽为100 ns以及电压幅值为1.1 kV的纳秒脉冲。

实验验证表明该电源能够在高频高压状态下稳定工作,满足设计要求。

【总页数】7页(P69-75)
【作者】丁凯;饶俊峰
【作者单位】上海理工大学机械工程学院;中国科学院苏州医学工程技术研究所【正文语种】中文
【中图分类】TN782
【相关文献】
1.MHz重复频率双脉冲高压实验研究
2.MHz高压脉冲电源设计
3.基于IGBT的频率叠加型高压脉冲电源的研究
4.脉冲宽度调制高频高压电源的研究与设计
5.防爆高压脉冲电源研究进展
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形成高压纳秒脉冲仿真线的设计

形成高压纳秒脉冲仿真线的设计
翁明;徐伟明
【期刊名称】《电工技术学报》
【年(卷),期】1995(000)002
【摘要】本文叙述了高低阻抗和螺旋带传输线的设计原则，并利用这二种仿真线在同轴５０Ω负载上获得了快前沿的高压纳秒脉冲。

实测结果表明，脉冲上升时间小于０．４ｎｓ，宽度从１．６５～１０．６ｎｓ可变，幅值大于２０００Ｖ。

【总页数】5页(P74-77,73)
【作者】翁明;徐伟明
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN78
【相关文献】
1.基于高压场效应管的可调纳秒脉冲源设计 [J], 曹园青;吴建星;杨宏春;杨啸林
2.高压纳秒脉冲形成电路的分析与设计 [J], 贺元吉;张亚洲;李传胪
3.一种先进高压纳秒脉冲功率合成器设计 [J], 梁勤金;石小燕;曹晓阳;冯仕云
4.基于SOS的高重频高压纳秒脉冲源设计 [J], 石小燕;梁勤金;潘文武
5.基于SOS的高重频高压纳秒脉冲源设计 [J], 石小燕;梁勤金;潘文武;
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基于RC延时斩波原理的脉冲电源设计

基于RC延时斩波原理的脉冲电源设计褚旭阳;胡志鹏;许世明【摘要】文中提出了一种新型的微细电火花加工脉冲电源.该脉冲电源采用数字电位器及电容组成RC延时电路,利用MOSFET作为开关管,通过RC延时电路对上下两路MOSFET的驱动信号进行延时,从而使上下两路MOSFET先后开通,以斩波的方式获得脉冲,脉宽可以达到纳秒级.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(023)023【总页数】4页(P82-84,91)【关键词】脉冲电源;纳秒级;RC延时斩波;微细电火花【作者】褚旭阳;胡志鹏;许世明【作者单位】厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005;厦门大学物理与机电工程学院,福建厦门361005【正文语种】中文【中图分类】TN05脉冲电源作为微细电火花加工机床的主要组成部分,把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲,为击穿加工介质提供所需要的电压,并在间隙击穿后提供能量用于蚀除金属。

它是影响加工工艺指标关键的设备之一,其性能的优劣直接影响放电加工的速度、精度、稳定性、工件表面粗糙度以及电极耐加工性,同时它也是产品升级换代的标志。

依据工作原理和所用的主要元件、脉冲波形等,电火花加工用脉冲电源可分为多种类型。

按照间隙状态对脉冲参数的影响分类,可分为非独立式RC脉冲电源和独立式晶体管脉冲电源两类。

RC式脉冲虽然可以达到很小的放电能量,但是电能利用效率很低、生产效率低,并且由于电源本身不独立。

在形成放电脉冲时,放电频率、宽度、单个脉冲能量等都不稳定。

放电过程中脉冲能量不可控,会影响工件加工的表面质量。

因此目前学者们的研究更倾向于独立式晶体管脉冲电源。

晶体管脉冲电源原理图如图1所示,主振级提供一定脉冲宽度和停歇时间的矩形脉冲信号,再经放大级放大,最后驱动末级功率晶体管开通或截止。

末级晶体管起到开关作用。

当晶体管导通时,直流电源电压 U加在加工间隙上,击穿工作液进行火花放电。

高压纳秒脉冲下介质阻挡放电的仿真研究

高压纳秒脉冲下介质阻挡放电的仿真研究
龙凯华;邵涛;严萍;金其龙
【期刊名称】《高电压技术》
【年(卷),期】2008(34)6
【摘要】为研究ns脉冲高电压条件下介质阻挡放电的特性,在实验测量正极性ns 脉冲介质阻挡放电电压、放电电流的基础上,根据脉冲介质阻挡放电等效电路对空气间隙上的气隙电压、放电电流及功率等参数进行了计算。

计算结果表明,气隙电压、电流均为双极性脉冲且放电瞬时功率呈现双峰,分析认为此双极性脉冲是由介质层累积电荷所致;阻挡介质材料、厚度和施加电压频率不同,正极性ns脉冲介质阻挡放电结果也不同;施加电压类型对介质阻挡放电影响很大,相比交流、单极性μs 脉冲和单极性亚μs脉冲的介质阻挡放电,正极性ns脉冲介质阻挡放电的放电电流大很多。

【总页数】6页(P1249-1254)
【关键词】低温等离子体;ns脉冲;介质阻挡放电;仿真;双极性;累积电荷
【作者】龙凯华;邵涛;严萍;金其龙
【作者单位】中国科学院电工研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TM213
【相关文献】
1.表面介质阻挡纳秒脉冲放电能量特性和诱导流动特性研究 [J], 赵光银;梁华;李应红;化为卓;韩孟虎;吴云;
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5.交流和纳秒脉冲Ar/H_(2)O介质阻挡放电聚丙烯材料表面亲水改性对比研究 [J], 庄越;刘峰;储海靖;方志
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0． 6 Ω。
3． 2 开关时序对输出脉冲波形的影响
电路中负载为 50 Ω 电阻，所以前后沿驱动脉 冲时间间隔的不同对输出脉冲的影响比较大。实 际高压脉冲发生器高压输入到上级 MOSFET 漏极 之间以及负载到下级 MOSFET 漏极之间不可避免 的会引入各种寄生电感，这两处的寄生电感会对纳 秒输出脉冲波形产生影响，为了达到更接近实际测 量系统的 仿 真 结 果，在 仿 真 中 增 加 这 两 处 寄 生 电 感。分 3 种情况进行分析，仿真原理图如图 4 所 示，其中 V1 为直流可调高压电源，L1 为高压输入到 M1 的引线电感及 M1 漏极寄生电感之和，L2 为和 负载连接三端到 M2 漏极之间引线电感及 M2 漏极 寄生电感之和。触发脉冲源 V2 、V3 之间重叠时间 为 t1 ，死区时间为 t2 。
Ｒesearch on high-voltage nanosecond pulse generator based on power MOSFET
Xia Tao Wu Yunfeng Wang Shengli Dai Lei Hபைடு நூலகம் Boyang Zheng Tiance Miao Ling
（ School of Energy Science and Engineering ，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 611731，China）
图中前后沿成形开关均由高压 MOSFET 组成， 其原理图如图 2 所示［14］。电路中 MOSFET 构成推 挽结构，外接触发脉冲经相应电路产生间隔脉冲控 制 MOSFET 导通与关断。
图 2 脉冲输出电路 Fig． 2 Circuit of pulse output
图 2 中 V1 为直流输入电源，Ｒ0 为限流电阻，ＲL 为 50 Ω 负载电阻，C1 为储能电容，C2 为负载等效电 容，M1 和 M2 为高压 MOSFET，V2 和 V3 分别为 M1 和 M2 的驱动脉冲源。开始时，M1 和 M2 均处于截止状 态，V1 通过 Ｒ0 给电容 C1 充电，此时 C2 上电压为零。 当 V2 触发脉冲来临，M1 快速导通，此时 M2 仍处于 截止状态，C1 通过 M1 给 C2 快速充电，使其电压快 速达到电源电压 V1 ，形成较快波形上升沿。当负载 上电压达到电源电压时，其上电压不再增加，在 M1 导通、M2 截止的时间内保持不变，从而形成一定宽 度的平顶。达到所需脉冲宽度时，给 M2 触发脉冲， 使其快速导通，从而使 C2 上的电压通过 M2 快速泄 放到零，得到一个较快的下降沿。输出脉冲的宽度 取决于前后沿触发脉冲间隔［14］（ 前后触发脉冲死 区时间不能过大，否则会出现 M1 已经关断，而 M2 尚未开通，C2 通过负载电阻放电，从而达不到快后
式中： gm 是跨导，ＲL 是负载电阻。功率 MOSFET 一
般具有 高 速 开 关 能 力，经 常 被 用 作 高 频 开 关 使
用［15］。当稳态电流 IL 流过时，其开启时间以及关断
时间可由下式给定：
ton
=
（ Vds － Vf ） Ｒg Cgd Vgs_app － Vgp
（ 2）
( ) toff
收稿日期： 2015-07 Ｒeceived Date： 2015-07
第 12 期
基于功率 MOSFET 高压纳秒脉冲源研究
·1853·
而运用广泛。当电压或电流太大时，可以通过半导体 开关的串并联和其他技术来解决，因此半导体固体开 关拥有较好的应用前景［9-11］。如西安交通大学孟国栋 等人［12］利用 MOSFET 研制的 10 kV 重复频率方波脉 冲源，其脉冲前沿达到 80 ns、后沿为 320 ns； 中国工程 物理研究院流体物理研究所丁明军等人［13］利用 MOSFET 研制的 5 kHz 重复频率氢闸流管触发系统，其脉 冲前后沿均大于 20 ns 且脉宽较窄； 中国工程物理研 究院电子工程研究所王欣等人利用两个高速高压 MOSFET 分别形成脉冲前后沿的方法在容性负载上 得到脉冲前后沿 5 ns 左右的高压脉冲源［14］。然而这 些研究文献中所研究的高压脉冲源大多是基于单开 关脉冲成形，其输出脉冲波形很难达到对前后沿小于 20 ns 的要求，而文献［14］中的双开关分别形成脉冲 前后沿的方法针对的是容性负载，且这些文献中针对 脉冲成形的资料较多，但详细分析器件以及 PCB 布线
第 29 卷 第 12 期 ·1852·
电子测量与仪器学报 JOUＲNAL OF ELECTＲONIC MEASUＲEMENT AND INSTＲUMENTATION
DOI： 10． 13382 / j． jemi． 2015． 12． 016
Vol. 29 No. 12 2015 年 12 月
基于功率 MOSFET 的高压纳秒脉冲源研究
电流；
3） 栅极驱动电压要高于 MOSFET 阈值电压，
关断时最好提供负的栅源电压；
4） 驱动电流幅值要足够大，电流波形最好为
尖波。
最终 选 中 IXZＲ16N60，其 栅 极 寄 生 电 阻 为
1 Ω，Cgd 为 20 pF。选 择 专 用 MOSFET 驱 动 芯 片 DEIC420，它 能 提 供 最 大 电 流 为 20 A，输 出 电 阻
= Ｒg Cgd
Vds － Vf Vgp
（ 3）
式中： Vds是 MOSFET 关断状态下其漏源两端电压，
Vf 是满载电流流过时 MOSFET 漏源端压降，Ｒg 包 括 MOSFET 栅极寄生电阻以及栅驱动电压源串联
的电阻，Vgs_app 是栅极驱动电压，Vth 是 MOSFET 的阈
值电压，Ids为 MOSFET 导通时流过漏源极的电流。
夏 涛 吴云峰 王胜利 戴 磊 胡波洋 郑天策 苗 玲
（ 电子科技大学能源科学与工程学院 成都 611731）
摘 要： 为进行钝感火工品电安全性测试，对一种以 MOSFET（ 金属氧化物半导体场效应晶体管） 为开关元件的纳秒双快沿脉冲源 进行分析与实验研究。简要介绍其结构的基础上，着重从高压场效应管的开关机理、推挽 MOSFET 动作时序以及主要寄生参数对 输出脉冲波形影响等几方面来详细分析提高高压纳秒脉冲源输出脉冲特性的方法和途径。实验结果表明，该脉冲源可以产生脉 冲上升沿约为 5 ns、下降沿约为 8 ns，幅值 300 V 左右的准方波脉冲，性能指标满足钝感火工品的电安全性试验的要求。 关键词： 功率 MOSFET； 纳秒级前后沿； 驱动时序； 电路寄生参数 中图分类号： TN78 文献标识码： A 国家标准学科分类代码： 470． 40
等各寄生参数及前后驱动脉冲时间间隔对脉冲前后 沿影响的资料较少。本文研究以固态器件功率 MOSFET 为核心的阻性负载高压脉冲源，主要针对阻性负 载以及影响输出脉冲前后沿的各因素进行研究，利用 Pspice 仿真软件辅助分析，并通过实验对理论以及仿 真分析进行验证。最终得到了脉宽 10 ～ 5 000 ns 可 调、前沿 5 ns、后沿 8 ns 左右的脉冲输出。实际输出 结果很好的满足了对钝感火工品电安全性的测试。
一般固态快脉冲源大多采用雪崩晶体管、阶跃管 来设计，其输出脉冲幅度较高且可以达到快前沿，但
脉冲功率技术能够实现对电能在时间和空间 上的压缩，并 在 极 短 时 间 内 以 极 大 的 功 率 进 行 释 放，从而产生很多极端的物理环境，在军事、工业上 催生出较多的应用［1-8］。如在一些钝感火工品电安 全性试验 中 需 要 应 用 到 上 升 沿 和 下 降 沿 均 小 于 20 ns，脉冲幅度 300 V 左右的电压脉冲源。
effect transistor（ MOSFET） is presented． On the base of briefly introducing its structure，the methods and approa-
ches to improve the output characteristics of pulse generator of nanosecond level are analyzed through the switch
Vgp
=
Vth
+
Ids gfs
（ 4）
gfs
=
dIds dVgs
（ 5）
可以得出为了减小 MOSFET 的开启时间和关
断时间应该减小栅极串联电阻和其本身寄生电感
大小，减小栅漏极寄生电容 Cgd。另外为了更好的 驱动 MOSFET，主要有以下要求［16］：
1） 触发电压的上升沿要足够快；
2） 开 通 时 栅 极 充 电 电 阻 要 小，以 增 加 驱 动
2 纳秒快脉冲源
传统单开关传输线成形方法虽然能达到快前 沿，但后沿一般会呈现指数下降的趋势，所以很难 达到纳秒快后沿的要求，所以确定一种由两个高压 高速 开 关 组 成 形 成 级 分 别 用 于 形 成 前 沿 和 后 沿［14］。阻性负载高压脉冲原理框图如图 1 所示。
图 1 阻性负载高压脉冲源原理 Fig． 1 Schematic diagram of a resistive high-voltage pulse source
图 3 MOSFET 开关模型 Fig． 3 MOSFET switching model
功率 MOSFET 的开关速度主要由其栅极输入 电容的充放电速度限制［15］。由于米勒效应，栅漏
间电容 Cgd被放大，故 MOSFET 等效输入电容为：
Cin = Cgs + （ 1 + gmＲL） Cgd
（ 1）
time about 8 ns． Overall the performance of the nanosecond pulse power supply can satisfy the demands of experi-