冲击磁铁回路电感对传输线放电的影响

《冲击磁铁回路电感对传输线放电的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第16卷第2期强激光与粒子束Vol.16，No.22004年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.，2004文章编号：1001-4322（2004）02-0231-04*冲击磁铁回路电感对传输线放电的影响冯德仁，王相綦，尚雷，裴元吉，樊宽军（中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽合肥230029）摘要：分析了脉冲调制器产生短脉冲时冲击磁铁回路电感对脉冲前后沿和宽度不可忽略的影响，从理论上导出了冲击磁铁回路电感与脉冲前后沿的关系，给出并分析了几组实验结果，提出了采用屏蔽结构和适当增加阻抗等两种可行的减小脉冲

2、前沿的方案。关键词：传输线；冲击磁铁；回路分布电感中图分类号：TL503.3文献标识码：A在加速器中，常常需要将传输线对冲击磁铁放电，产生脉冲励磁电流。对脉冲电流的上升沿和平顶，有时要求并不是很严格，如注入系统中用来形成凸轨的脉冲磁场所需的脉冲励磁电流，只需脉冲励磁电流是半个正［1，6］弦波。而另一种情况下对脉冲电流的上升沿以及平顶的要求非常严格，如利用轨道扰动法产生长时间间［2］隔光脉冲所需的脉冲励磁电流，要求脉冲电流的上升沿和平顶都很短。对于合肥光源（HLS）储存环，即使是［2］单束团运行的情况下，其上升沿要求在50ns左右，平顶要求在

3、100ns左右，整个脉冲底宽不能超过220ns。当所需的脉冲非常短时，就必须考虑冲击磁铁回路的电感对传输线放电形成脉冲的影响了。1理论分析与仿真考虑冲击磁铁回路电感的传输线放电电路如图1所示。图中L为冲击磁铁回路的电感，包括冲击磁铁电感Lk和分布电感Ld，分布电感Ld主要由闸流管主开关导通电感Lth，匹配电阻分布电感Lr，以及连线的分布电感Ll构成。因而有：L=Lk+Ld=Lk+Lth+Lr+Ll当开关K合上后，自t≥0至t<2т时刻，匹配负［3，4］载R上的电流为Fig.1Simplifiedcircuitmodelofpulsemodu

4、latorV-（R+Z）tI=［1-eL］（1）图1基本的脉冲调制器电路图（R+Z）式中：Z为传输线的阻抗；V为传输线充电电压；2т为脉冲宽度（2т=2l/v），l为传输线的长度，v为波在传输线中的传播速度。t≥2т后，负载R上的电流为VR+Z-（R+Z）tI=［R-Z+2Z（1+t）eL］（2）2（R+Z）L为方便起见，假定Z=R，脉冲平顶处电流为I0=V（/R+Z）=V/2R（3）-1如果将负载电流由0上升至（1-e）I0所需的时间定义为放电电流上升时间并记为тu，则由（1）式可得тu=L/2R（4）可以看出，只有在L=0或无电流的理想

5、情况下，тu才为零。［5］假定回路总电感为0.2µH，对阻抗为50Ω和12.5Ω两种情况进行PSpice模拟，结果如图2所示。冲击磁铁回路的电感，传输线阻抗和匹配负载对脉冲的上升时间тu的影响可以明显地看出，尤其是匹配*收稿日期：2003-04-22；修订日期：2003-09-01基金项目：国家自然科学基金资助课题（10175062）作者简介：冯德仁（1967—），男，博士研究生，从事脉冲功率技术的研究；合肥6022信箱。232强激光与粒子束第16卷负载的影响，当L一定时，因为тu=L/2R，在增大充电电压前提下适当增加阻抗，可以减少上升时

6、间。Fig.2Simulationofthedischargingpattern图2放电电流模拟图2实验结果与分析我们进行了一系列的传输线充放电实验，希望获得200ns左右的短脉冲。实验条件如下：LAMBDAEMI公司的恒流源电源，一台脉冲调制器，同轴传输电缆（内径1.5mm，外径8mm，电磁波传播速度v=0.259×10m/s），Rogowski感应线圈，TDS3032示波器，匹配电阻，冲击磁铁（电感约为0.25µH），为了获得不同条件下的数据，我们在不同长度的同轴传输电缆（50m，25m二根并联和12.5m四根并联），不同的充电电压下进

7、行了实验，结果分别如图3～图5所示。Fig.3Dischargingpatternat2kVchargingvoltage测出上升时间分别为тu=36ns，55ns和70ns。图3充电电压为2kV时的放电波形为了进一步减小分布电感，我们设计了如图6所示的同轴屏蔽结构并重复了l=12.5m，Z=12.5Ω，R=12.5Ω条件下的实验，结果如图7所示。同轴屏蔽结构的外壳用薄铜板做成，并与地联接，构成同轴结构，这样可以有效地降低分布电感。最后测出上升时间тu=50n（s原上升时间为70ns，见图5），的确有所改善。第2期冯德仁等：冲击磁铁回路电感

8、对传输线放电的影响2333相关问题与分析3.1回路电感的计算从上面的实验结果结合тu=L/2R，可以计算出冲击磁铁回路的电感，扣除冲击磁铁自身的电感量后可得在50m单根，25m二