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《基于sos的脉冲功率源技术新进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第17卷第8期强激光与粒子束Vol.17,No.82005年8月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSAug.,2005文章编号:100124322(2005)08211952063基于SOS的脉冲功率源技术新进展1,21111111苏建仓,刘国治,丁臻捷,丁永忠,俞建国,宋晓欣,黄文华,浩庆松(1.西北核技术研究所,陕西西安7100242.西安交通大学电子物理与器件教育部重点实验室,陕西西安710049)摘要:研制了基于SOS的胡杨200和胡杨700脉冲功率源。给出了胡杨200和
2、胡杨700的电路原理、组成结构和实验波形。介绍了在SOS脉冲功率源上开展的高重复频率强流电子束产生、长寿命阴极实验、绝缘介质的高重复频率击穿实验和低引导磁场无箔二极管等实验研究进展。经测试,胡杨200在2kHz重复频率、负载阻抗200Ω下,输出电压200kV,脉冲宽度约35ns,平均输出功率大于10kW;在300Hz条件下可连续运行。胡杨700同样为全固态脉冲功率源,其设计指标:输出电压700kV,电流5kA,脉冲宽度约40ns;经初步调试在150Ω电阻负载上单脉冲输出指标达到660kV,4.4kA,脉
3、宽约70ns。关键词:半导体断路开关;脉冲功率源;磁脉冲压缩器;强流电子束中图分类号:TN78文献标识码:A电感储能型脉冲功率源具有储能密度高、传输功率大、体积小等优点,但其需要大容量的断路开关。断路开关技术是发展电感储能技术的关键,从早先的电爆炸开关到现在的等离子融蚀开关,目前已有20余种形式的断路开关,它们在不同的场合有着不同的用途。电爆炸开关、等离子体融蚀开关等在大功率(mA、几百kA)ns级短脉冲的产生方面有很大优势,但只能在单次或低的重复频率下工作,DSRD等半导体断路开关在小功[1]率(几十
4、kV,几十到上百A)高重复频率下有良好的特性。++1991年,俄罗斯电物理研究所的科学家们发现了p2p2n2n结构的整流二极管具有在几十ns时间内截断[2～4]高密度电流的能力,这种现象被称为半导体断路开关(SemiconductorOpeningSwitch,SOS)效应。SOS效应的发现促进了能连续重复频率运行的半导体断路开关和基于这种开关的高平均功率脉冲发生[5]器的发展和应用。目前,这类发生器的最高指标为峰值功率1.6GW,脉宽约59ns,重复频率500Hz。基于SOS技术的全固态高重复频率脉冲
5、功率源与同等功率水平的以高压气体开关为基础的脉冲功率源相比,具有体积小、重量轻、造价低、寿命长和在高重复频率方面有巨大发展潜力(SOS的恢复时间仅为1μs,其重复频率最高可达1MHz)等优点,使其能够应用在强流电子束、X射线的产生,半导体、电解质材料的特性研究、空气电晕放电去除有害物质的研究和泵浦气体激光、高功率微波辐射等领域。特别是它的长寿命优点不仅会为射频、射束的武器化提供新的技术支持而且将推动脉冲功率技术在工业领域的应用。西北核技术研究所于2000年开始基于SOS的脉冲功率源关键技术和系统建立等相
6、关研究,2003年6月建成了输出指标200kV,1kA,2kHz,脉冲宽度约35ns,平均输出功率超过10kW的SOS型脉冲功率源胡杨200(SPG200)。目前设计指标为电压700kV,电流5kA,脉冲宽度约40ns,重复频率500Hz的脉冲功率源胡杨700(SPG700)也在紧张的调试过程中,单脉冲输出指标达到660kV,4.4kA,脉宽77ns,这是目前同类脉冲功率源最高的输出指标。同时,在基于SOS脉冲功率源上开展了高重复频率强流电子束产生、长寿命阴极实验、绝缘介质的高重复频率击穿实验和低磁场无
7、箔二极管实验研究等应用研究工作。1基于SOS的脉冲功率源胡杨2001.1系统组成及功能胡杨200由初级充电单元(PCU),磁压缩器单元(MCU),SOS放大单元(SAU),控制器以及辅助电路等[6]几部分组成。图1是胡杨200的主电路原理图。图2为胡杨200外形图,图中左下角为控制器。图3为输出电压和通过SOS的典型波形。PCU置于机柜下部,主体部分采用强迫风冷,部分半导体器件水冷。PCU单元的作用是将市电(三相,50Hz,380V)通过整流二极管D1～D6和电容器C0转换为电压约500V的直流电。利用
8、电感L1,L2,L3和电3收稿日期:2005201226;修订日期:2005206220基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:苏建仓(1965—),男,博士,研究员,主要从事脉冲功率技术研究;西安69213信箱。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1196强激光与粒子束第17卷Fig.1SchemeofSPG200图1胡杨G200脉冲发生器电路
