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纳秒级高压高重复频率脉冲发生器的研制

杨平  
【摘要】:等离子体发生器、准分子激光器、激光武器等需要一种能够产生纳秒级高压高重复频率脉冲的电源。本课题对一台高压高频逆变电源输出的正弦电压进行处理,将其设计成一台纳秒级高压高重复频率的脉冲电源。其应用于介质阻挡放电产生高能密度的低温等离子体,为飞机隐身机理研究提供主要能源。介质阻挡放电产生等离子体的效果直接与电源输出的脉冲波形相关,电压、频率越高、脉冲上升前沿时间越快,放电效果越好。根据这个特点,我们设计了一种高功率脉冲电源。该电源输出脉冲电压峰值2~13kV,可调; 重复频率5~15kHz,可调; 脉冲上升前沿400ns~1000ns。 本设计结合了电力电子技术和脉冲功率技术, 提出了一种设计高压、重复频率和陡前沿脉冲发生器的新方法,分两步来实现电源三个方面的指标要求。首先由一台运用电力电子技术设计的高频逆变电源输出电压幅值和频率可调的方波,通过高频变压器升压后,其空载输出正弦电压0~20kV; 频率5~25kHz。然后运用脉冲功率技术,通过由电容器和磁开关等组成的脉冲陡化电路对正弦电压波形进行改形,最后输出纳秒级上升前沿、高重复频率的高压脉冲。 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; 对电路各部分如高频逆变电源、高频变压器、陡化电路、磁开关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。 该电源经过了测试,达到了预期的指标,运行稳定可靠,并成功用于介质阻挡放电试验。但是为了适应更高要求的应用,该电源还可以进行一定的改进,本文最后也对该电源的优化设计方案进行了展望。


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