高重复频率纳秒级陡脉冲电源的研制

高压皮秒脉冲发生器的设计与实现高压皮秒脉冲发生器是一种用于产生高能量、高压、短脉冲的装置。

它在科学研究、工业应用和医疗领域都有重要的应用价值。

本文将介绍高压皮秒脉冲发生器的设计与实现，以及其在不同领域的应用。

高压皮秒脉冲发生器主要由高压电源、充电电路、储能电容、脉冲发生电路和输出负载等组成。

首先，高压电源是整个系统的核心组件，用于提供高压电源稳定可靠的电源。

其次，充电电路将电源输出的直流电压转化为脉冲电压，并通过控制充电时间和电流来实现对储能电容的快速充电。

储能电容是存储电能的装置，其容量越大，蓄能能力越强。

脉冲发生电路控制储能电容的放电过程，使得电容的电能以短脉冲的形式释放出来。

最后，输出负载是将脉冲能量传递给被测对象或其他设备的载体。

高压皮秒脉冲发生器的实现需要考虑以下几个关键问题。

首先，电源的选择和设计是非常重要的，需要满足高压、高能量、高稳定性等要求。

其次，充电电路的设计需要考虑充电速度和充电电流的控制，以保证储能电容能够快速充电并保持稳定。

第三，脉冲发生电路的设计需要考虑脉冲宽度、重复频率和输出电压的控制，以满足不同应用场景的需求。

最后，输出负载的选择和匹配需要根据具体应用来确定，以确保脉冲能量能够有效传递到被测对象或其他设备上。

高压皮秒脉冲发生器在科学研究领域有广泛的应用。

例如，在物理学中，它可以用于产生高能量的电子束或离子束，用于材料表面改性、微纳加工和材料分析等研究。

在化学领域，它可以用于产生高能量的化学反应，用于催化剂的制备和新材料的合成等研究。

在生物医学领域，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于皮肤美容、纹身去除和眼科手术等治疗。

高压皮秒脉冲发生器在工业应用中也有重要的作用。

例如，在电子器件制造中，它可以用于产生高能量的离子束，用于清洗、刻蚀和改性等工艺。

在材料加工中，它可以用于产生高能量的激光脉冲，用于焊接、切割和打孔等加工。

在电力系统中，它可以用于产生高能量的电磁脉冲，用于保护电力设备和系统。

华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名李猛虎考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士考试科目脉冲功率技术考试日期 2013年12月15日脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中，然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关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，实质上是输出功率对输入功率的放大。

脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种，如电容储能，电感储能，脉冲电机储能以及电池储能等。

脉冲功率技术研究的技术指标为：电压1kV~10MV，电子能量0.3~15MeV（电子伏），述流大小1kA~10MA，脉冲宽度0.1~100ns，束流功率0.1~100TW，总能量：1kJ~15MJ。

脉冲功率技术的特征是：高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。

脉冲功率技术，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。

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。

脉冲功率的发展历程脉冲放电现象存在于大自然。

人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。

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。

采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，企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起，也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。

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。

1962年，英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组，将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。

毕业设计开题报告——脉冲功率电源设计各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢压敏电阻器是1种电阻值对外加电压敏感的电子元件，随着电压的增高阻值下降，因此i-v特性不是1条直线。

所以压敏电阻器也称为非线性电阻器。

zno 非线性电阻器由于其优异的非线性特性和良好的保护性能，已经逐步取代碳化硅非线性电阻器，在电力系统、电子电路和1般家用电气设备中都得到了广泛应用，尤其在过电压、高能浪涌的吸收以及高压稳压等方面的应用更为突出，成为决定电力系统绝缘配合水平的新1代保护装置。

过压保护又分为大气过压保护和操作过压保护。

1979年日本研制出第1个标称电压值为4。

2～280kv的无间隙避雷器;标称500kv的无间隙避雷器也已通过了各种试验。

在我国，zno 避雷器带串连间隙4星接法(tbp)的提出，成功的解决了我国3～66kv中性点非有效接地系统的保护问题。

在zno非线性电阻的生产过程中，必须测试zno非线性电阻的i-v特性并进行能量冲击试验。

通过所测定的对所测定的特性曲线的计算，分析其电参数是否满足保护要求，从而检测出zno非线性电阻是否合格。

这些电参数主要是非线性系数α、材料c值、通流容量、漏电流和电压温度系数。

课题要设计脉冲功率电源即为测试电源，将模拟实际过压保护时可能出现的高功率脉冲大电流，对非线性电阻进行能量冲击试验，同时测试出非线性电阻的i-v特性和电参数。

毕业设计主要完成的工作内容包括脉冲测试电源的主电路设计、参数选择、储能电抗器参数计算及工程设计等。

该脉冲电源由储能电感、换流开关和控制测量等部分组成。

需要通过整流桥先将3相交流电整流成直流电对储能电抗器进行充电，然后通过控制开关使电抗器与整流桥断开并对zno放电。

电感储能是以磁场方式储能，储能密度高、传输功率大，装置体积小、成本低，电感储能在脉冲功率技术中有着极大的应用潜力。

电抗器设计是整个电源设计的核心，其参数计算的正确性是电源性能工作可靠性的保证。

基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器【摘要】本文介绍了基于Marx和脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的设计与研究。

首先探讨了Marx发生器的原理和脉冲变压器的作用，然后详细阐述了高频高压微纳秒脉冲发生器的设计过程，并对其工作原理进行了深入分析。

通过实验结果与分析，验证了该脉冲发生器的可靠性和稳定性。

在结论部分总结了研究成果的意义，展望了未来的发展方向。

本研究为高频高压微纳秒脉冲发生器的设计与应用提供了重要参考，对于相关领域的研究具有重要意义。

【关键词】Marx发生器、脉冲变压器、高频、高压、微纳秒、脉冲发生器、工作原理、实验结果、总结、展望、研究成果。

1. 引言1.1 研究背景为了解决现有高频高压微纳秒脉冲发生器存在的问题，研究人员开始探索基于Marx+脉冲变压器的新型设计方案。

通过结合Marx发生器和脉冲变压器的优点，设计出了更高效、更稳定的高频高压微纳秒脉冲发生器。

该设计方案不仅增加了输出功率，提高了转换效率，还提高了系统的稳定性和可靠性，为各种领域的应用提供了更好的解决方案。

对于基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的研究具有重要意义，将推动该领域的发展并促进相关技术的应用与推广。

1.2 研究意义高频高压微纳秒脉冲发生器在科技领域具有重要的应用价值，其研究意义主要体现在以下几个方面：1. 改善工业生产效率：高频高压微纳秒脉冲发生器可以在工业中用于精准的材料处理、脉冲激光加工等领域，提高工业生产效率和产品质量。

2. 推动科学研究进展：该技术在科学研究中有广泛的应用，可用于对材料性质、原子分子结构等进行研究，推动科学研究领域的发展。

3. 拓展医疗领域应用：高频高压微纳秒脉冲发生器可用于医疗诊断、治疗等方面，如超声波成像、激光治疗等，有望为医疗领域带来新的突破。

4. 推动技术创新：该技术的研究有助于推动电子技术、光电子技术等领域的创新，提升我国在相关技术领域的国际竞争力。

毕业设计开放报告 - 脉冲电源设计变阻器是电阻值，其电阻值对外部电压敏感。

随着电压增加，电阻减小，因此i-v特性不是直线。

因此，变阻器也称为非线性电阻器。

Zno 非线性电阻器由于其优异的非线性特性和良好的保护性能而逐渐取代碳化硅压敏电阻，并已广泛应用于电力系统，电子电路和一般家用电器设备，尤其是电压，高能浪涌的应用吸收和高压电压调节变得更加突出，它已成为决定电力系统绝缘配合水平的新一代保护装置。

过压保护进一步分为大气过压保护和运行过压保护。

1979年，日本开发出第一台无间隙避雷器，额定电压值为4.2至280kv;标称500kv无间隙避雷器也通过了各种测试。

在中国，采用串联间隙4星连接法（tbp）的zno避雷器成功解决了中国3~66kv中性点无效接地系统的保护问题。

在zno压敏电阻的生产中，必须测试zno压敏电阻的i-v特性并进行能量冲击测试。

通过计算测量的特性曲线，分析电参数是否满足保护要求，从而检测zno非线性电阻是否合格。

这些电参数主要是非线性系数α，材料c值，流量，漏电流和电压温度系数。

本课题应设计脉冲电源作为测试电源，模拟实际过电压保护期间可能出现的高功率脉冲大电流，对非线性电阻进行能量冲击试验，测试静电特性和电气参数非线性电阻器。

毕业设计的主要任务包括脉冲测试电源的主电路设计，参数选择，储能电抗器参数计算和工程设计。

脉冲电源由存储电感器，换向开关和控制测量组成。

首先必须将三相交流电整流为通过整流桥的直流电，对储能电抗器进行充电，然后将电抗器与整流桥断开，并通过控制开关对zno放电。

感应式能量存储是磁场能量存储，高能量存储密度，大传输功率，小装置尺寸和低成本。

电感式储能在脉冲电源技术中具有很大的应用潜力。

电抗器的设计是整个电源设计的核心，其参数计算的正确性是电源性能可靠性的保证。

低压电气保护用于控制循环电流时间，并且可变电流电子部件在一个方面受到保护。

另一种是最小化控制电感和放电的开关损耗，使得存储在电感器中的所有能量用于产生所需的脉冲源。

用于半导体激光器的大电流纳秒级窄脉冲驱动电路陈彦超;冯永革;张献兵【摘要】根据脉冲式半导体激光器对功率、脉宽、上升沿的要求,同时考虑电脉冲的注入便于测试激光器的各种性能,提出了一种以金属氧化物半导体场效应晶体(MOSFET)为开关器件,以雪崩晶体管为驱动器,可产生大电流、窄脉宽、陡上升沿脉冲的激光器驱动电路.讨论了预触发脉冲宽度和雪崩晶体管输出负载对MOSFET 输出脉冲在幅度和波形上的影响以及如何通过调整耦合电阻来控制脉冲的“下冲”和振荡.实验结果表明:在0～200 V供电电压下,该电路在1Ω电阻上产生了从0A 到148 A,具有陡上升/下降沿的10 ns级电脉冲.通过调整电路参数,可输出脉冲宽度窄至8.6 ns,幅度达到124 A的电脉冲.该驱动电路满足了脉冲式半导体激光器的工作要求和对器件测试的要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)011【总页数】7页(P3145-3151)【关键词】半导体激光器;驱动电路;大电流信号;纳秒级脉冲【作者】陈彦超;冯永革;张献兵【作者单位】北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871;北京大学地球与空间科学学院理论与应用地球物理所,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TN248.41 引言脉冲式半导体激光器可用于激光测距、激光引信、激光雷达、泵浦固体激光器、脉冲多普勒成像、3D 图像系统、光纤测温传感器等领域。

高峰值功率、窄脉宽及陡上升沿的脉冲驱动可以增加激光器的作用距离并提高相关传感器的分辨率［1－4］。

对于脉冲激光测距，缩短激光脉冲的上升时间是提高精度最简单有效的方法［5］。

对于一些处于实验室阶段的新型半导体激光器，如GaN 基蓝紫光激光器，电脉冲的直接注入可以测试激光器的各种性能，比如观测激光器的增益光开关产生的延迟、过冲及拖尾的过程，脉冲光谱的展宽等［6］。

高功率脉冲电源学院（系）：电气工程学院班级：1113班学生姓名：高玲学号：21113043大连理工大学Dalian University of Technology1分类及结构原理高功率脉冲最早始于30年代，随着用电容器放电产生X射线的出现，经过了几十年的发展，目前高功率脉冲电源应用范围非常广泛，例如用于闪光X射线照相、高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电磁发射(或推进)、粒子束武器和电磁成形等离子体物理与受控核聚变研究、核爆炸模拟等方面。

‘如图1所示。

高功率脉冲电源包括初级能源、中间储能脉冲成形系统及转换系统等几个部分。

图1. 高功率脉冲电源组成框图脉冲功率的形成过程是：首先经过慢储能，使初级能源具有足够的能量；其次，向中间储能和脉冲形成系统注入能量；再次，能量经过储存、压缩、形成脉冲或转化，等复杂过程之后，最后快速释放给负载。

(1)初级能源为小功率的能量输入设备，如电容器的充电机、电感线圈的励磁电源、飞轮电机的拖动电机，其能源来在电网。

(2)中间储能设备有以电容器和Marx发生器为例的电场储能，以常温或超导电感线圈为例的磁场储能，以各类具有转动惯量的脉冲发电机为主的机械储能，以蓄电池、磁流体发电机、爆炸磁通压缩发生器为代表的化学储能，以及以核能磁流体发电机为例的核能初级能源，等等。

(3)能量转换与释放系统主要包括各种大容量闭合开关和断路开关及各种波形调节技术设备。

脉冲功率装置初级能源的储能方式主要包括：以电场形式储能的电容器、以磁场方式储能的电感器、机械能发电机、化学能装置以及核能等。

如表1所示。

(1)电容储能简单、技术成熟，因此它的应用最为广泛，如惯性约束、强激光、粒子束武器、大功率微波等。

世界上一些著名的脉冲功率装置都采用电容储能放电回路，如美国的PBFA．II等。

(2)电感储能最大的优点是储能密度大，所以倍受研究者的关注。

电感储能技术在诸如受控等离子体物理、受控核聚变、电磁推进等现代科学技术领域中，都有着极为重要的应用。