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基于PFN-Marx的紧凑化高功率脉冲驱动源
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作者 江进波 褚航歌 +4 位作者 任应杰 张国政 支玉婷 邱立 欧阳善川 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第12期145-152,共8页
为实现脉冲驱动源的紧凑化,研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式,有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计;采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电,供电电... 为实现脉冲驱动源的紧凑化,研制了基于PFN-Marx的高功率脉冲驱动源。7级PFN-Marx采用单级性脉冲充电方式,有利于PFN-Marx内部结构以及Tesla变压器的紧凑化设计;采用锂电池供电的高功率恒流充电电源给Tesla变压器的初级电容充电,供电电源体积小且灵活可移动;PFN各级充电回路电感相同,脉冲充电波形完全同步,模块化结构设计,可以灵活增加驱动源的模块数提高输出功率。脉冲驱动源输出单脉冲能量为45.6J,在75Ω负载条件下输出脉冲幅值为-189.2kV、脉宽93.2ns、前沿为8.4ns的准方波脉冲,功率为477MW。锂电池充电及控制电源的体积为482 mm×443 mm×177 mm,重量为12.6 kg。Telsa变压器及PFN-Marx发生器集成化设计后的体积为ϕ370mm×848mm,重量为28.7kg。此驱动源样机为更高功率更高性能脉冲驱动源的紧凑化设计提供了参考。 展开更多
关键词 高功率脉冲驱动源 pfn-marx 空芯Tesla变压器 恒流充电
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基于PFN-Marx的准方波脉冲源的波形优化研究
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作者 江进波 任应杰 +4 位作者 李毅 张家兴 赵鑫 徐林 欧阳善川 《强激光与粒子束》 北大核心 2025年第3期50-56,共7页
脉冲功率驱动源是高功率微波技术的关键部分,其输出波形质量直接影响高功率微波器件的输出,针对脉冲功率驱动源输出波形平顶存在的振荡问题,设计并研制了一套基于PFN-Marx的紧凑化脉冲功率驱动源并进行波形优化,通过PSpice仿真分析了不... 脉冲功率驱动源是高功率微波技术的关键部分,其输出波形质量直接影响高功率微波器件的输出,针对脉冲功率驱动源输出波形平顶存在的振荡问题,设计并研制了一套基于PFN-Marx的紧凑化脉冲功率驱动源并进行波形优化,通过PSpice仿真分析了不同结构的PFN-Marx发生器的参数,从而确定了PFN-Marx发生器的节数与级数;将输出波形存在的振荡问题转化为波形平顶区域各极值点距离基准值的偏移程度,以平顶纹波误差最小为目标,以均方根误差构建目标函数,在Simulink中建立电路模型,结合MATLAB遗传算法,对PFN的电感进行不断迭代优化,最后确定一组最优值,重新设计电感结构,使其可以方便快捷调整电感值,以此实现波形优化。优化后的单级PFN在10Ω负载上输出波形前沿24.4 ns,脉宽93.6 ns,其平顶性能良好。装配完成的7级PFN-Marx发生器在充电电压53.8kV、负载阻抗75Ω条件下,输出准方波波形的峰值为189.2kV,脉宽93.2ns,前沿8.4ns,后沿33.6ns,纹波系数为3.5%。 展开更多
关键词 脉冲功率 pfn-marx 遗传算法 电感调节 波形优化
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紧凑重频PFN-Marx脉冲发生器 被引量:16
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作者 李志强 杨建华 +3 位作者 张建德 殷毅 李伟 洪志强 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期98-103,共6页
研制了一台紧凑重频脉冲形成网络(PFN)-Marx脉冲发生器,由PFN-Marx发生器、脉冲充电单元、重频触发单元等组成。PFN-Marx发生器模块采用全电感隔离,直径为480mm,长度为700mm。脉冲充电单元采用中储电容加脉冲变压器方法,单次充电可以满... 研制了一台紧凑重频脉冲形成网络(PFN)-Marx脉冲发生器,由PFN-Marx发生器、脉冲充电单元、重频触发单元等组成。PFN-Marx发生器模块采用全电感隔离,直径为480mm,长度为700mm。脉冲充电单元采用中储电容加脉冲变压器方法,单次充电可以满足10次输出。重频触发单元采用变压器和磁开关一体化设计的全固态Marx发生器技术,输出电压大于50kV,前沿小于100ns。脉冲发生器早期输出电参数为单次10GW,脉冲宽度100ns,前沿10ns,阻抗40Ω。重频工作时输出功率7GW,频率5Hz。后期调整后电参数更改为单次10GW,脉冲宽度70ns,前沿10ns,阻抗50Ω。重复频率工作时稳定输出功率8GW,频率10Hz,单串10个脉冲。初步的应用研究中,利用改进后的平台,在5GW条件下驱动磁控管获得了S波段约1GW的微波输出。 展开更多
关键词 脉冲功率技术 高功率微波 脉冲发生器 pfn-marx发生器
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基于PFN-Marx技术的200keV脉冲X射线源设计与实验 被引量:5
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作者 耿力东 谢卫平 +4 位作者 羊强 袁建强 刘宏伟 曹龙博 韩文辉 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期138-142,共5页
基于PFN-Marx技术路线研制了200 kV脉冲驱动源,采用了超前触发技术,实现了在40Ω水电阻负载上输出电压约200 kV、前沿约25 ns、脉冲宽度约62 ns的脉冲高压。设计了工作电压为200 kV的“Washer-Needle”型二极管,在二极管电压210 kV、电... 基于PFN-Marx技术路线研制了200 kV脉冲驱动源,采用了超前触发技术,实现了在40Ω水电阻负载上输出电压约200 kV、前沿约25 ns、脉冲宽度约62 ns的脉冲高压。设计了工作电压为200 kV的“Washer-Needle”型二极管,在二极管电压210 kV、电流5 kA条件下,输出X射线脉冲宽度约40 ns,X射线焦斑直径1.2 mm,1 m处照射剂量约15 mR。 展开更多
关键词 脉冲X射线源 200keV pfn-marx 脉冲驱动源 闪光照相
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寄生传输线对PFN-Marx输出波形的影响 被引量:1
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作者 李志强 杨建华 +1 位作者 胡益 洪志强 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期123-127,共5页
紧凑型PFN-Marx脉冲发生器中,级与级之间存在着较大的寄生电容,该电容和PFN节电感构成了寄生传输线。对两种排布方式下的寄生传输线的放电过程进行了简单分析,重点开展了双列排布方式下全电路仿真模拟,对负载类型、寄生电容、负载电感... 紧凑型PFN-Marx脉冲发生器中,级与级之间存在着较大的寄生电容,该电容和PFN节电感构成了寄生传输线。对两种排布方式下的寄生传输线的放电过程进行了简单分析,重点开展了双列排布方式下全电路仿真模拟,对负载类型、寄生电容、负载电感等参数对输出波形的影响进行了计算,得到了二极管负载会在波形前沿上造成下降、寄生电容大小决定振荡频率、负载电感放大振荡幅值等结论。开展的PFN-Marx实验研究也进一步验证了上述分析结果。根据分析,提出了一种有效抑制输出波形振荡的方法,从电路上进行了仿真验证,进一步实验证实了该方法的有效性。 展开更多
关键词 脉冲功率技术 脉冲发生器 寄生传输线 pfn-marx
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高功率紧凑PFN-Marx发生器研究进展综述 被引量:4
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作者 刘世飞 张建德 张自成 《强激光与粒子束》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期18-28,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 高功率 脉冲形成网络 pfn-marx发生器 高储能密度
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应用于PFN-Marx发生器重频充电的紧凑空心脉冲变压器
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作者 张天洋 陈冬群 +3 位作者 刘金亮 殷毅 张自成 宋祖殷 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期221-227,共7页
通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初... 通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器。这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电。通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较。结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性。同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸。 展开更多
关键词 空心脉冲变压器 脉冲功率 pfn-marx发生器 高能量效率
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脉冲变压器对PFN-Marx充电过程分析
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作者 胡益 贺军涛 李志强 《微波学报》 CSCD 北大核心 2014年第S1期429-432,共4页
脉冲变压器对PFN-Marx充电这种非恒压直流充电方式使得各级PFN之间能采用自击穿开关。在PFN-Marx充电过程中,网络延时使得各级PFN上充电电压不一致和充电电流分布不均匀。这种不均匀性提高了电容器损坏的风险和系统工作的不稳定性。本文... 脉冲变压器对PFN-Marx充电这种非恒压直流充电方式使得各级PFN之间能采用自击穿开关。在PFN-Marx充电过程中,网络延时使得各级PFN上充电电压不一致和充电电流分布不均匀。这种不均匀性提高了电容器损坏的风险和系统工作的不稳定性。本文从LC梯形网络出发,采用电路原理推导了脉冲变压器对PFN-Marx充电时每一级PFN上充电电压计算方法,进而研究了系统参数及电感排列方式对充电电压一致性的影响,模拟研究表明该计算方法可以为PFN-Marx结构和参数设计提供参考。 展开更多
关键词 pfn-marx 脉冲变压器 LC梯形网络充电 电压一致性
原文传递
纳秒级前沿PFN-MARX发生器充放电特性
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作者 张志远 杨兰均 +3 位作者 詹唯 徐海鹏 江宏球 林天遇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期140-145,共6页
为了改善脉冲形成网络(PFN)-Marx发生器的输出波形,得到前沿较短、纹波因数尽可能小的输出波形,对单级PFN的特性进了仿真研究,包括PFN中末端电容、末端电感、PFN的阻抗等因素对单级PFN的输出波形的影响;建立了PFN-Marx发生器的整体仿真... 为了改善脉冲形成网络(PFN)-Marx发生器的输出波形,得到前沿较短、纹波因数尽可能小的输出波形,对单级PFN的特性进了仿真研究,包括PFN中末端电容、末端电感、PFN的阻抗等因素对单级PFN的输出波形的影响;建立了PFN-Marx发生器的整体仿真模型,并对采用耦合电感作为隔离电感和采用分立电感作为隔离电感进行了仿真研究。研究表明:采用耦合电感作为隔离电感可以使各级PFN的充电波形更加一致,效果更好。搭建了一个小型的PFN-Marx发生器,并研究了PFN-Marx发生器中气体开关在不同气压下导通时输出波形的差异,结果表明,升高气压有利于减小PFN-Marx发生器输出波形的前沿持续时间。 展开更多
关键词 脉冲发生器 pfn-marx发生器 仿真 方波
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一种关于PFN-Marx微值电感的设计方法
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作者 唐冬林 冯春 肖建平 《电子信息对抗技术》 2019年第4期89-92,共4页
PFN-Marx发生器在脉冲功率技术领域中具有重要的应用。它同时具备Marx发生器的高电压输出特性以及PFN网络的长脉宽、宽平顶和低阻抗特性。在600kV、100ns的Marx脉冲发生器设计中,基于等电感等电容PFN人工线的电感设计是实现PFN-Marx发... PFN-Marx发生器在脉冲功率技术领域中具有重要的应用。它同时具备Marx发生器的高电压输出特性以及PFN网络的长脉宽、宽平顶和低阻抗特性。在600kV、100ns的Marx脉冲发生器设计中,基于等电感等电容PFN人工线的电感设计是实现PFN-Marx发生器参数特性的关键。通过理论分析得出电感矩阵,采用有限元仿真法对多元微值电感矩阵进行优化计算,搭建试验平台,测试PFN-Marx发生器输出波形,验证微值电感设计的正确性。 展开更多
关键词 pfn-marx 脉冲功率技术 电感设计 有限元法
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HIAF-Kicker电源开关同步驱动电路设计 被引量:1
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作者 高杰 张华剑 +5 位作者 高大庆 上官靖斌 李明睿 金雪剑 赵江 张石磊 《核电子学与探测技术》 CAS 北大核心 2018年第5期625-629,共5页
将固态PFN-Marx发生器技术应用于强流重离子加速器装置(HIAF)注入引出Kicker电源,要求多路固体开关IGBT的驱动电路具有严格的同步性。通过分析影响驱动电路同步性的主要因素,设计了一款同步驱动电路,实现了多路驱动电路之间的最大时延小... 将固态PFN-Marx发生器技术应用于强流重离子加速器装置(HIAF)注入引出Kicker电源,要求多路固体开关IGBT的驱动电路具有严格的同步性。通过分析影响驱动电路同步性的主要因素,设计了一款同步驱动电路,实现了多路驱动电路之间的最大时延小于15 ns。测试结果表明,这款同步驱动电路能够满足HIAF-Kicker电源对多路IGBT同步驱动的要求。 展开更多
关键词 Kicker电源 pfn-marx发生器 IGBT 同步驱动
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The bipolar kicker power supply principle prototype for the booster ring of HIAF
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作者 Jie Gao Mingrui Li +6 位作者 Anhui Feng Daqing Gao Jingbin Shangguan Xuejian Jin Jiang Zhao Shilei Zhang Yan Liu 《Radiation Detection Technology and Methods》 CSCD 2019年第3期84-90,共7页
Background The kicker power supply is one of the key devices to achieve fast extraction for the booster ring(BRing)of high intensity heavy ion accelerator facility.For the expected high beam intensity in the BRing,a b... Background The kicker power supply is one of the key devices to achieve fast extraction for the booster ring(BRing)of high intensity heavy ion accelerator facility.For the expected high beam intensity in the BRing,a beam dump is requested for an emergency case.Therefore,a bipolar kicker power supply is required to extract bunched beams to the regular beamline and the beam dump.Purpose The purpose of this paper is to design and test a bipolar kicker power supply principle prototype.Methods For this purpose,a solid-state Marx generator circuit based on pulse forming network with insulated gate bipolar transistors is applied to the bipolar kicker power supply principle prototype.Results The experimental results show that the principle prototype has the ability to produce a bipolar extraction current,and the polarity can be arbitrarily selected.Besides,a flat-top duration of the extraction current adjusting from 0 to 1.23μs has been accomplished.Conclusions The output performance of the principle prototype satisfies the design requirements and verifies the feasibility of the design. 展开更多
关键词 BIPOLAR Kicker power supply pfn-marx generator IGBT
原文传递
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