延时可控高压脉冲发生器的设计

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1、延时可控高压脉冲发生器的设计

2、第1摘要：将数字延时及高压脉冲形成电路结合在一起构成高精度的高压脉冲发生器，用于触发Marx发生器及高压脉冲触发装置，也适用于高压雷管起爆装置。以CPU8031为控制核心，采用VE4137A型高电压、大电流、低抖动、快速氢闸流管构成高压脉冲形成级，MOSFET作为驱动级。延时可控，延时范围为10ns至99μs，连续可调，数显；高压脉冲幅度为5～30kV，前沿小于16ns，脉宽大于300ns，抖动小于10ns。关键词：高压脉冲；脉冲发生器；快速高压开关管；延时控制Designo

3、fControllableDelayHighVoltagePulseGeneratorLIUYun-tao,XIEMin,GaoPing,etcAbstract:AhighprecisionhighvoltagepulsegeneratorisdesignedbybiningadigitaldelayandahighvoltagepulsegeneratingcircuittotriggerMarxgeneratorandhighvoltagepulsetriggeringdevice.Thegenera

4、torcanalsobeusedforhighvoltagedetonatorinitiatingdevice.CPU8031isusedasthecentralcontrollerandVE4137Aquickhydrogenthyratronplituderangesin5～30kVouseg(this)">图1高压脉冲发生器组成框图外触发控制电路是将外触发信号通过内部的比较器进行电压比较，再通过光电隔离器使外触发信号的地与控制线路的地分开，以屏蔽和减弱外界的电磁干扰及地干扰，增强本机的抗干扰能力。单

5、片机控制电路、延时电路是通过单片机实现人机对话，来预置延时电路的延时时间，达到延时可控目的。驱动电路是将延时电路输出幅度较低的脉冲信号变为较高幅度的脉冲信号，用以驱动后级高压脉冲形成电路。直流高压电路采用DC／DC变换，低压24V经振荡电路产生频率较高交流信号，再经高频脉冲变压器升压及多级倍压输出5～30kV连续可调的直流高压，为高压脉冲形成电路供电。高压脉冲形成输出电路是本机重要部分，主要是形成和输出负高压脉冲。2.2工作原理由键盘键入所要求的延时时间，通过8031芯片内部程序控制延时器所要求的动作时间

6、。当外触发信号输入时，外触发控制电路开始工作，输出一个脉冲信号触发延时电路，延时器开始计数，当达到所设定的时间时，延时器停止工作，同时输出一个脉冲信号，触发驱动电路，使驱动电路输出一个正脉冲信号，使开关管S导通，储能电容C经S向负载电阻放电（见图2），从而在与同轴电缆相匹配的负载上获得与直流高压幅度相同，极性相反的高电压脉冲。500)this.style.ouseg(this)">图2高压脉冲形成电路3电路的设计3.1高压脉冲形成电路设计根据指标要求，在负载电阻75Ω上，输出最大幅度Vomax为30kV，

7、前沿tr≤16ns，脉宽T1/2≥300ns的高压脉冲，则选择高压脉冲形成器件是本机设计的重点。该器件需具有耐压高、电流大、开关速度快、抖动小等特点。美国EG＆G公司生产的GP－12B管，工作电压、电流、前沿均可满足要求，但抖动较大。国产V型管，耐压达不到要求，且延迟、抖动较大。国产氢闸流管VE4137A阳极峰值电压33kV，峰值电流1.5kA，前沿≤10ns，抖动≤5ns，是较理想的高压脉冲形成器件。高压脉冲形成电路如图2所示。图中VH为高压脉冲形成电路的直流供电电源，5～30kV，极性为正、连续可调、

8、组件式。脉宽主要取决于储能电容C的大小，按式（1）V1/2=Vo500)this.style.ouseg(this)">(1)式中：Vo为输出高压脉冲幅度；V1/2为Vo的50％，即，V1/2=500)this.style.ouseg(this)">Vo；T1/2为半高宽，即幅度为V1/2时波形的宽度，取T1/2=0.3×10－6s；R为负载电阻，75Ω；C为放电电容。将数据代入式（1）并整理得：C=500)this.style.ouseg(this)">=5.8nF实取C=6.6nF用两只3300pF/

9、35kV陶瓷电容并联。3.2单片机延时电路设计仪器的控制核心由CPU8031、大规模集成电路8155和EPROM2732组成。CPU8031是单片机的核心，它实现人机对话并完成对EPLD（可编程逻辑器件）的初始化和数据装入。8155用作键盘和显示器接口。EPROM2732用于存储延时同步单元的全部程序，开机后CPU从EPROM2732中读取指令进行程序控制。延迟时间的输入，显示以及EPLD器件初始化的完成在CPU8031的控制