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百纳秒近方波高压脉冲形成模块的设计与实验研究

李飞 张恺烨 朱明冬 宋法伦 金晓 甘延青 龚海涛

李飞, 张恺烨, 朱明冬, 等. 百纳秒近方波高压脉冲形成模块的设计与实验研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 085004. doi: 10.11884/HPLPB201830.170346
引用本文: 李飞, 张恺烨, 朱明冬, 等. 百纳秒近方波高压脉冲形成模块的设计与实验研究[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 085004. doi: 10.11884/HPLPB201830.170346
Li Fei, Zhang Kaiye, Zhu Mingdong, et al. High-voltage pulse forming module with hundreds-nanosecond quasi-squared output pulse[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 085004. doi: 10.11884/HPLPB201830.170346
Citation: Li Fei, Zhang Kaiye, Zhu Mingdong, et al. High-voltage pulse forming module with hundreds-nanosecond quasi-squared output pulse[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 085004. doi: 10.11884/HPLPB201830.170346

百纳秒近方波高压脉冲形成模块的设计与实验研究

doi: 10.11884/HPLPB201830.170346
基金项目: 国家高技术发展计划项目
详细信息
    作者简介:

    李飞(1987-), 男, 博士, 从事脉冲功率技术研究; shanxilifei@163.com

    通讯作者:

    宋法伦(1977-), 男, 博士, 从事脉冲功率技术研究; emplasma@ustc.edu

  • 中图分类号: TN782; TM832

High-voltage pulse forming module with hundreds-nanosecond quasi-squared output pulse

  • 摘要: 基于高功率脉冲功率系统小型化和模块化发展要求,研制了一种集储能和脉冲形成功能为一体的脉冲形成模块。通过发展非均匀脉冲形成技术,成功将传统脉冲形成网络的级数降至两级,并保持其输出波形为近方波,大幅降低了近方波脉冲形成模块的体积重量。模块内部电容采用串联分压结构以提高其耐电压值,采用折叠式薄膜电容以提高其储能密度,结合薄膜/变压器油混合绝缘方式,实现了紧凑化、耐高压设计。利用PSpice电路仿真,结合最坏情况模拟等方法,分析了模块内部电参数对其输出特性的影响,并进行了实验验证。模块耐电压值可达120 kV,单次储能密度高达41 kJ·m-3,可输出脉宽约180 ns的近方波高压脉冲。该模块将传统需要五级以上的脉冲形成网络的实际应用发展到两级,有利于实现多级高压方波Marx系统的紧凑化、模块化设计。
  • 图  1  雷利型PFN原理电路

    Figure  1.  Equivalent electrical circuit for the Leily-style PFN

    图  2  脉冲形成模块原理电路

    Figure  2.  Equivalent electrical circuit for the pulse forming module

    图  3  脉冲形成模块结构示意图

    Figure  3.  Schematic structural view of the pulse forming module

    图  4  脉冲形成模块的电容器内部结构示意图

    Figure  4.  Internal structure of the pulse forming module

    图  5  脉冲形成模块电容值变化时输出波形的最大偏差

    Figure  5.  Worst cases of the output waveform of pulse forming module with the deviation of capacitors

    图  6  回路电感值变化对输出波形的影响

    Figure  6.  Influence of the inductances on output waveform of the pulse forming module

    图  7  脉冲形成模块实物照片

    Figure  7.  Picture of the pulse forming module

    图  8  脉冲形成模块的PSpice电路模型及模拟结果与实验结果

    Figure  8.  PSpice model of the pulse forming module and output waveforms

    图  9  脉冲形成模块20次输出波形

    Figure  9.  Output waveform of the pulse forming module working for 20 times

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-31
  • 修回日期:  2018-04-18
  • 刊出日期:  2018-08-15

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