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1、·42·Mar.2003HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol.29No.3脉冲功率技术小型纳秒级电压脉冲发生器的研制DevelopmentofCompactNanosecondPulsedHighVoltageGenerator吕 亮,方 亮,刘 蕾,屠德民(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049)摘 要 研制了一台体积小,重量轻的新型ns级电压脉冲111 直流稳压电源部分发生器,可用于电声脉冲法测量空间电荷的试验装置中。该该部分由升压电路及控制电路组成(见图1)。发生器采用以开关电路为基础的电源代替原来的工频
2、整流所用反激型开关电源功率负载特性较好、利用率较电源,以湿簧管代替火花间隙,使得电源的重量下降到原来的1ö5,体积也大缩小。经试验可输出脉冲宽度为20ns,幅值高,最大输出电压2kV,负载2M8,相应最大输出最高为2000V的可调纳秒级脉冲电压。功率约2W。单端反激型开关电源原理见图2。AbstractAnovelandcompacthigh-voltagenanosecondpulserisproduced,whichcanbeusedinthePulsedElectro-acoustic(PEA)measuringapparatus.Inth
3、enanosecondpulser,theoriginalmainfrequencypowerrectifierandwetreedrelayaresubstitutedbyswitchingdircuitandsparkgap,respectively.Itistheresultthattheweightofpowersourceis图1 直流稳压电源部分组成框图reducedbyafactorof5andthecapacitybecomesmuchsmaller.Itcangenerateadjustablevoltagepulses20ns
4、inwidthand2000Vinamplitude.关键词 高压脉冲发生器 空间电荷 纳秒级KeywordsHVpulserspacechargenanosecond中图分类号 TM933 文献标识码 A0 引 言图2 单端反激型开关电路的原理图[1]图中,功率MOS管T作为开关和高频变压器Takada教授在1983年提出的电声脉冲法,现已发展成为研究固体介质中空间电荷分布的一种的原边串联,接入主电源U1,高频变压器的副边和成熟的测量技术。其基本原理是受电脉冲作用的介整流二极管D、输出端滤波电容C0以及负载R0接质试样内部有空间电荷存在,故
5、会产生不均匀形变,在一起;变压器原副边匝数比为n=NpöNs;忽略T测量声信号可从中得到空间电荷分布的信息。测量导通时的饱和压降即变压器的原边输入电压为U1,灵敏度及分辨力与电脉冲的形状密切相关,故电压D承受反向偏置电压,不导通,负载R0的电流为C0脉冲发生器为该装置的关键部件。但传统的电压脉的放电电流。T截止时,因变压器原边的电流不可能冲发生器由火花间隙产生电脉冲,其缺点是脉冲频突变,故原副边电压极性反转,D处于正向偏置电压率不易调节,脉冲波形易变化。状态而导通,变压器副边通过D向C0充电:本文介绍的小型化ns级电压脉冲发生器以开设q为占空比,
6、则U0=qU1ön(1-q)。当开关q关电路为基础提供直流高压电源代替原来的工频整>015时q对电路也起到了升压作用。若将输出模式流电源,以湿簧管代替火花球隙,以同轴电缆为脉冲控制端接地,则输出q>50à,且q越大,升压作用成形线和传输线,制成可输出脉冲宽度为20ns,最越强。q为其最大值96à时相当于升压24倍。高脉冲电压为2kV且体积小、重量轻、脉冲频率可 在本仪器中此电路为升压电路,适当地调节q调的小型化ns级电压脉冲发生器。和n可得到相应的升压;因所需要的功率很小,并且在变压器的副边输出电压远远大于D的压降,故不1 高压脉冲装置的组成考
7、虑对仪器效率的影响。研制的ns电压脉冲发生器包括直流稳压电源考虑到电路复杂性和成本等,这里选择常用的和脉冲成形两个部分。脉宽调制方式控制开关电源中功率MOS管T。2003年3月 高电压技术 第29卷第3期 ·43·采用占空比连续可调且便于分析的TL494电上施加输入电压UDD,端子2,6电压为零,端子3输路作为控制开关电源中T的方波控制电路。TL494出高电位,给C1充电;是频率固定的脉宽调制型控制器,包含有振荡频率(2)当C1上电压>(2ö3)UDD时,端子3输出电由外接元件RT(引脚6)和CT(引脚5
8、)决定的锯齿波压低,C1将通过端子3缓慢放电;C1上电压<(1ö3)振荡器,其f≈111öRTCT,一般RT为5～100k8,UDD时,
