15A大负载连续脉冲电流源

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1、全固第二．■特种电萱E与元l件掌术年套’沦文j‘15A大负载连续脉冲电流源赵娟贾兴朱利君陈敏张纪昌(中物院流体物理研究所，四川绵阳市919信箱621900)摘要：本文介绍一种以“555”集成电路为主组成的多谐振荡器和单稳电路作为驱动电路、用2只串接的1GBT管作为高压脉冲形成输出级构成的连续脉冲恒流源。主要技术指标：电流为2-15A(负载40．1200)，电流脉冲宽度为10ps-4ms，前沿≤0，2Bs，顶部下垂≤01％，工作频率0．2Hz，波形光滑无振荡，有同步脉冲输出。关键词：脉冲电流源、高压脉冲、同步输出1引言本课题是为某项研究特殊需要而研制的，最大输出电流15A，晟大负载120Q，最

2、大脉宽4ms，且连续工作，电流、负载和脉宽可在较大范围内调节，要求波形光滑无振荡，前沿、后沿快，顶部下垂小，因此选择用作高压脉冲形成的器件就成为本课题的关键。通过对多种器件的比较考核以及吸取以往研制的单次和连续的脉冲恒流源的经验，采用了35A／1．4kV的IGBT管，用串接方式，其工作电压和电流均有较大余量。高压放电时严重干扰同步信号输出，消除其干扰，使同步信号正常输出，也是本课题主要解决的问题，为了便于观察和监测，在前面板用数字表显示和预置输出电流波形的宽度和IGBT管的工作电压，在后面板设置输出电流监测口。2工作原理图l为连续脉冲电流源工作原理图图1连续脉冲电流源工作原理图直流高压VH：

3、采用DC／DC变换方式，低压24V经双管推挽间歇振荡器产生几十千赫兹的高频方波脉冲，再经高频脉冲变压器升压、整流滤波产生500～1800V连续可调的直流高压为恒流形成单元供电。全国第二晨特种电嗣I与元薯l伟掌术年套论文j‘方波发生器：用“555”电路组成多谐振荡器，其脉宽为0．69R2cl，振荡周期069(Rl+2R2)C。连续方波脉冲经BGl三极管倒向，再经R6C2微分，负脉冲触发脉宽成形电路，正脉冲经整形去复位计数器。脉宽成形：用“555”电路组成单稳，脉宽由Rw和C3决定，其值为1，1RwC3，调节Rw，可使输出电流脉宽在10Ijts．4ms范围内变化。’单稳输出的脉宽前沿开计数门，使

4、1MHz晶振的连续脉冲通过，由计数器记录，脉宽的后沿关门，计数停止，因此计数器显示的是单稳输出的脉宽。恒流形成：由2只IGBT管，高压储能电容Co和高压组件组成。IGBT管选用2只35A／1400V功率较高的管子串接；储能电容Co用8只1000uF／450V并、串构成50011F／1800V，高压组件输出的直流高压为电容充电，单稳输出的某一宽度的脉冲经BG2管驱动IGBT，电容Co经IGBT管和负载放电，如果充电电压和负载确定，则放电电流就为“恒流”。开关“K”：用于控制电流脉冲输出，开关K合上时，有电流脉冲输出。3设计与调试31方波发生器：要求工作频率为O2Hz，则振荡周期T为T=Tl+T

5、2=5s．⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)T=0．69(Rl+2R2)C1(2)T1=069(RI+R2)C1(3)T2=0．69R2Cl⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯(4)Tl为电容充电时间，用于计数器显示时间，取4．7s～45sT2为电容放电时间，作为计数器复位时间，取O3～05s取Cl=4．7uF，T2=03s，由(4)式得R2=92kQ取R2=91kQ由(1)式得T2=47s再由(3)式得Rl=1．4MQ实测多谐振荡器波形0．309s4633s32单稳脉宽成形电路要求最大电流脉冲宽度4ms。脉宽tw由下式计算：tw=11RwC3⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯(5)取C3=0082uF，则由(5)式得最大Rw--44kQ，取

6、Rw=50kQ，调节R。，可使脉宽在10¨j～4ms范围内变化。3．3高压脉冲成形输出此部分是该电源的关键部分·最大直流供电电压V}IIlla。：由最大负载RL。ax和最大脉冲电流10。、决定，即V№x=RLfⅢIDmx114全回第：；届特种电营t与元嗣I件掌术年会’沦文秦RLm。。=120QIom。x=15A则V}hTlax=1800V·高压储能电容C：电容C耐压Vc≥VH。。电容C的容量：由电容放电时间常数-“和最大脉冲宽度t。。。估算1dls．RLmxC>>t一“twm“=4X10sC>>33uF取C=500uF电容c采用8只1000uF／450V电容并、串构成500uF／1900V·

7、电容器最大平均充电电流I⋯：电容器在4ms内放电电量Qd。。为Qdi。；Iom。。tw=006C为了保证顶部下垂满足指标要求，需在周期为5秒内，直流供电电源为电容C充电，充的电量等于或大于4ms内放电电量。因此最大平均充电电流I⋯、为12mA，设计的直流电源为20mA。3．4同步信号同步信号从高压脉冲成形输出前端取出，高压放电对同步信号干扰严重，解决的办法：主板与地隔离：高压部分的“地”与低压部分的“地”用电