脉冲功率电子学(概述)

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1、什么是脉冲？在短时间内突变，随后又迅速返回其初始值的物理量。脉冲脉冲技术低电压小功率脉冲技术高电压大功率脉冲技术脉冲技术脉冲功率广义的电压，功率狭义的狭义的脉冲技术，随着无线电、通讯和计算机技术的发展，已经有相当长的发展和应用历史，现在已经成为一门十分完整的先进科学技术。(传统的)脉冲功率从上世纪70年代后期，随着核物理技术、电子束、加速器、激光、放电理论和等离子体技术等的研究和日益广泛的应用，脉冲功率技术才得到重视和迅速的发展。脉冲功率技术，则是一门新兴的技术。脉冲功率脉冲功率（pulsedpower）：意思是以脉冲形式出现的功率（单位时间能量）。将电能慢慢地高

2、密度储存起来，然后脉冲地短时间快速释放出来，从而获得巨大脉冲功率。本课程所讲的脉冲功率，是把能量高密度地慢储存起来，然后脉冲地短时间快速释放而产生的高功率电脉冲。本课程讲授内容1.脉冲功率技术概要2.脉冲功率储能技术3.高功率开关技术4.脉冲功率绝缘5.脉冲成形技术6.脉冲测量技术7.脉冲功率技术应用教材及参考书选用教材李正赢，脉冲功率技术，水利电力出版社，1992主要参考书王莹，高功率脉冲电源，原子能出版社，1991PaiS.T.,QiZhang，Introductiontohighpowerpulsetechnology，Singapore:WorldScie

3、ntific,1995刘锡三，高功率脉冲技术，国防工业出版社，2005H.Bluhm著，江伟华、张弛译，脉冲功率系统的原理与应用，清华大学出版社，2008第一章脉冲功率技术概要什么是脉冲功率技术脉冲功率技术是研究产生各种强电（准确波形的纳秒高压）脉冲功率输出的发生器系统及其相关技术。第一节脉冲功率技术的发展初始能源中间储能脉冲压缩和变换负载msusns激光、粒子束、等离子体、强磁场、强电场、EM枪、微波等0.1MW10MW1000MW什么是脉冲功率技术？脉冲功率的实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在极短时间内（20-100ns）的高峰值功率输出。由初始储

4、能技术（电容器储能、电感器储能、超导储能、机械储能、化学储能、核能等）产生所需的初级脉冲波形（毫秒到微秒量级），然后再利用脉冲成形和开关技术，在在时间尺度上通过对能量的脉冲进行压缩、整形，实现输出脉冲峰值功率的放大，并输出到负载，为高科技装置和新概念武器提供强电脉冲功率源。强电脉冲功率源系统及其相关技术均属脉冲功率技术的研究范畴。脉冲功率的主要技术指标有：电子能量、束流大小、脉冲宽度、束流功率、总能量等。脉冲功率技术创造和挑战物质世界的电磁极限，参数上一直有所突破。所以给出脉冲功率技术参数的严格界定比较困难，但经验上认为脉冲功率技术的参数范围为：电子能量：0.3-

5、15MeV束流大小：1kA-25MA脉冲宽度：20-100ns束流功率：0.1-100TW总能量：1kJ-15MJ脉冲功率技术的参数除能量和功率外，脉冲波形本身参数还有：上升时间、下降时间、脉冲宽度和平顶的波纹度等。上升时间：电压峰值从10%上升到90%所需要的时间。下降时间：同理。上升时间和下降时间主要依赖于负载阻抗。脉冲宽度：定义不明确，有的定义为脉冲最大值的50%处的时间宽度，也有定义在幅值的90%处的时间宽度。脉冲波形本身的参数脉冲压缩是一个瞬态快速过程，而不是稳态过程。脉冲功率电路大都可归结为集中参数或分布参数电路过程来分析。产生高电压和大电流，装置的设

6、计和布局、绝缘与开关特性，都特殊考虑和设计。极高的瞬时峰值功率。例如Aurora装置，脉冲功率为当时世界发电总功率的10倍，但其总的能量不过相当于几个手榴弹。脉冲功率系统的运行特点脉冲功率特点慢充电储能，快放电；在许多情况下，脉冲的幅值更高；输出脉冲功率大；脉冲上升时间更短，脉宽更小；在许多情况下，需要输出重复脉冲；回路元件多，加工工艺要求高，总体结构复杂．负载多样性，复杂性本质还是C、R、L之间的配合得到符合要求的波形还要加上S（switch）的配合由于追求极限，因此对C、R、L、S提出了苛刻的要求，比如极大的C、极小的L、性能苛刻的S。如同跑步，普通人→运动员

7、→世界记录→100米5秒？脉冲功率技术优势非线性开关的非线性、负载的非线性、利用非线性效应应用于脉冲功率技术时间隔离脉冲作用时间小于物体固有的时间常数（冷处理、快电场作用、快电磁效应）高效开关具有负电阻特性，功率越高，损耗越小绝热同样峰值功率输出，脉冲功率体积小（绝缘耐压高、热效应小）脉冲功率发展的动力脉冲功率技术是由于国防科研需要而开始发展起来的一门新兴科学技术，近40年来，高功率脉冲技术的迅速发展非常引人注目。目前，已经能够获得在很短时间（20-200ns），产生数兆电子伏，高达数十兆安培量级的强流电子束或离子束。在国防科研、高新技术研究和民用工业等领域中有着

8、越来越广泛