在针对脉冲电磁场肿瘤消融的应用场合，双极性脉冲比单极性脉冲效果更均匀，而要产生ns级前沿的双极性高压纳秒或亚微秒脉冲难度大，电磁干扰强，控制要求更高。设计了一台双极性全固态直线型变压器驱动源(SSLTD)，双极性SSLTD由结构完全相同的LTD模块经过副边绕组反向串联构成，在负载上实现双极性窄脉冲。双极性SSLTD输出波形稳定的脉冲的关键在于磁芯复位，通过电阻负载实验，重点对比分析了复位电流的形式对复位效果的影响，以及采用直流复位时幅值、脉宽、正负脉冲时间间隔、单级模块中开关管并联数量、复位电流大小对双极性SSLTD输出的影响。实验结果表明，所设计的双极性SSLTD能够在500 Ω负载上稳定产生重频双极性纳秒脉冲，输出电压0～±5 kV可调，脉宽200～400 ns可调，正负脉冲时间间隔0～1 ms可调，上升沿和下降沿20～50 ns；反向串联的直流复位电路结构简单、复位效果好。该脉冲源使用模块化设计，结构紧凑，电气绝缘要求较低，可灵活输出双极性、正极性与负极性高压亚微秒脉冲。
固态直线型变压器驱动源 脉冲电源 双极性脉冲 纳秒脉冲 solid-state linear transformer driver pulse generator bipolar pulses nanosecond pulses 强激光与粒子束
2021, 33(6): 065006
1 日本长冈技术科学大学 极限能量密度中心, 新泻 长冈 940-2137
2 清华大学 电机工程与应用电子技术系, 北京 100084
全固态直线型变压器驱动源(LTD)是具有独特性能的新型高重频脉冲功率发生器。针对LTD的基础特性进行了较详细的实验研究。测量内容包括输出脉冲宽度与控制信号的关联、LTD模块上的信号延迟及其分散性，以及不同条件下LTD系统的能量效率分析。实验结果使我们对LTD取得了更加详细和深入的认识，同时为进一步改善和提高LTD脉冲功率发生器的技术水平提供了重要的参考数据。
脉冲功率 电力电子 感应叠加 半导体开关 直线型变压器驱动源 pulsed power power electronics inductive voltage adder semiconductor switch linear transformer driver 强激光与粒子束
2018, 30(4): 045001
1 中国工程物理研究院 核物理与化学所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 应用电子学研究所, 高功率微波技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
设计了基于弧形Blumlein 脉冲成形网络(Blumlein PFN)的LTD型重复频率长脉冲功率模块。该模块将四路阻抗均为24 Ω的弧形Blumlein PFN对称分布在LTD外筒圆周上, 连接于LTD的初级绕组上, 并采用两个激光触发放电开关同步驱动, 整个脉冲功率模块结构紧凑, 缩短了高压馈线和开关引线长度, 有利于形成良好脉冲波形。在此基础上研制了两模块重复频率长脉冲功率源, 实验结果表明, 研制的长脉冲功率源在5 Hz重频运行时假负载上输出脉冲幅值约为260 kV, 脉冲功率达到5.2 GW, 脉冲宽度约170 ns。
紧凑型 长脉冲功率源 脉冲形成网络 弧形 直线型变压器驱动源 compact long-pulse power generator pulse forming network arc-type linear transformer driver 强激光与粒子束
2016, 28(11): 115003
中国工程物理研究院 流体物理研究所, 脉冲功率科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621999
基于10级模块串联的1 MV快脉冲直线型变压器驱动源装置,分别开展了1～3个模块在不充电或不触发时装置的整体输出参数测试。结果表明,在二极管负载阻抗基本不变的情况下,装置输出电流和电压降低的数值约为故障模块数与总模块数的比值。与所有模块正常工作时相比,脉冲上升时间分别增加10,22和32 ns,脉冲宽度分别增加13,23和48 ns。根据电路分析以及模块实际电参数建立了装置的等效电路模型,模拟得到的不同数量模块不工作时的输出电压变化趋势与实验结果基本一致,并利用电路模型对故障模块中开关两端的电压进行了模拟和分析。
直线型变压器驱动源 故障 电流 电压 电路模拟 fast linear transformer driver malfunction current voltage electric circuit simulation 强激光与粒子束
2016, 28(4): 045004
西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
建立了包含开关放电分散性的电路模型，模型通过电压控制开关和自击穿开关模型的结合，可对开关抖动及支路间放电的相互影响进行模拟，利用研制的300 kA单级直线型变压器驱动源(FLTD)模块进行了实验验证，模拟结果与实验相吻合。进而针对设计的20支路FLTD模块建立了电路模型，模拟分析了模块支路开关放电分散性对输出电流峰值和上升沿的影响，模拟结果表明，开关抖动小于5 ns时对模块输出影响较小。
直线型变压器驱动源 同步放电 触发 多间隙串联气体开关 linear transformer driver synchronously discharge triggering multi-gap gas switch 强激光与粒子束
2014, 26(10): 105001
1 西北核技术研究所， 西安 710024
2 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
提出了一种基于单传输线脉冲成形技术的模块化快脉冲直线型变压器驱动源的同步触发系统的概念设计，主要由级数较少的Marx发生器、脉冲形成线、主开关、脉冲传输线及触发引出电缆等组成。利用等效电路模型，研究了Marx发生器与脉冲形成线的配合关系，当发生器同时驱动多路形成线时，可以有效增加触发脉冲的数量，并能提高能量利用效率，但触发脉冲的幅值会降低。研究了水介质线阻抗与引出电缆数量对触发脉冲的影响，结果表明：随着电缆序号的增加，触发脉冲的幅值逐渐降低，并且水介质线的阻抗越高，幅值降低的速度越快。触发脉冲也可同时引出，驱动单路形成线输出60路时，触发脉冲的峰值约为293 kV，前沿约11 ns；当驱动5路形成线输出300路时，触发脉冲的峰值约为151 kV，前沿约11 ns。
快脉冲直线型变压器驱动源 电脉冲触发器 同步触发 脉冲功率 fast linear transformer driver electrical pulse trigger synchronized trigger pulsed power
基于用于直线变压器型驱动源的多间隙气体开关结构，提出一种环形放电间隙与电晕针并联的气体火花间隙。通过测量间隙耐压过程中电晕放电的伏安特性，研究了气体介质、气压、电晕极性、电晕针长度以及针尖对应电极结构等因素对伏安特性的影响。结果表明：以空气为绝缘气体，负极性电晕可获得较稳定的伏安特性；改变电晕针长度和针尖对应电极结构可方便地实现对电晕放电伏安特性的调节以满足开关要求。
电晕放电 气体开关 伏安特性 直线型变压器驱动源 环形电极 corona discharge gas switch V-I characteristic linear transformer driver annular electrode
介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关，可以并联更多的支路数，减小回路电感，提高储能密度；通过采用非晶磁芯，减小磁芯损耗，提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响，实验结果表明：模块开关电压工作系数达到0.7，多间隙串联开关才能较好同步放电；给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果，在模块充电±90 kV，开关气压0.32 MPa情况下，匹配负载电流峰值可达到302 kA，上升时间约100 ns，负载上获得的峰值功率为23 GW。
直线型变压器驱动源 直接驱动 多间隙串联气体开关 同步放电 高功率 短脉冲 linear transformer driver direct drive multi-gap series gas switch synchronous discharge high power short pulse
中国工程物理研究院 流体物理研究所， 四川 绵阳 621900
基于已经研制完成的100 kV/100 kA快脉冲直线型变压器驱动源（LTD）原型模块，设计研制了输出电压/电流分别为1 MV/100 kA（功率为100 GW）的快脉冲LTD装置。装置由10级100 kV/100 kA快脉冲LTD模块串联而成，总储能为20 kJ，装置直径约1.5 m，长度约2.2 m。最终在±85 kV充电电压下，二极管负载上获得的电流约为116 kA，电压约为1.1 MV，电压上升时间53 ns，电压脉宽146 ns，二极管阻抗约为9.4 Ω。
快脉冲直线型变压器驱动源 电路模拟 磁绝缘传输线 二极管负载 fast linear transformer driver electric circuit simulation magnetically insulated transmission line diode load
根据已有的实验数据和理论，给出了抖动和延时的数值表示，利用Matlab软件生成随机数组模拟开关延时和抖动。在Simulink环境下建立简化模型仿真多子块并联直线型变压器驱动源（LTD）模块的工作特性。通过M文件控制模块内多个开关的击穿时序仿真开关抖动，分析开关抖动对40个支路并联输出电流1 MA、上升时间100 ns的LTD模块输出功率峰值及前沿的影响。模拟结果表明，在一定范围内，随着抖动增大，LTD模块输出功率峰值减小，脉冲前沿显著增加，系统的稳定性随抖动增加而降低。随着开关抖动增大，输出到负载的峰值功率减小的速率增大，而脉冲前沿近似于线性增加。由于开关抖动将影响负载输出，为满足一定的系统可靠性要求，存在一个抖动阈值，对于40个子块并联的1 MA LTD模块，在系统可靠性要求±5%时，其抖动阈值约为17 ns。
直线型变压器驱动源 气体开关 电路模拟 开关抖动 linear transformer driver gas switch circuit simulation switch jitter
