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20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计

石小燕 丁恩燕 梁勤金 杨周炳 张运检

石小燕, 丁恩燕, 梁勤金, 等. 20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 045002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170360
引用本文: 石小燕, 丁恩燕, 梁勤金, 等. 20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计[J]. 强激光与粒子束, 2018, 30: 045002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170360
Shi Xiaoyan, Ding Enyan, Liang Qinjin, et al. Design of 20 kV/20 kHz /100 A high voltage pulse generator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 045002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170360
Citation: Shi Xiaoyan, Ding Enyan, Liang Qinjin, et al. Design of 20 kV/20 kHz /100 A high voltage pulse generator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2018, 30: 045002. doi: 10.11884/HPLPB201830.170360

20 kV/20 kHz/100 A高压脉冲源设计

doi: 10.11884/HPLPB201830.170360
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2017YFF0104300

详细信息
    作者简介:

    石小燕(1971—),女,高级工程师,从事固态脉冲功率技术研究;368229630@qq.com

  • 中图分类号: TN788

Design of 20 kV/20 kHz /100 A high voltage pulse generator

  • 摘要: 设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式,串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关,在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲,再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成,在200 Ω负载上输出了幅度20 kV,重复频率20 kHz,脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构,对实验装置建立仿真模型,阐述了输出波形畸变的原因,给出了影响输出脉冲波形特性的因素,为下一步优化波形工作提供了理论参考。
  • 图  1  脉冲产生线路原理图

    Figure  1.  Circuit schematics of pulse generator

    图  2  单级MOSFET线路结构图

    Figure  2.  Electrical schematic of single cell

    图  3  MOSFET时序产生部件示意图

    Figure  3.  Functional block diagram of MOSFET timing device

    图  4  脉冲源主要结构装置

    Figure  4.  Main structure of pulse generator

    图  5  25级脉冲源输出波形

    Figure  5.  Output pulse wave of 25-cell stack

    图  6  脉冲发生器仿真线路及仿真波形

    Figure  6.  Emulational circuit and waveform of pulse generator

  • [1] High voltage avalanche pulser summary[EB/OL]. http://www.kentech.co.uk/pulser_summary.html.
    [2] Chung Y H, Kim H J, Yang C S. MOSFET switched 20 kV, 500 A, 100 ns pulse generator with energy recovery circuit[C]//Pulsed Power Plasma Science. 2001.
    [3] Watson A, Cook E G, Chen Y J, et al. A solid-state modulator for high speed kickers[C]//Proceedings of Particle Accelerator Conference. 2001, 5: 3738-3740.
    [4] Cook E G. Review of solid-state modulators[C]//XX International Linac Conference. 2012: 663-667.
    [5] Barnes M J, Wait G D. A 25-kV 75-kHz kicker for measurement of muon lifetime[J]. IEEE Trans Plasma Science, 2004, 32(5): 1932-1944. doi: 10.1109/TPS.2004.835455
    [6] Efanov V. Pulse generators based on FID technology[R]. Xi'an: Xi'an Jiaotong University, 2016.
    [7] 刘春平, 龚向东, 黄虹宾, 等. 纳秒和亚纳秒级固态器件高压脉冲源的研制[J]. 电讯技术, 2009, 49(8): 6-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DATE200908001.htm

    Liu Chunping, Gong Xiangdong, Huang Hongbin, et al. Development of a nano and sub-nanosecond solid state device high voltage pulser. Telecommunication Engineering, 2009, 49(8): 6-8 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DATE200908001.htm
    [8] 石小燕, 曹晓阳, 梁勤金, 等. 多路窄脉冲功率线路合成[J]. 强激光与粒子束, 2010, 22(4): 699-722. http://www.hplpb.com.cn/article/id/4488

    Shi Xiaoyan, Cao Xiaoyang, Liang Qinjin, et al. Power synthesization of multi-channel narrow pulses by circuitry. High Power Laser and Particle Beams, 2010, 22(4): 699-722 http://www.hplpb.com.cn/article/id/4488
    [9] 朱会柱, 汪秀, 袁斌. 基于MOS关的高频高压脉冲源中电磁兼容问题研究[J]. 电子技术, 2011(3): 34-36. doi: 10.3969/j.issn.1000-0755.2011.03.013

    Zhu Huizhu, Wang Xiu, Yuan Bin. Investigation on the EMC in HF-HV pulse generator based on MOS switch. Electronics Technology, 2011(3): 34-36 doi: 10.3969/j.issn.1000-0755.2011.03.013
    [10] 韩永林, 梁伟, 胡永宏. 用金属氧化物半导体场效应晶体管器件实现的高重复率电光Q模块设计[J]. 中国激光, 2006, 33(10): 1329-1332. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJZZ200610008.htm

    Han Yonglin, Liang Wei, Hu Yonghong. Design of high repetition rate electro-optically Q-switched module with vertical metal oxide semiconductor field effect transistor component. Chinese Journal of Lasers, 2006, 33(10): 1329-332 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJZZ200610008.htm
    [11] 陈静, 周晓青. 基于固态开关器件的新型高压脉冲驱动源[J]. 现代电子技术, 2012, 35(4): 208-210. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDDJ201204067.htm

    Chen Jing, Zhou Xiaoqing. New high-voltage pulse driving source based on solid switch device. Modern Electronics Technique, 2012, 35(4): 208-210 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XDDJ201204067.htm
    [12] 赵鑫, 张乔根, 白雁力, 等. MOSFET在感应叠加型高压双方波脉冲发生装置中的应用[J]. 高电压技术, 2015, 41(12): 4066-4072. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDYJ201512028.htm

    Zhao Xin, Zhang Qiaogen, Bai Yanli, et al. Application of MOSFET in high voltage double square-wave pulses generator with inductive adder configuration. High Voltage Engineering, 2015, 41(12): 4066-4072 https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDYJ201512028.htm
    [13] 李炳旺. 芯片封装引线电性能的测试[J]. 集成电路通讯, 2004, 22(2): 17-21.

    Li Bingwang. Electrical characteristic testing of chip pin. Jicheng Dianlu Tongxun, 2004, 22(2): 17-21
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-07
  • 修回日期:  2017-11-27
  • 刊出日期:  2018-04-15

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