基于场效应管串并联拓扑结构的高压纳秒脉冲电源的研究

发布时间：2017-07-06 19:01

  本文关键词：基于场效应管串并联拓扑结构的高压纳秒脉冲电源的研究

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【摘要】：开关上升下降沿为毫秒,微秒甚至是纳秒级的脉冲电源在多种工业领域中都有广泛的应用。比如在医疗领域的电穿孔技术,在食品工业领域的超声除尘和液体食品杀菌,电子工业领域的激光管驱动,高速摄影控制,阴极射线管的扫描电路等等。随着工业技术的发展,对这些这些脉冲电源提出了越来越高的要求,它们要能提供越来越快的开关速度,越来越高的脉冲电压幅度,越来越高的频率和越来越低的负载阻抗和功耗。它们要能在开关瞬间提供很大的瞬时的脉冲电压电流或功率,在以往,这些脉冲电源需要非常昂贵的真空弧光放电管,或闸流管器件和复杂的电路来实现。随着现代电力电子技术的发展,功率MOSFET和雪崩三极管的性能越来越高,在技术上为实现这类脉冲电源的特殊的性能要求提供了技术可能。经过精心的设计,使用这些功率MOSFET和雪崩三极管等固体开关器件可以获得更简化的设计结构,更低廉的价格,可以达到纳秒级的上升沿和千伏级的脉冲电压幅度。本文旨在研究和设计这样一套基于纯固体电力电子器件即功率MOSFET和雪崩三极管的串并联拓扑结构的脉冲高压发生器,应该说,要实现这样一个高指标的设计目的,需要将雪崩三极管和功率MOSFET的性能指标发挥到最大程度,需要对它们的结构,性能,特点和参数有深入的掌握和了解,并对高频开关领域所涉及的杂散电感,寄生电容和震荡等问题有细致的考量和处理,对电路板设计和器件布置进行优化。本文首先对这些功率电力电子器件的结构,工作特点和性能进行了回顾,结合高压脉冲发生器的技术需求进行了有针对性的总结和分析,进而提出了自己的设计思路,通过仿真和搭建实际测试电路进行了比对分析和总结,细致研究了电路拓扑结构与开关波形畸变的关系,分析了影响波形上升沿和下降沿的因素和导致开关波形震荡和过冲的原因,得出了符合性能需求的设计方案。
【关键词】：纳秒上升沿 脉冲发生器 功率MOSFET 雪崩三极管 Marx发生器
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN782;TN386
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 研究意义和国内外现状11-13
• 1.1.1 研究背景和意义11-12
• 1.1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2 MOSFET的结构和特点13-15
• 1.3 MOSFET的模型15-16
• 1.4 MOSFET的关键参数16-17
• 1.5 MOSFET的漏感的影响17-18
• 1.6 MOSFET的开关损耗18-19
• 1.7 雪崩三极管的结构特点和工作模式19-24
• 1.8 雪崩三极管在脉冲发生器中的应用24-25
• 第2章 串联MOSFET驱动电路的设计25-36
• 2.1 MOSFET驱动电路的基本原理25-26
• 2.2 驱动电路的负载特性和输出阻抗要求26-30
• 2.2.1 栅极驱动电路的电压限制26-27
• 2.2.2 驱动电路的容性负载特性27-29
• 2.2.3 驱动电路对低输出阻抗的要求29-30
• 2.3 高压陡前沿MOSFET驱动电路的实现方式30-32
• 2.3.1 使用雪崩三极管的驱动方式30-31
• 2.3.2 图腾柱结构的驱动方式31-32
• 2.4 栅极驱动电路的隔离方式32-33
• 2.5 关断电路的设计33-34
• 2.6 误导通和误关断的分析34-36
• 第3章 MOSFET实验电路仿真分析36-47
• 3.1 MOSFET单元测试仿真电路36-37
• 3.2 单个MOSFET构成的微脉冲发生器仿真电路37-38
• 3.3 雪崩三极管推MOSFET的单元实验电路测试38-39
• 3.4 串联MOSET脉冲发生器仿真电路39-41
• 3.5 并联转串联的MOSET脉冲发生器仿真电路41-47
• 3.5.1 稳态均压分析42-44
• 3.5.2 开关暂态过程的均压分析44-45
• 3.5.3 仿真结果分析45-47
• 第4章 串联MOSFET实验电路测试和性能分析47-53
• 4.1 实验主电路的设计47-49
• 4.2 Mosfet栅极驱动电路的设计和芯片选型49-51
• 4.3 实验结果验证51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 总结53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57

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1 Todd Stocker;;脉冲发生器的评价[J];今日电子;2006年08期

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4 吴红光;王晓;李玺钦;赵延安;曹科峰;梁川;;300kV高压脉冲发生器[J];强激光与粒子束;2012年03期

5 王贡献;王名汉;华宏星;汪玉;;液压脉冲发生器机理与非线性特征分析[J];中国机械工程;2013年12期

6 张大伟;张子阳;;高压脉冲发生器碎石研究[J];中国科技信息;2013年23期

7 ;可控脉冲发生器[J];自动化;1972年00期

8 ;国外脉冲发生器发展水平与动向[J];电子测量技术;1977年05期

9 过雅南;李启明;吴熙东;;延迟脉冲发生器[J];电子测量技术;1990年03期

10 黄光明，，范开堂，刘立民，刘武;选定成分成像高压脉冲发生器的研制[J];电子器件;1994年03期

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1 杨峰;薛泉;陈志豪;;一种新型的脉冲发生器的设计[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

2 邱景辉;李红梅;林澍;;电磁脉冲发生器信号分析[A];2005'全国微波毫米波会议论文集（第二册）[C];2006年

3 侯锐;张建德;杨建华;杨杰;冯常顺;张瑜;李小林;汪伟;苏正平;;一种层叠脉冲发生器的初步研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集（第一卷·第7册）[C];2009年

4 邢静媛;刘丽莉;;大幅度纳秒脉冲发生器[A];第7届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集（一）[C];1994年

5 肖明珠;;可调高压脉冲发生器[A];中国工程物理研究院科技年报（2002）[C];2002年

6 王建;章锡明;姚陈果;李成祥;米彦;;一种多参数可调纳秒脉冲发生器的研制[A];重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集[C];2010年

7 刘云涛;谢敏;高平;张纪昌;马成刚;冯宗明;马军;;延时可控高压脉冲发生器的设计[A];第二届全国特种电源与元器件年会论文集[C];2002年

8 赵强;王贵荣;王玉芝;董志伟;;级联变匝间距爆磁压缩脉冲发生器等效电路模型的数值模拟[A];中国工程物理研究院科技年报（2002）[C];2002年

9 杨实;杨汉武;钱宝良;钟辉煌;;基于磁开关的全固态、高功率、长脉冲发生器的初步研究[A];第三届全国粒子加速器技术学术交流会论文集[C];2007年

10 姚陈果;赵东阳;米彦;李成祥;秦剑波;章锡明;孙才新;;一种高压ps脉冲发生器的设计与实现[A];重庆市电机工程学会2010年学术会议论文集[C];2010年

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1 陕西 赵德军 编译;测试用的脉冲发生器[N];电子报;2014年

2 荆州 刘先松;智能脉冲发生器[N];电子报;2001年

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4 盛国太;起搏器常识[N];家庭医生报;2006年

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1 林加金;平板PFN-层叠Blumlein型长脉冲发生器的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2014年

2 杨实;基于磁开关和带状线的长脉冲、超低阻抗脉冲发生器及其相关技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

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本文编号：527387