基于栅控晶闸管的小型化脉冲形成网络设计
发布时间：2021-08-09 13:08
脉冲形成网络是一种通过脉冲调制产生脉冲功输出的脉冲功率技术,被广泛应用于国防科研与国民经济领域。为满足便携式工程应用需求,功率半导体器件替代传统脉冲开关器件已成为脉冲功率系统固态化发展的主要趋势,同时越来越多的研究也开始关注脉冲形成网络在固态化和小型化发展过程中涉及到的关键问题。与传统脉冲开关相比,由于受器件物理结构和制作工艺限制,功率半导体导通功率密度相对较小,且易受电磁环境中干扰信号与自身功率损耗所产生热能影响。为应对上述问题,本文提出了一种基于阴极短路栅控晶闸管（Cathode-Short MOS-Controlled Thyristor-CS-MCT）的固态小型化脉冲形成网络,具体内容如下。首先,通过脉冲传输线理论分析了脉冲形成网络的系统结构和工作机理;利用基尔霍夫电路定理详细分析了准矩形脉冲波形的脉冲上升前沿和平顶纹波系数,具体给出了LC传输网络的器件参数和脉冲开关性能对重要波形参数的影响程度,并指出脉冲功率开关应具备导通阻抗低、开启速度快和导通稳定性好的基本特点。其次,利用具有低导通阻抗和抗浪涌电流能力强的CS-MCT并结合等值LC传输网络,设计出小型化脉冲形成网络原型,然...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某款水介质PFL型脉冲调制器结构图[11]
改进触发器和高功率充电电源后，该调制器的工作频率可稳定在100Hz[21]。随后2005年，圣地亚国家实验室的研究人员又基于高电流的直线变压器驱动源(LinearTransformerDriver，LTD)展开了进一步探索性实验，在工作电压为85kV的条件下，系统内PFN模组可为LTD提供脉冲重复频率1/30Hz、峰值工作电流514.6kA±4.8kA和上升沿60.6ns±1.7ns的输出脉冲电流，并使该LTD展现出很好的工作稳定性，促进PFN脉冲功率技术在LTD系统中实践应用，并为其发展打下了坚实的基础[22]。（a）直线变压器驱动源（LTD）（b）紧凑型PFN-Marx模块图1-4紧凑型PFN-Marx模块和直线变压器驱动源（LTD）[22],[23]D.H.Barnett和K.Rainwater等人在得克萨斯理工大学脉冲功率与电力电子中心设计了一种紧凑型的PFN-Marx模块用于驱动高功率微波源（HPM），其Marx模块由12组PFN单元构成，每组PFN单元采用若干节2.1nF、50kV高压储能电容
电子科技大学硕士学位论文4组成（如图1-4(b)所示）；Marx脉冲产生器可输出幅值600kV、脉冲前沿宽度6~8ns的脉冲电压，单次释放脉冲能量达160J，作用于时变输出负载端时脉冲重复频率（a）LC传输网络（b）串联IGBT模块图1-5PFN脉冲产生装置及IGBT控制模块[24]可达100Hz[23]。R.Rosol和P.Adraktas等人为欧洲核子研究委员会的电子直线加速器设计并改进了某款Guillemin-E原型的PFN脉冲产生装置，由4组LC传输网络组成，每组包括15个1μF储能电容（如图1-5(a)所示），脉冲控制开关采用两组商用IGBT模块串联构成（如图1-5(b)所示）；该款PFN装置在6.25Ω匹配负载的测试条件下可产生脉冲上升沿宽1μs、平顶脉冲宽度范围140~620μs、平顶抖动幅度1%的高质量1kA脉冲电流，输出重复频率1.1Hz[24]。图1-6Marx发生器的结构示意图此外，美国泰坦公司也研制了一台小型化型Marx脉冲功率源，该装置采用低感轨道开关和低内感电容器，将四级快速Marx发生器的能量储存密度有效提高至
【参考文献】：
期刊论文
[1]准方波脉冲形成网络的理论分析与设计[J]. 王传伟,李洪涛. 强激光与粒子束. 2018(03)
[2]宽平顶脉冲形成网络放电特性研究[J]. 朱枫,熊长征. 物联网技术. 2017(05)
[3]紧凑型脉冲形成网络的优化设计[J]. 朱亚辉,刘庆想,王庆峰. 强激光与粒子束. 2016(03)
[4]国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势[J]. 钱宝良. 真空电子技术. 2015(02)
[5]一种高di/dt栅控晶闸管的三重扩散工艺优化[J]. 孙瑞泽,陈万军,彭朝飞,阮建新,张波. 电子与封装. 2014(07)
[6]高重复频率脉冲功率技术及其应用:（4）半导体开关的特长与局限性[J]. 江伟华. 强激光与粒子束. 2013(03)
[7]PIN限幅器微波脉冲效应数值模拟[J]. 赵振国,马弘舸,王艳. 微波学报. 2012(S3)
[8]脉冲形成网络的设计与实验研究[J]. 王庆峰,高国强,刘庆想,张政权,胡克松. 强激光与粒子束. 2009(04)
[9]脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述[J]. 郑建毅,何闻. 机电工程. 2008(04)
[10]Marx型脉冲形成网络的研究[J]. 龙霞锋,刘永贵. 中国物理C. 2008(S1)
硕士论文
[1]重复频率长寿命气体火花开关的研究[D]. 贺臣.华中科技大学 2004
本文编号：3332124
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
某款水介质PFL型脉冲调制器结构图[11]
改进触发器和高功率充电电源后，该调制器的工作频率可稳定在100Hz[21]。随后2005年，圣地亚国家实验室的研究人员又基于高电流的直线变压器驱动源(LinearTransformerDriver，LTD)展开了进一步探索性实验，在工作电压为85kV的条件下，系统内PFN模组可为LTD提供脉冲重复频率1/30Hz、峰值工作电流514.6kA±4.8kA和上升沿60.6ns±1.7ns的输出脉冲电流，并使该LTD展现出很好的工作稳定性，促进PFN脉冲功率技术在LTD系统中实践应用，并为其发展打下了坚实的基础[22]。（a）直线变压器驱动源（LTD）（b）紧凑型PFN-Marx模块图1-4紧凑型PFN-Marx模块和直线变压器驱动源（LTD）[22],[23]D.H.Barnett和K.Rainwater等人在得克萨斯理工大学脉冲功率与电力电子中心设计了一种紧凑型的PFN-Marx模块用于驱动高功率微波源（HPM），其Marx模块由12组PFN单元构成，每组PFN单元采用若干节2.1nF、50kV高压储能电容
电子科技大学硕士学位论文4组成（如图1-4(b)所示）；Marx脉冲产生器可输出幅值600kV、脉冲前沿宽度6~8ns的脉冲电压，单次释放脉冲能量达160J，作用于时变输出负载端时脉冲重复频率（a）LC传输网络（b）串联IGBT模块图1-5PFN脉冲产生装置及IGBT控制模块[24]可达100Hz[23]。R.Rosol和P.Adraktas等人为欧洲核子研究委员会的电子直线加速器设计并改进了某款Guillemin-E原型的PFN脉冲产生装置，由4组LC传输网络组成，每组包括15个1μF储能电容（如图1-5(a)所示），脉冲控制开关采用两组商用IGBT模块串联构成（如图1-5(b)所示）；该款PFN装置在6.25Ω匹配负载的测试条件下可产生脉冲上升沿宽1μs、平顶脉冲宽度范围140~620μs、平顶抖动幅度1%的高质量1kA脉冲电流，输出重复频率1.1Hz[24]。图1-6Marx发生器的结构示意图此外，美国泰坦公司也研制了一台小型化型Marx脉冲功率源，该装置采用低感轨道开关和低内感电容器，将四级快速Marx发生器的能量储存密度有效提高至
【参考文献】：
期刊论文
[1]准方波脉冲形成网络的理论分析与设计[J]. 王传伟,李洪涛. 强激光与粒子束. 2018(03)
[2]宽平顶脉冲形成网络放电特性研究[J]. 朱枫,熊长征. 物联网技术. 2017(05)
[3]紧凑型脉冲形成网络的优化设计[J]. 朱亚辉,刘庆想,王庆峰. 强激光与粒子束. 2016(03)
[4]国外高功率微波技术的研究现状与发展趋势[J]. 钱宝良. 真空电子技术. 2015(02)
[5]一种高di/dt栅控晶闸管的三重扩散工艺优化[J]. 孙瑞泽,陈万军,彭朝飞,阮建新,张波. 电子与封装. 2014(07)
[6]高重复频率脉冲功率技术及其应用:（4）半导体开关的特长与局限性[J]. 江伟华. 强激光与粒子束. 2013(03)
[7]PIN限幅器微波脉冲效应数值模拟[J]. 赵振国,马弘舸,王艳. 微波学报. 2012(S3)
[8]脉冲形成网络的设计与实验研究[J]. 王庆峰,高国强,刘庆想,张政权,胡克松. 强激光与粒子束. 2009(04)
[9]脉冲功率技术的研究现状和发展趋势综述[J]. 郑建毅,何闻. 机电工程. 2008(04)
[10]Marx型脉冲形成网络的研究[J]. 龙霞锋,刘永贵. 中国物理C. 2008(S1)
硕士论文
[1]重复频率长寿命气体火花开关的研究[D]. 贺臣.华中科技大学 2004
本文编号：3332124
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3332124.html
