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
纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲，加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器，在每级电路中插入一个电感，并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒，等放电管完全开通后，关断充电管，对负载进行放电，以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制，获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机，实验中通过调节直通时间，在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响，发现直通时间越长，脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出，提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法，提高了系统抗干扰能力的同时，也减少了所使用开关管的数量，降低了脉冲电源的成本。
全固态Marx发生器 大电流 方波脉冲 上升沿 all solid-state Marx generator high current square wave pulse rising edge 强激光与粒子束
2024, 36(2): 025003
1 中国计量科学研究院电磁计量科学研究所，北京 100029
2 中国矿业大学机电工程学院，江苏 徐州 310027
非线性误差是基于Faraday效应的干涉式数字闭环光纤大电流传感器基本测量准确度的主要影响因素。考虑到传感光路中偏振交叉耦合、圆偏振态不理想等因素的影响，计算了与调制信号同频的干涉信号，得到了闭环反馈相移与被测电流之间的非线性跟踪关系。仿真结果表明：传感光纤线性双折射、1/4波片方位角及相位延迟误差、相位调制器输出尾纤偏振串音是光纤大电流传感器产生非线性误差的主要原因。需根据被测电流的动态范围相应提高相位调制器输出尾纤耦合及熔接对轴精度。通过求解光纤敏感环微分模型方程，提出了波片参数与椭圆双折射光纤拍长-螺距比的匹配条件，实现了传感器对Faraday效应的线性响应，降低了椭圆偏振传感信号造成的非线性误差。实验结果表明：采用参数匹配的1/4波片后，在6~500 kA范围内，传感器比例因子随被测电流的变化量为0.2%，相比于理想1/4波片降低了一个数量级。
传感器 干涉测量 光纤电流传感器 Faraday效应 大电流测量 非线性误差 光学学报
2023, 43(11): 1128001
激光雷达被广泛应用在无人驾驶、测量测绘等领域，为降低功耗、成本和体积，脉冲式半导体激光器成为激光驱动电路的首选。在此背景下，以电感为储能元件对一种窄脉宽大电流半导体激光驱动电路进行了优化设计。在详细介绍驱动电路的工作原理的基础上，重点研究了储能电感值大小与电路功耗的影响关系。运用ORCAD PSPICE仿真软件建立了驱动电路仿真模型，总结出影响脉冲电流的脉宽、峰值和波形振荡的主要因素。测试表明，在电路重复频率为10 kHz的条件下，储能电感功率损耗为59 mW，驱动电路的脉宽为3.8 ns，上升沿为3.5 ns，下降沿为3.7 ns，峰值电流为132 A，激光器输出峰值光功率约为326 W。
激光光学 窄脉宽 大电流 半导体激光器 驱动电路 储能电感 激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0114008
强激光与粒子束
2021, 33(7): 073008
西南科技大学 信息工程学院, 四川 绵阳 621000
为了满足压电陶瓷在振动平台微位移测试系统中输出更大范围的微位移及保持更高精度的条件, 设计了一种高压大电流、带有直流偏置可连续调频调幅的正弦波输出压电陶瓷驱动电源。该文介绍了该驱动电源的设计方案、关键电路设计、控制系统软件设计及实验测试。该驱动电源以全桥逆变电路、隔离直流-直流抬压电路为核心, 采用电压、电流双闭环比例-积分控制正弦脉宽调制(SPWM)波的基波来调节输出电压。通过搭建实验平台, 验证了当压电陶瓷电容为5 μF时, 该驱动电源能实现在5 Hz~1 kHz频响内电压100倍增益放大, 输出0~1 000 V的动态正弦电压, 最大输出功率达到7 kW。结果表明, 设计的压电陶瓷驱动电源具有输出电压高, 输出功率大, 频率响应快, 且减小了电源整机体积和质量。
压电陶瓷 高压大电流 驱动电源 全桥逆变 比例-积分 正弦脉宽调制(SPWM) piezoelectric ceramic high voltage and high current driving power full bridge inverter proportion-integration SPWM
中国电子科技集团公司第四十四研究所，重庆400060
激光器技术是激光测距系统中的关键技术。高性能测距应用中对激光器的要求主要包括峰值功率高，稳定性好。为了实现远距离激光测距，设计了一种大电流、高稳定脉冲激光器驱动电路。建立了该电路的数学模型，使用Matlab仿真软件，分析了各关键参数对脉冲恒流源的影响。仿真结果显示了开环运放的压摆率，后级电路时间常数以及电路噪声对输出电流平均值，上升时间，稳定度的影响。最后测试结果表明，该电路模块能产生20 A的脉冲电流，稳定度约99%，能够驱动脉冲激光器正常工作，达到测距系统要求。
激光测距 激光器 脉冲恒流源 大电流 laser ranging laser pulse constant current large current 红外与激光工程
2020, 49(S1): 20200184
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
中国科学院 等离子体物理研究所, 合肥 230031
ITER极向场变流器是一种高功率大电流的六脉波桥变流器, 其额定容量41 MV·A、额定电流27.5 kA。为了承载如此大的额定电流, ITER极向场变流器被设计成每个桥臂由12个晶闸管支路并联组成。在温升试验中, 晶闸管支路中的晶闸管壳、快熔、软连接以及RC回路电阻等多个关键部位的温度需要检测, 如果每个晶闸管支路都布置测温点, 则测温点多达几百个, 大大增加其温升试验的难度。为简化测温点、便于温升试验, 本文采用先均流再温升的试验方法, 通过均流试验得出各桥臂均流系数, 在均流系数最小的三个桥臂中选出承担最大电流的晶闸管支路, 然后在温升试验中只需验证这三个承担最大电流晶闸管支路的温升。由焦耳定律可知, 只要承载最大电流的三个晶闸管支路关键位置的温升满足要求, 则其他晶闸管支路的温升一定满足要求。该试验方法将测温点由几百个简化成十几个, 为测温点的布置以及温度数据的采集带来便利。
变流器 大电流 温升试验 ITER ITER converter heavy current temperature rise test 强激光与粒子束
2019, 31(3): 035004
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
设计了一种单电源的变压器型高电压、大电流脉冲源。该电源只有一套放电电容，以晶闸管作为放电开关，单原边双副边的脉冲变压器作为传输线。利用二极管的单向导通特性，使变压器根据负载不同的工况运行在不同的状态，分时输出高电压、大电流脉冲。该设计利用变压器在空间上将高压输出回路和低压控制回路隔离，与一般的双电源设计方式相比，降低了驱动电路的成本，减少了装置的体积，有利于设备的小型化和紧凑化。试验结果表明：当原边18 μF的储能电容充电电压为700 V时，通过晶闸管开关控制电容向2∶2∶20的单原边双副边脉冲变压器放电，副边开路时输出幅值7.6 kV、上升沿432 ns的开路电压，副边短路时输出幅值690 A、半高宽15.6 μs、前沿7.0 μs的短路电流，满足NL37248引燃管的触发要求。
引燃管 脉冲变压器 高电压 大电流 脉冲源 ignition tube pulse transformer high voltage large current pulse source 强激光与粒子束
2018, 30(9): 095008
陆军工程大学石家庄校区 电磁环境效应国家级重点实验室, 石家庄 050003
由于互联系统信号传输的基础是双线，以低频线缆耦合通道中比较典型的平行双线为研究对象，针对互联系统单端为非线性受试设备的电磁辐射敏感度进行实验研究。讨论了典型互联系统辐射与注入的等效以及在高场强下的外推条件，对所选非线性器件是否满足实验要求进行了实验验证。分析了大电流注入法等效替代强场连续波电磁辐射的实验结果，并对辐照时天线极化方式不同以及有无大电流注入探头对辐射与注入等效研究的影响进行了分析。
平行双线 非线性 大电流注入 等效替代 parallel double line nonlinear bulk current injection equivalent substitute 强激光与粒子束
2018, 30(9): 093201
