纳秒级高压脉冲电源的设计与研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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1. 课题背景与意义Marx 发生器广泛用于电力系统作为冲击电压试验研究设备, 而在脉冲功率技术、高能物理、电工学等诸多领域中, Marx 发生器作为高压脉冲功率源也得到了广泛的应用 , 如高功率激光源, 高功率微波和电磁发射等方面。

由于Marx 发生器能实现脉冲的高压化,因而在其它应用领域也可以采用Marx 发生器的基本思想产生脉冲电压, 如地球探测仪器、生物医学仪器等领域, 而这些应用领域所需的脉冲电压往往在几十至几kV 之间, 所需输出电流相对较小, 此时则习惯称为脉冲发生器, 为此仍以空气放电球隙作为控制开关就不再是可行和优化的选择。

电力电子器件的广泛采用, 使得在中小功率场合采用电力电子器件替代空气放电球隙作为Marx发生器的控制开关成为可能。

本课题旨在基于电力电子器件(IGBT)的纳秒级高压脉冲电源的设计。

2.研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用2.1国外Marx发生器的研究和发展状况和应用1923 年,EriwinMarx 首先提出了 Marx 发生器的概念并取得了专利,Marx 发生器最早被用于检测电气设备的高压绝缘性能。

在随后的几年中,就有学者研制出上升时间为纳秒级的 Marx 发生器,而大型 Marx 发生器存在较大的电容和电感,只能工作在微妙范围内工作。

随着第二次世界大战的爆发,高功率脉冲技术在军事领域得到广泛的应用,而 Marx 发生器作为一种获得高压脉冲的简易装置被广泛的应用于核武器效应模拟、惯性约束聚变、高功率微波、高功率激光等领域。

二十世纪六十年代初期,J.C.马丁领导英国原子武器研究中心的科研小组采用 Marx 发生器,绝缘介质与传输线技术,获得了千安、兆伏级的高压脉冲,开创了高功率脉冲技术的新纪元。

1964 年,建造了世界第一台强流相对论性电子束加速器 SMOG(3MV,50kA,30ns)。

在随后的几年中,由于美国核技术的需要,脉冲功率的研究中心从英国转移到了美国,先后建立了圣地亚实验室和美国陆军亨利台蒙实验室,专门进行核模拟装置的研究,研制出了更大功率的装置,如 HermesⅡ、Aurora、FX-1 等。

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