基于磁开关低频高压脉冲电源设计与仿真

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1、研究与开发基于磁开关的低频高压脉冲电源的设计与仿真朱雨翔兰生(福州大学电气工程与自动化学院，福州350108)摘要为了实现纳秒级快前沿高压脉冲，设计了基于磁开关的低频高压脉冲电源。通过电容充放电时间常数与磁开关相配合，最终输出连续纳秒级低频高压脉冲。应用saber电路仿真软件中分析和搭建多级低频高压脉冲电路仿真模型，通过仿真分析各级电容器的电压波形得知，磁开关将高压脉冲从3．2gs压缩至20ns，输出脉冲峰值从初始10kV上升至30kV，最终输出100Hz的连续低频高压脉冲。关键词：脉冲功率；磁开关；Sabe

2、r；低频高压脉冲DesignandSimulationofaLowFrequencyHighVoltagePulseSourcebasedontheTheoryofMagneticPulseCompressionZhuYuxiangLanSheng(CollegeofElectricalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity，Fuzhou350108)AbstractInordertorealizethehighvoltagenanosecondpulse，desi

3、gnedalowfrequencyhighvoltagepulsesourcebasedonthetheoryof,magneticpulsecompression．Withconstantofthecapacitorchargeanddischargeandthemagneticswitch，theexperimentalresultsshowthecontinuouslowfrequencyhighvoltagenanosecondpulse．toanalysisandestablishmentthemo

4、delofmultistageandlowfrequencyhighvoltagepulse，themodelispresentedbasedontheSabersoftware，Fromtheexperimentalresultsandvoltagewaveformofal1capacitor,highvoltagepulserisetimefrom3．2gsto20ns，achievetreblepulsepeakvoltageanddesigned100Hzlowfrequencyhighvoltage

5、pulse．Keywords：pulsedpower；magneticpulsecompressor；saber；lowfrequencyhighvoltagepulseSnIJrCe近年来，随着脉冲功率开关技术的发展和储能进行锐化。要实现压缩脉冲波形的目的，关键因素系统的改进，已被广泛应用于粒子束、医疗技术、之一是磁开关磁心的选择。通过所选择的高矩形比脉冲激光器等研究领域。功率开关技术其关键技术磁滞回线的磁心以及磁开关的磁心面积来确定磁心之一是脉冲陡化技术。在高功率脉冲发生器里，开匝数，并确定磁开关非饱和时

6、间即磁脉冲压缩时间；关是最重要的器件之一，并且对拥有纳秒级陡化技磁开关饱和后，通过锐化电容的充放电时间常数来术对开关的要求非常高。相对于传统的火花间隙开陡化高压脉冲波形。关、真空开关等，磁开关利用电感饱和来实现工作本文对磁开关的设计及其计算方法作了说明，状态转换，不存在消电离和电极烧蚀等问题，磁开并分析了磁脉冲压缩电路的工作原理。采用saber关在纳秒级高压脉冲电源中具有重要的前景和应用电路仿真软件，搭建了多级磁压缩高压脉冲电路，价值。计算磁心参数以及电容器的充放电时间常数，最终磁开关[4-51在电路中的主要

7、功能是对脉冲进行输出纳秒级高压脉冲。压缩，以及配合电容的充放电时间常数对脉冲波形42I电鼍技玳2016~1期国家自然科学基金(61174117)福建省自然科学基金(2015J01194)研究与开发1磁开关原理1．1磁开关原理负载磁开关实质上是一种非线性电感，该电感达到饱和后感抗会迅速下降。磁心的磁滞回线如图1所图2多级磁压缩电路图示，磁开关处于非饱和状态时，磁心的相对磁导率开关s闭合，、￡0和C形成谐振电路，能量蜥较高，磁开关电感较大，此时磁开关相当于断开；从C0传递到C1，此时磁开关MS处于非饱和状态，当磁

8、开关处于饱和状态时，磁心的磁导率U接近真其电感值非常大，可视作开路。回路1中电容c空，磁开关电感较小，此时磁开关相当于闭合。电压顺时值和电流瞬时值为1+Bm(3)厂+、厂+“c1(t)=aVo(1一cosCOot)(4)HCo==+一，C0+c1一B——／当C的电压到最大时，磁开关MS饱和，其感抗其非常小，磁开关饱和电感量为中图1磁心的磁滞回线当磁开关处于未饱和状态时，电感量为：(5)Lr—／lO／