全固态陡前沿高压脉冲发生器的研究与设计

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1、分类号８０１８３：ＴＭ单位代码：１研究生学号：２０１５５５２０４２密级：公开吉林大学硕士学位论文学术学位（）全固态陡前沿高压脉冲发生器的研究与设计Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｓｉｎｏｆａｌｌｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｓｔｅｅｆｒｏｎｔｈｉｈｇｐｇｖｏｌｔａｇｅｕｌｓｅｅｎｅｒａｔｏｒｐｇ作者姓名：高岩专业：电力电子与电力传动研究方向：高压脉冲功率技术应用指导教师：刘卫平副教授培养单位：仪器科学与电气工程学院２０１８年６月全固态陡前沿高压脉冲

2、发生器的研究与设计Researchanddesignofallsolidstatesteepfronthighvoltagepulsegenerator作者姓名：高岩专业名称：电力电子与电力传动指导教师：刘卫平副教授学位类别：工学硕士论文答辩日期：2018年5月27日授予学位日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。

3、否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：如冷年ｒ月ｗ日摘要全固态陡前沿高压脉冲发生器的研究与设计将高压脉冲功率技术应用于高精密度同位素丰度研究的TOF-SIM

4、S（渡越时间二次离子质谱）中是一项很具有发展前景的高新技术，为此本论文通过对经典Marx拓扑电路的改进，选择分布式二极管隔离型Marx生成器拓扑结构，采用新型半导体场效应管PowerMOSFET代替传统的火花球隙开关，通过对高电压能量的压缩，完成单极性高压脉冲波形的纳秒级陡前沿输出。本论文的主要研究目标是实现高压脉冲波形陡前沿、窄脉宽、近矩形波、高频率输出，因此基于TOF-SIMS项目背景的实际需求，如何设计出合理的高压脉冲发生器拓扑结构，实现高压脉冲波形陡上升沿输出，并保证良好的输出波形品质是本论文研究的重

5、点，为此本论文的主要研究工作集中于以下几点：（1）对高压脉冲发生器的拓扑结构进行选择，选择分布式二极管隔离型全固态Marx发生器拓扑结构，分别从充电阶段和放电阶段的工作过程进行深入细致的建模理论分析。（2）以全固态Marx发生器的分析为理论基础，对影响脉冲波形陡前沿关键因素进行研究，通过对PowerMOSFET放电开关开通特性的研究，提出加快单管放电开关导通的方法，利用Pispice建模仿真研究影响高压脉冲陡上升沿的关键因素。（3）基于前述理论分析基础，按照模块思想分别对全固态Marx发生器的硬件单元模块进行

6、电路设计。（4）完成整机制作搭建测试系统平台，采用对比的研究方式对单元模块进行实际测试，验证设计方案的可行性和优越性，最后通过实际现场应用测试。关键词：全固态，陡前沿，TOF-SIMS，模块化，PowerMOSFETIABSTRACTResearchanddesignofallsolidstatebasedonsteepfronthighvoltagepulsegeneratorThepulsedelectricfieldisappliedtothehighprecisionisotopeanalysis(t

7、hetwotimeofflightsecondaryionmassspectrometry)isapromisingtechnology,thispaperproposedahighvoltagenanosecondwithclassicMarxgeneratorandsolid-statesemiconductordevicespulsesourcedesign.ThroughtheimprovementoftheclassicalMarxgenerator,thispaperproposesadistri

8、buteddiodeisolationtypesolid-stateMarxgeneratortopology,sparkgapswitchwithnewsemiconductorswitchingdevicesPowerMOSFETinsteadoftheunipolarMarxgeneratorasthecore,throughthecompressionofenergy,toachievean