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基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计

王传伟 李洪涛

王传伟, 李洪涛. 基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 040006. doi: 10.11884/HPLPB201931.180299
引用本文: 王传伟, 李洪涛. 基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计[J]. 强激光与粒子束, 2019, 31: 040006. doi: 10.11884/HPLPB201931.180299
Wang Chuanwei, Li Hongtao. Design of two-stage square pulse forming network with coupling inductors[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 040006. doi: 10.11884/HPLPB201931.180299
Citation: Wang Chuanwei, Li Hongtao. Design of two-stage square pulse forming network with coupling inductors[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2019, 31: 040006. doi: 10.11884/HPLPB201931.180299

基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计

doi: 10.11884/HPLPB201931.180299
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61504127

国家自然科学基金项目 U1530128

中国工程物理研究院院长基金项目 YZJJLX2016002

详细信息
    作者简介:

    王传伟(1983—),男,博士研究生,副研究员,从事固态脉冲功率技术及测控技术研究; 250705799@qq.com

    通讯作者:

    李洪涛(1968—),男,博士,研究员,从事脉冲功率技术研究; lihongtao-ifp@caep.cn

  • 中图分类号: TN784

Design of two-stage square pulse forming network with coupling inductors

  • 摘要: 针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求,开展了基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了两节脉冲形成网络互耦电感解耦的条件,并根据常用的三种脉冲形成网络模型运用拉普拉斯变换推导出了相应的输出脉冲电流表达式,并利用准方波的Prony级数表达式,通过求解非线性方程组获得了准方波脉冲的解析表达式,进一步求解出各网络元件的参数。然后研究了电感耦合系数在电路中的影响,提出了利用互耦电感设计准方波脉冲形成网络的方法。模拟仿真结果表明:基于互耦电感的两节脉冲形成网络可获得输出波形质量较好的准方波脉冲输出。利用互耦电感这一巧妙设计,可以较方便地实现准方波脉冲形成网络的设计。
  • 图  1  常用的两节脉冲形成网络拓扑结构

    Figure  1.  Model of commonly used two-stage pulse forming network(PFN)

    图  2  4级Prony级数拟合的准方波波形

    Figure  2.  Quasi-rectangular pulses fitted by 4-stage Prony series

    图  3  A型网络电感正反相耦合时各元件参数随电感耦合系数的变化关系

    Figure  3.  Relationship between coupling coefficient of inductors and parameters of elements in type A PFN

    图  4  B型网络电感正反相耦合时各元件参数随电感耦合系数的变化关系

    Figure  4.  Relationship between coupling coefficient of inductors and parameters of elements in type B PFN

    图  5  C型网络电感正反相耦合时各元件参数随电感耦合系数的变化关系

    Figure  5.  Relationship between coupling coefficient of inductors and parameters of elements in type C PFN

    图  6  基于互耦电感的两节脉冲形成网络仿真模拟电路

    Figure  6.  Simulationcircuits ofthetwo-stage PFNs

    图  7  基于互耦电感的两节脉冲形成网络模拟输出结果

    Figure  7.  Output pulses of the two-stage PFNs

    表  1  输出电流脉冲表达式系数

    Table  1.   Coefficients of output current express

    type a b c d e f
    A (L1L2M2)C1C2 RloadC1L2C2 L2C2+(L1+L2±2M)C1 RloadC1 L2C1C2 C1
    B (L1L2M2)C1C2 RloadC1L2C2 L1C1+
    (L1+L2±2M)C2
    Rload(C1+C2) L2C1C2 C1+C2
    C C1C2L1(L2±M)∓
    C1C2M(L1±M)
    RloadC2C1×
    (L1+L2±2M)
    L1C1+L2C2 Rload(C1+C2) C1C2×
    (L1+L2±2M)
    C1+C2
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    表  2  两级脉冲形成网络元件参数设计值

    Table  2.   Designed parameter values of components in the two-stage PFN

    type ε L1 L2 C1 C2
    A 0.010 0
    0.000 1
    0.266 50
    0.311 81
    0.062 80
    0.052 33
    0.407 60
    0.388 57
    0.271 10
    0.300 80
    B 0.010 0
    0.000 1
    0.266 50
    0.311 81
    0.174 30
    0.164 73
    0.162 80
    0.169 55
    0.244 80
    0.219 03
    C 0.010 0
    0.000 1
    0.348 40
    0.377 82
    1.138 00
    1.785 50
    0.395 80
    0.381 15
    0.011 80
    0.007 42
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-31
  • 修回日期:  2018-12-21
  • 刊出日期:  2019-04-15

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