摘要：高频快前沿纳秒脉冲在电网设备检测、等离子体射流、材料优化改性等方面应用广泛。基于LC谐振升压和反向快速截断的二极管开断电路(diode opening switch,DOS)可在不同应用场景下产生超短纳秒脉冲,但谐振网络振荡持续时间制约其运行频率理论极值,且高频输出下剧增的电阻损耗严重影响电源安全稳定运行。为此开展模块化频率叠加高频超短纳秒DOS电源拓扑研究,建立考虑二极管寄生参数的DOS电路模型,明确高电压增益谐振网络参数配置,减小开关导通/关断电压、电流应力;设计模块化磁隔离级联电路,探明隔离电感参数最优区间,实现单级模块高幅值运行;提出多级模块化频率叠加控制策略,提升电路能量转化效率,突破传统DOS电路高频运行极值。实验结果表明,单级运行时,输出脉冲幅值高达1 860 V(变比增益为10.3),半高宽7.0 ns;在模块化运行下,能量转化效率提高320%,负载端脉冲波形重复频率高达10 MHz,实验结果与理论分析相符。

摘要：场畸变开关是脉冲功率系统的关键器件,其低时延和低抖动性能参数是输出高幅值、快前沿脉冲的重要保障。在Marx发生器前级所用的场畸变开关,其要求时延和抖动尽可能小,才能保证Marx发生器装置输出特性具有快前沿、低抖动的稳定性。单孔触发电极的场畸变开关由于初始有效电子产生和扩散较慢导致时延较长,多孔触发电极结构的提出在一定程度上可以降低时延,但是抖动会增大,对于多孔触发电极场畸变开关如何同时保证低时延和低抖动需要进一步研究。因此,该文通过对传统单孔触发电极结构进行优化改进,提出了改变孔径大小和孔的个数的优化组合设计用于实现低时延,同时还显著地改善了抖动。实验结果表明:5 mm十六孔触发电极结构的场畸变开关在工作系数为71.1%~85.3%时,即工作电压在20~24 kV时,时延在45.2~41.1 ns之间,抖动在6.87~5.87 ns之间,相较于传统的单孔触发电极结构,其时延和抖动分别下降了14.8%和16.1%,性能提升明显。该文所设计的场畸变开关满足工程应用需求,为研究多孔型场畸变开关的性能提供了新思路。

摘要：高压脉冲功率技术在国防、绝缘材料、生物医学工程等领域具有广泛应用,为研究百纳秒脉冲电场对细胞产生的生物电学效应,设计了一种基于“背靠背”充电、混合式隔离的全固态Marx百纳秒脉冲发生装置。该装置共5级,以MOSFET作为放电主开关,共包含9个电容及5个开关,减少了开关使用数量。每级模块包含2个电容及1个MOSFET开关,并采用电阻隔离的正极性回路和二极管隔离的负极性回路两部分分别对2个电容充电,实现“背靠背”式连接。采用Pspice软件验证了该拓扑结构的可行性。该百纳秒脉冲装置采用可编程门阵列产生控制信号,输出的高压脉冲参数为:电压幅值0~4.3 kV,脉冲宽度0.3~5μs,重复频率0.001~10 kHz,上升沿42ns。该装置的脉冲宽度、幅值及频率均灵活可调,通过模块化设计,可增加模块数量进一步提高输出电压幅值。

摘要：针对等离子体及其应用对于高可靠性、小型化高压重频脉冲电源的需求,研制了一种基于感应叠加原理的模块化脉冲电源。该脉冲电源采用绝缘栅门极晶体管(insulated gate bipolar translator,IGBT)作为主开关,基于脉冲变压器升压和感应叠加原理实现多个单元模块的脉冲电压叠加,从而获得高压短脉冲。首先基于PSpice软件验证该拓扑结构的可行性并为元件选型提供理论指导,最终研制出基于感应叠加原理的脉冲电源的样机,其输出脉冲参数为:幅值为0~15 kV可调,重复频率为1~10 kHz可调,脉宽为5~7μs。脉冲电源采用模块化设计,在保证各模块之间绝缘的前提下,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。依托该脉冲电源开展介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体试验,验证了该脉冲电源产生等离子体的可靠性。

摘要：基于双峰型级配泥沙的非均匀性,引入由双峰系数、相对粒径组成的双峰型泥沙隐暴系数修正均匀沙上举力系数与拖曳力系数,采用均匀沙相对暴露度分布得到力臂期望值,结合近底水流的随机性,建立双峰型泥沙起滚概率计算公式。基于床面泥沙起悬与起滚两种起动方式,建立清水冲刷双峰型泥沙粗化层级配预报多步计算模式,并进行参数敏感性分析。经试验资料验证,公式预报精度良好。