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全固态重复频率Marx发生器关键技术研究

作　者: 王传伟
导　师: 李洪涛
学　校: 中国工程物理研究院
专　业: 脉冲功率技术及其应用
关键词: 全固态重复频率Marx发生器 IGBT组合控制脉冲形成网络固态脉冲形成线 Marx发生器模块
分类号: TN782
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 241次
引　用: 3次
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内容摘要

简述了脉冲功率技术的发展历程,指出了发展全固态重复频率Marx发生器的现实意义,综述了国内外在这一方面的研究现状,初步分析讨论了目前全固态重复频率Marx发生器的几种基本构型和关键技术。鉴于全固态重复频率Marx发生器的研制目标,重点研究了大功率IGBT组合控制技术、无源脉冲形成技术(即PFN和PFL)等,并模拟研究了几种线路结构的Marx发生器,根据设计指标对本课题需研制的Marx发生器进行了初步设计。模拟分析研究了组合开关的匀压、匀流技术,在此基础上,设计了基于栅极信号延迟和RCD均压缓冲网络等混合匀压技术的开关串联组件。触发控制板采用简易电路搭建,可输出8路触发光信号,输出延迟和脉宽均独立可调。驱动器设计方面,基于IGBT专用驱动芯片,设计了多种供电方式的驱动板,并最终选用了变压器供电方式的驱动板作为串联开关的驱动器。所设计的8只小功率IGBT串联的组件在4kV电压下以1kHz的重复频率输出了多个脉冲,脉冲一致性好,输出电流高达360A。PFN设计方面,借助电路仿真软件,对几种类型的PFN进行了优化设计,得到了3种较好的PFN。优化设计兼顾了工程实现和输出脉冲的要求,因此可根据实际条件及需要选用其中任意一种。文中选择了一种实现较容易、输出脉冲也较好的PFN进行了实验,实验结果进一步验证了仿真模拟结果。所设计的PFN在充电电压为4000V时,得到了电流200A、纹波系数4.5%、脉宽为1100ns、上升沿100ns、下降沿290ns的脉冲。对PFL也进行了初步的实验研究。模拟研究了几种Marx发生器线路结构,最终选择了基于PFN的线路结构。对基于PFN的Marx发生器进行了改进设计,增加了故障开关的保护功能。在此基础之上进行了全系统的初步设计。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 全固态重复频率MARX发生器技术的研究现状  9-12
    1.2.1 国外研究现状  9-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 论文工作概述  12
    1.3.1 研究目的、内容和方法  12
    1.3.2 主要创新点  12
  1.4 本论文各章节内容简介  12-14
第二章全固态重复频率Marx发生器原理及关键技术分析  14-24
  2.1 全固态MARX发生器基本原理和构型  14-19
    2.1.1 基本原理  14
    2.1.2 基本构型  14-19
  2.2 全固态MARX发生器关键技术分析  19-22
    2.2.1 固体开关技术  19-20
    2.2.2 固态开关的组合控制技术  20-21
    2.2.3 开关全控脉冲形成技术  21-22
    2.2.4 无源脉冲形成技术  22
  2.3 小结  22-24
第三章 IGBT组合开关设计、模拟及实验  24-54
  3.1 IGBT单管实验  24-39
    3.1.1 IGBT开关特性理论分析  24-28
    3.1.2 IGBT驱动电路设计  28-36
    3.1.3 IGBT开关单管实验  36-39
  3.2 IGBT串并联匀压、匀流技术研究  39-47
    3.2.1 串、并联匀压、匀流技术概述  39-40
    3.2.2 开通关断时间的控制  40-41
    3.2.3 RCD匀压技术  41-45
    3.2.4 电流平衡变压器匀流技术  45-47
  3.3 小功率IGBT串联组合开关设计与实验  47-50
    3.3.1 开关组件设计  47-48
    3.3.2 开关组件实验  48-50
  3.4 大功率IGBT串联组件的设计  50-52
    3.4.1 大功率IGBT单模块开关特性测试  50-52
    3.4.2 大功率开关组件设计  52
  3.5 小结  52-54
第四章氧化锌压敏电阻的实验研究  54-62
  4.1 氧化锌压敏电阻的伏安特性  54-55
  4.2 氧化锌压敏电阻的动态特性  55-56
  4.3 氧化锌压敏电阻在脉冲功率技术中的应用  56-57
    4.3.1 在Marx发生器中用作电压自击穿开关  56-57
    4.3.2 在开关组件中用作旁路保护器件  57
  4.4 氧化锌压敏电阻的设计与实验  57-61
    4.4.1 氧化锌压敏电阻的设计  57-59
    4.4.2 氧化锌压敏电阻的实验  59-61
  4.5 小结  61-62
第五章脉冲形成线(网络)的设计、模拟及实验  62-82
  5.1 脉冲形成网络的初步设计与实验  62-76
    5.1.1 脉冲形成线(网络)的基本理论  62-63
    5.1.2 脉冲形成网络的基本设计与分析  63-65
    5.1.3 等电感等电容单线网络的优化设计和模拟  65-70
    5.1.4 吉列曼B型网络的优化设计与模拟  70-73
    5.1.5 三种优化设计PFN的比较  73-74
    5.1.6 PFN实验  74-76
  5.2 脉冲形成线的初步设计与实验  76-80
    5.2.1 固态脉冲形成线的初步设计  76-79
    5.2.2 固态线的放电特性实验研究  79-80
    5.2.3 固态线的耐压试验  80
  5.3 小结  80-82
第六章 Marx发生器的设计与模拟  82-92
  6.1 MARX发生器的初步设计与模拟  82-89
    6.1.1 全固态Marx发生器电路拓扑结构的设计和模拟  82-88
    6.1.2 各类型Marx发生器的比较  88-89
  6.2 MARX发生器全系统的初步设计  89-92
    6.2.1 技术路线的选择  89
    6.2.2 全系统的构成  89
    6.2.3 主Marx电参数设计  89-90
    6.2.4 Marx发生器单模块结构设计  90-92
第七章总结  92-94
  7.1 论文总结  92
  7.2 下一步工作设想  92-94
致谢  94-96
参考文献  96-100
附录个人简介  100

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