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1、42Mar.2003~IG~VOLTAGEENGINEERINGVol.29No.3************脉冲功率技术************小型纳秒级电压脉冲发生器的研制DevelopmentofCompactNanosecondpulsed~ighVoltageGenerator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1-1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G该该部分由升压电路
2、及控制电路组成(见图1)G发生器采用以开关电路为基础的电源代替原来的工频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1/5,体积也大缩小G经试验可输出脉冲宽度为20ns,幅高,最大输出电压2kV,负载2MO,相应最大输出值最高为2000V的可调纳秒级脉冲电压G功率约2WG单端反激型开关电源原理见图2GAbstractAnovelandcompacthigh-voltagenanosecond低压直pulserisproduced,whichcanbe
3、usedinthepulsedElectro流电源整流高频升压-acoustic(pEA)measuringapparatus.Inthenanosecond变压器交流高压直流高压pulser,theoriginalmainfreguencypowerrectifierandwet高频开关reedrelayaresubstitutedbyswitchingdircuitandsparkgap,respectively.Itistheresultthattheweightofpower图1直流稳压电源部分组成
4、框图sourceisreducedbyafactorof5andthecapacitybecomesmuchsmaller.Itcangenerateadjustablevoltagepulses20nsinwidthand2000Vinamplitude.关键词高压脉冲发生器空间电荷纳秒级Keywords~Vpulserspacechargenanosecond中图分类号TM933文献标识码Ao引言图2单端反激型开关电路的原理图Takada教授在1983年提出的电声脉冲法[1],图中,功率MOS管T作为开
5、关和高频变压器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G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,故会产生不均匀形变,在一起;变压器原副边匝数比为n=Np/Ns;忽略T测量声信号可从中得到空间电荷分布的信息G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G但传统的电
6、压脉的放电电流GT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G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G为占空比,则U0=GU1/n(1-G)G当开关G关电路为基础提供直流高压电源代替原来的工频整>0-5时G对电路也起到了升压作用G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G>50%,且G越大,升压作用成形线和传输线,制成可输出
7、脉冲宽度为20ns,最越强GG为其最大值96%时相当于升压24倍G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G调的小型化ns级电压脉冲发生器G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虑对仪器效率的影响G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G脉宽调制方式控制开关电源中功率MOS管TG2003年3月高电压技术第29卷第3期-43-采用占空
8、比连续可调且便于分析的TL494电上施加输入电压U端子26电压为零端子3输DD路作为控制开关电源中T的方波控制电路OTL494出高电位给C充电;1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>(2/3)UDD时端子3输出电由外接元件R引脚6)和C引脚5)决定的锯齿波压低C将通过端子3缓慢放电;C上电压<(1/3)T(T(11振荡器其f~1.1/R一般R为5~100k0TCTTUDD时端子3极性反转
