国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
PFN-Marx发生器可同时实现升压和脉冲形成，具有紧凑的基因。特别是近年来脉冲储能技术的发展，使得直接利用PFN-Marx发生器驱动各类负载成为现实，因而PFN-Marx发生器逐渐成为国内外研究热点。对国内外的高功率紧凑PFN-Marx发生器的研究进展进行了系统介绍，评述其参数和结构特点。通过总结，从时间发展历程上看，PFN-Marx发生器采用高储能密度器件，装置的储能密度水平在不断地提高，尺寸紧凑化水平也在提高；在追求紧凑化的手段上，PFN-Marx发生器的空间结构的优化设计效果优于PFN网络拓扑参数的优化设计；PFN-Marx发生器采用波形优化方法具有较明显的收益，可有效降低装置紧凑化带来级间分布参数更强耦合的负面影响。同时论文探讨了PFN-Marx发生器的发展趋势，为PFN-Marx发生器的研究和技术路线探索提供参考和依据。
高功率 脉冲形成网络 PFN-Marx发生器 高储能密度 high power pulse forming network PFN-Marx generator high energy storage density 强激光与粒子束
2022, 34(7): 075001
强激光与粒子束
2020, 32(6): 065001
强激光与粒子束
2020, 32(7): 075003
1 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 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院, 北京 100088
针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求, 开展了基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了两节脉冲形成网络互耦电感解耦的条件, 并根据常用的三种脉冲形成网络模型运用拉普拉斯变换推导出了相应的输出脉冲电流表达式, 并利用准方波的Prony级数表达式, 通过求解非线性方程组获得了准方波脉冲的解析表达式, 进一步求解出各网络元件的参数。然后研究了电感耦合系数在电路中的影响, 提出了利用互耦电感设计准方波脉冲形成网络的方法。模拟仿真结果表明: 基于互耦电感的两节脉冲形成网络可获得输出波形质量较好的准方波脉冲输出。利用互耦电感这一巧妙设计, 可以较方便地实现准方波脉冲形成网络的设计。
准方波 两节脉冲形成网络 互耦电感 低阻抗网络 等电容 square pulse two-stage PFN mutual coupling inductors low-impedance PFN uniform capacitor 强激光与粒子束
2019, 31(4): 040006
1 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 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院, 北京 100088
针对微波驱动源、固态调制器等对宽平顶脉冲源的应用需求，开展了基于脉冲形成网络输出准方波的理论研究与分析设计。首先采用Prony算法获得准方波波形的解析表达式，然后基于最佳一致逼近的优化控制思路，列出极点控制方程，采用数值方法求解非线性方程组，获得优化波形参数。在此基础上采用阻抗函数匹配的算法求解出脉冲形成网络的元件参数初始值，根据工程设计的实际情况舍弃部分参数并对个别参数进行优化后，获得最终的元器件参数。通过理论分析与数值模拟相结合的方法，系统地给出了获取长脉宽、低纹波准方波脉冲形成网络的设计方法以及设计准则。该方法可用于设计任意阶低纹波系数的准方波脉冲源，也可用于设计其他输出波形要求的脉冲源。
准方波 脉冲形成网络 Prony算法 最佳一致逼近 阻抗匹配设计 低纹波 trapezoidal pulse pulse forming network Prony algorithm best uniform approximation impedance matching design low ripple 强激光与粒子束
2018, 30(3): 035005
1 中国工程物理研究院 流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
2 北京大学 物理学院, 北京 100871
双极性脉冲电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌溅射处理装置的技术要求，研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度20~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、脉冲电流最大幅值约150 A的双极性脉冲电源，分别给出了该电源在水电阻负载和等离子体负载下的实验结果。设计上采用DSP控制开关电源的方式对储能电容器进行恒流充电；综合应用FPGA，PLC及触摸屏组成人机交互系统，控制输出光脉冲信号，经负压偏置驱动后使桥式结构的脉冲形成网络产生正负交替双极性脉冲。通过大量实验论证，该电源解决了等离子体负载放电打弧等问题，达到了理想的溅射效果，满足了指标要求。
双极性脉冲 桥式脉冲形成网络 等离子体 bipolar pulse FPGA FPGA pulse forming network plasma 强激光与粒子束
2018, 30(4): 045004
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
介绍了一种基于电触发技术的重复频率脉冲驱动源,其突破了双电容结构脉冲成形、紧凑型结构高压产生、大电流条件下重复频率稳定运行等关键技术,采用电路结构最简单的Marx电压叠加技术,解决了Marx在重复频率运行中的技术难点。脉冲功率驱动源设计输出功率20 GW、脉冲宽度180 ns、重复频率1~50 Hz,输出功率和重复频率在一定范围内可调。研制的脉冲功率驱动源体积仅2.5 m3,重量低至2.2 t,脉冲形成单元储能密度高达23 kJ·m-3,驱动源单次工作状态下输出功率约20 GW; 在重复频率30 Hz工作状态下,输出功率16 GW、连续运行时间10 s、系统抖动约6 ns,系统运行稳定可靠。
脉冲功率技术 Marx发生器 脉冲形成网络 高功率微波 重复频率 pulse power technology Marx generator pulse forming network high power microwave repetition rate 强激光与粒子束
2017, 29(2): 020101
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, 四川 绵阳 621900
为了满足在高电压状态下对氧化锌陶瓷(ZnO)元件的检测需要, 研制了一种基于脉冲变压器和脉冲形成网络(PFN)的, 输出电压范围10～80 kV可调, 波形为近方波的高压脉冲源。根据实际研制过程, 分别介绍了高压脉冲源的设计、仿真及系统电路构建。测试了高压脉冲源在标准负载(匹配)和氧化锌陶瓷负载上的输出情况。结果显示: 脉冲顶降小于3%, 顶部波动小于1.5%, 前后沿指标均满足要求。因而, 高压脉冲源可以用于氧化锌陶瓷的性能检测。
脉冲变压器 脉冲形成网络 高压脉冲源 氢闸流管 氧化锌陶瓷 pulse transformer pulse forming net high voltage pulse generator hydrogen thyratron ZnO ceramics 强激光与粒子束
2016, 28(11): 115002
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 621900
采用砷化镓光导开关和Blumlein型脉冲形成网络以级联的拓扑形式构建平顶输出功率源, 驱动工业X光二极管产生X射线。提出了一种轮辐状金属-陶瓷沿面阴极, 并与普通金属阴极工业X光二极管重复频率实验结果进行比较。研究表明: 受限于阴极重复频率下的电流发射能力, 普通金属阴极工业X光二极管难以实现1 kHz重复频率, 采用新型阴极二极管实现了1 kHz重复频率2猝发脉冲X光输出, 这两个脉冲的二极管功率、X射线信号基本一致。
闪光X光机 光导开关 级联Blumlein型脉冲形成网络 X光二极管 重复频率 flash X-ray generator photo conductive semiconductor switches stacked Blumlein pulse forming network X-ray diode repetitive rate 强激光与粒子束
2016, 28(7): 075008
