高重复频率纳秒级脉冲发生器研究

发布时间：2020-12-22 00:21

　　为实现高重复频率纳秒级脉冲输出,提出了采用射频功率MOSFET,基于感应叠加拓扑的脉冲发生器。脉冲发生器采用15个模块化组件,每个组件输出670 V/50 A脉冲,每个组件的输出脉冲在感应变压器次级串联叠加,得到10 kV/50 A高压脉冲。为实现脉冲前沿小于5 ns,必须尽量降低脉冲变压器漏感以及组件和系统的回路电感。感应脉冲变压器采用圆柱形同轴结构,初次级均为单匝,并且和脉冲发生器单元一体化设计,以减小漏感以及组件分布电感。采用大功率驱动电路和同步触发器,实现MOSFET开关的快速导通和关断,以及触发的一致性。仿真结果显示设计能够满足指标要求。 

【文章来源】：微波学报. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

感应叠加拓扑

为获得纳秒级脉冲前沿,必须要尽量减小脉冲变压器的漏感。因此,感应脉冲变压器的初级和次级均设计成单匝,并且采用圆柱形同轴结构形式。除了变压器的漏感,对脉冲前沿影响较大的还有回路的引线电感,以及每个脉冲发生器单元的电容和开关的寄生电感。因此,脉冲发生器单元和感应脉冲变压器采用一体化结构设计。为脉冲变压器设计了合适尺寸的镀银铜板金属罩,将磁芯环绕封闭在金属罩中间,金属罩的上下层之间留有间隙,作为变压器的初级绕组。金属罩的间隙处,上下层均伸出带有紧固孔的铜板作为脉冲变压器的外部接口,与脉冲发生器单元直接连接。该设计一方面最大化减小放电回路的路径,一方面起到对脉冲发生器单元的支撑固定作用。每一个脉冲发生器单元和对应的感应脉冲变压器形成一个脉冲发生器组件,单个脉冲发生器组件可输出一定的脉冲电压和脉冲电流。多个脉冲发生器组件依次堆叠后,采用金属杆穿过所有脉冲变压器磁芯的中央,作为变压器的次级绕组,次级绕组上输出的脉冲电压为所有脉冲发生器组件输出电压的叠加。采用紧凑型设计的脉冲发生器布局如图2所示。2.2 开关管选择

为减小每个脉冲发生器组件的分布电感,并降低单个射频MOSFET开关的电流应力,每个组件包括两个相同的脉冲发生器单元,如图3所示。这种设计,相当于两个脉冲发生器单元共同分担50 A的负载脉冲电流以及变压器励磁电流。需要指出的是,为防止在负载短路或触发信号不同步时造成的瞬态高压损坏MOSFET开关,在MOSFET开关的漏极和源极并联了缓冲吸收电路,并在脉冲变压器初级设置了电压钳位电路。为保证电流平均分配,两个脉冲发生器单元采用对称排布,紧紧围绕脉冲变压器的环形磁芯,并利用金属罩接口分别固定在脉冲变压器的两端,每个单元和脉冲变压器初级绕组形成的放电回路的路径严格相等,如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2930787