1 上海理工大学 机械工程学院，上海 200093
2 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所，江苏 苏州 215163
通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响，提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求，提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源，且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果，随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题，并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机，实验表明，其可以在容性负载上产生一路幅值为0～1.5 kV、脉宽为2～10 µs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0～−200 V的反向偏置电压，和一路幅值为0～−1.5 kV、脉宽为2～10 µs可调的高压负脉冲，频率高达10 kHz，正负脉冲的前沿均小于30 ns，脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑，并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。
高压脉冲电源 脉冲发生器 脉冲电场 方波脉冲 谐振充电 high-voltage pulsed power supply pulse generator pulsedelectric field rectangular pulse resonant charging 强激光与粒子束
2024, 36(3): 035002
强激光与粒子束
2022, 34(5): 055001
1 College of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China
2 State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi’an 710119, China
Frontiers of Optoelectronics
2020, 13(2): 149
脉冲功率技术在工业和生物医学领域有着广泛的应用，很多应用场合要求输出数百安培的高压脉冲。固态Marx发生器虽已研究多年，但是被广泛采用直插封装的IGBT和MOSFET功率半导体开关管的额定电流通常都低于100 A，无法满足低阻抗负载的应用需求。为提高输出脉冲电流幅值，提出两种多路Marx发生器并联的脉冲电源的拓扑结构，第一种方案采用多路Marx发生器直接并联，第二种是共用一组充电开关管的多路Marx发生器并联。由FPGA提供充放电控制信号，采用串芯磁环隔离驱动方案实现带负压偏置的同步驱动，主电路选用开通速度快、通流能力强的IGBT为主开关的半桥式固态方波Marx电路。实验结果表明，6路16级Marx直接并联的脉冲发生器能输出重频100 Hz高压方波脉冲幅值可达10 kV，在30 Ω负载侧输出峰值电流可达300 A，上升时间230 ns。共用充电开关管的6路4级Marx并联发生器在5 Ω电阻负载上的输出电流峰值可达300 A，最大输出电流可达460 A，上升时间272 ns。表明多路Marx发生器并联可以有效地减小系统内阻，提高系统带载能力；改进后的并联方案实现大电流脉冲输出的同时，所采用的开关管数量减小近一半，提高了系统的抗干扰能力的同时，降低了脉冲电源的成本；且增加级间并联导线可进一步改善均流效果。
脉冲电源 Marx发生器并联 大电流 方波脉冲 pulse generator Marx generators in parallel high current rectangular pulse 强激光与粒子束
2020, 32(5): 055001
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为得到工业需要的大电流高重频方波脉冲，分析并改进了半导体全控型Marx发生器，在充电的同时实现了截尾功能。设计采用新型半浮栅结构晶体管 (SFGT)作为主开关，可产生kV高压、百A大电流、高重频的方波脉冲。优化了电路结构，解决直流充电源受脉冲电源放电电压冲击问题。研制得到电流100 A、频率4 kHz、脉宽4 μs、负高压6 kV、上升沿下降沿均在80 ns内的方波脉冲发生器。研究了相应的SFGT磁芯隔离驱动电路，结合了SFGT栅极并联自主电容隔离驱动和IR2110的半桥驱动电路，并对半桥上的MOS管的栅极等效电路进行了理论分析，驱动电路具有抗干扰能力强且脉宽调节范围大的特点。
Marx发生器 方波 截尾 半浮栅晶体管 磁芯隔离驱动 IR2110半桥驱动 Marx generator rectangular pulse truncation semi-floating-gate transistor magnetic isolating driver IR2110 half bridge driver 强激光与粒子束
2017, 29(10): 105005
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院， 上海 200093
设计了一种全固态高压重频方波脉冲发生器，主要由Marx发生器、脉冲形成线和磁开关构成。Marx发生器通过电感对脉冲形成线进行充电，将其充电至所需电压水平; 当脉冲形成线充电至峰值电压时，磁开关饱和; 脉冲形成线通过饱和的磁开关对匹配负载进行放电，在负载上形成一个高压方波脉冲。串入电感与磁开关相互匹配，不仅直接影响放电过程，同时也决定着磁开关需承受的伏秒数和负载上的预脉冲大小。介绍了Marx发生器和磁开关的设计，在单次和5 kHz重复频率下分别进行实验。在50 Ω的匹配电阻负载上，获得电压幅值为12.5 kV、电流幅值为250 A、上升时间为46 ns、脉宽为220 ns的方波脉冲。对放电过程进行了PSPICE仿真模拟，仿真结果与实验结果匹配良好。
全固态 Marx发生器 磁开关 方波脉冲 脉冲电源 all solid-state Marx generators magnetic switches rectangular pulse pulse generator 强激光与粒子束
2016, 28(5): 055005
北方工业大学 电子信息工程学院, 北京 100144
基于耦合模理论和传输矩阵法，对相移光纤光栅的反射谱、相移特性进行了分析.结果表明，相移光纤光栅随着相移点个数的增加，反射谱透射窗口数目增多，相移发生多次跳变，从而形成对信号的微分效应，并且相移的微分阶数与所增加的相移点个数成正比.设计出基于相移光纤光栅微分特性的脉冲整形器，通过优化高斯信号各阶微分的加权系数，将高斯型输入脉冲整形成近似方形或三角形状的输出脉冲，通过调整光纤光栅第一段与第二段的长度比，使输出三角脉冲形状的失真现象得到改善.分析输入的高斯脉冲的脉宽发生±5%的波动时，输出波形依然可以获得很好的三角和平顶方形脉冲效果，从而证明了所设计的脉冲整形器的稳定性和实用性.
光纤光学 相移光纤光栅 脉冲整形 平顶方形脉冲 三角脉冲 Fiber optics Phaseshifted fiber grating Pulse shaping Rectangular pulse Triangular pulse
1 上海理工大学出版印刷与艺术设计学院， 上海 200093
2 堪萨斯大学机械工程学院， 劳伦斯， 堪萨斯 66045
3 中国科学院上海光学精密机械研究所， 上海 201800
分析了强度调制的连续激光激发的光声信号形成过程以及调制脉宽对光声信号强度的影响，发现随着调制方波脉宽的增加，生物组织吸收的光功率增加，光声信号幅值增加。研究了调制脉宽对光声成像技术轴向分辨率的影响，发现随着调制方波脉宽宽度的增加，光声信号的脉宽增加，其轴向分辨率变差。在理论研究的基础上进行了实验验证，通过方波调制的激光二极管的出射激光激发生物组织获取声信号。在激光二极管出射光功率提高受限的条件下，通过增加作用在生物组织上的光功率密度获取高分辨率、高信噪比的光声图像。对强度调制连续激光激发的光声成像技术的研究能够为光声成像技术提供一种低成本、便携式的设备，为进一步研究提供参考。
激光光学 连续激光 强度调制 光声成像 脉宽 调制方波 中国激光
2011, 38(11): 1104002
