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1、磁开关陡化脉冲前沿研究 刘锡三 ( 中物院应用电子学研究所) 一、引言 利用磁开关技 术来陡化脉冲前沿历史由来已久 ” ，其基本原理是利用磁元件的非 线性效应， 近年来， 在高压脉冲电 源中又 受到重视“ ” ， 它比 利用火 花隙开关陡化脉冲 效果明显，且易于控制。磁开关用于陡化脉冲前沿，它不同千脉冲压缩和变换，有它 白己的特点 )脉 冲频率要求高，c o =2 . 2 / t , ， 前沿越陡， 频带越宽， ( ， 伏 秒 特 性 较 小 ， 仅 为 前 沿 所 包 围 的 面 积 ， N S O B 一 合 : ( 3 )负载上的预脉冲，取决于非饱和感抗与负载阻抗之比， f 4 ) 脉
2、冲 前 沿由: : = L , I R 确 定 通常.述压缩器的未级电路，有时也采书泛化电终的 1 - 作方式，为了病确汁算- 必须研究6 % 芯的脉冲滋滞同线特性。 本文根据实:k 9 交流6 滞问线并参照已经运行的咏; , 进特性来选择 f_ 作参数: 二、一级陡化电路分析 ， 图 1一级陡化电路 ( a )和负载上的电压波形 ( b ) 图 1 为一级陡化电路和负载上的电压波形。为了分析磁开关的作用，我们假定输 入电压按线睦增长. V t t , 式中V o 为电压幅值t ， 为上升时间，首先分析充电 过程: 当t _ 根 据上 升 时 间 要 求t ， 二 2 . 2 L s / R
3、. 确 定 饱 和电 感 要 求 再 由 环 形 巡 芯 电 感 L s = u s _ “s 1 公 式 选 定 、 : 和 u , ( 饱 和 及 作 饱 和 磁 导 率 ) ， 计 算 出 (k4 路 长 度 ， 这 是 设 计要求 。 ( 3 ) 进行 校 核， 依 据 全 电 流 定 律N i s “ H s l . i : 为 饱 和 时 磁 化电 流， H S 为 饱 和 时 的述场强度，必须得到自 洽， 否则应重新选择，V . S 反复计算，求得完全白 洽的结 三、 二 级 陡 化电 路 分 析 了 万 曰 、 气 卜月 . ， n .、 1吐 图2 ._级陡化电路 ( a )
4、及电压波形 ( b ) 我 们 利 用 陡 化 电 路 的 概 念 来设 汁 陡化 电 容Cpl由 文 献 t 7 1 可 得 到 ( 7 ) 如果直 流电 源 吻为储能电 容器C ， 所代替，则陡化电容应为: C ; C , ; C o C 十 亡 。 形成了两个台阶 ( S ) 电路的充电过程与上1 7 类以， 我们可以简化分析: 电路的放电过程严格分沂很复杂 当 : 路 ; 中 。 电 流 ， = !: ，/ 。 ， - i(L , 1 C , - l o sin c t 达 到 、 值 时 ， 即 : = 2 G ) 趁开关 之 达 到 饱 和 点 ， 前 沿 由 C P -L s 2
5、 -R 电 路 确 定 ， 此 时C , 还 来 不 及 对 R 放 电 平 项 和 后 沿 由 ( C . + C p ) - L s 2 - R 电 路 决 定， 近似 表 达式 如F V , (r ) = 哦 d , - e - 叫( 9 ) 式 中 : ， 二 L , , I R , r d 二 (C + C , ， fti7c i中 陡 化 电 路 对 开 关 导 通 时 刻 有 严 格 的 要 求 ， 由 于 土 要 能 黄 保 留 在 C 。 中 ， 从 而 人 人 降 低 了 对 陡 化 无 感 电 容 的 要 求 。 四、实验结果 实 脸是 在磁 控管调制器上进行的主要指标是
6、4 0 k V . 1 0 0 A . 4 p s , 5 0 - 2 5 0 H z 脉 冲上升时间为。 t3 u s ，负 载用人 功率瓷 釉电阻4 0 0 0 ) ， 一 级陡化磁开关0 5 0 X 2 5 X 2 0 为 俄罗斯金属 玻璃环，截面S = 2 .5 c m 2磁芯的伏， 秒特性为 . 6 X 1 0 - 2 伏， 秒， 绕3 0 匝， 计 算 为石 , = 4 . 3 p H . L , 二 %u H ， 一 级陡 化负 载上 电 流 波 形见 图3 。 一 级 陡 化电 容 由2 5 个8 0 0 p F 的 无 感 匕 齐 串 联 而 成 、 ( ; = 3 0_ I
7、 )P . 第 一 级开 关 用 t 1 ) 1 0 0 X 5 0 X 2 0 环 、 烧3 2 匝， 第 一级 磁 开关用 , p 5 0 X 2 5 2 0环， 绕7匝， 计n 得到今 r = 0 . 5 5 。 H， 今 二 I 0 9 P H， 几 二 二 2 6 n H. 几 = 5 .2 u H一 级(Z 化 负 载 上 的 电 流 波形 见 图4 . 图 中上 线 为C 的充 放电 时的电流波形。 图3一级陡化电流波形图4_级陡化电流波形 实验表明:充电过程与时间近似丫 线性，物理图象十分清晰，预脉冲抑制取决于 。吞/ R 的 选 择 一 级 陡 化 的 两 级 台 阶 比 较
8、 明 显。 实 验 中 重 复 领 率5 O H z ， 由于 没 有 大 劝率的无感屯 涟T 载 _ 二月 药屯 感的二升时间约0 . 3 5 , ; 影 筑厂 健之谈柔沦文 6 ) . ,i 数值解解释了买捡反形 乏 干丈月了花叱泳冲前沿有很少邢斤书 吐葺平习初率屯源甲 金属玻马 开关钓妞损耗桂比狡人的 2 0 %)，需要研究祈 t , 还打,._t . r 可能保证电 源的高效夔 参 考 文 献 1 1米夏兹 r“i 1T . s f 秒咏冲的 ; r rti . 1 n 2 出版桂 1 9 7 5 年 2 V . A . P e t r o c e t l. F B o h o lt
9、a a c t o n e n c G c n e r a tor o f N a n o s e c o n d P u ls e s “ In s t , a n d T e c h . L 1 9 7 7 p 9 0 f 3 D 上B ir x 亡 t 1 . B a s 月 c p r in d p ( u , e m . 门 g t h e D e s ig n o f Ma s n e t i c 5 % i tc h e s L L N L L C I D 1 8 8 3 1 N o , , 1 F 1 9 9 0 4 1陈裕涛 等2 0 W T Y I p i R叱米强A光 2 乍 立子束 6 ( 4 ) 5 9 5 1 9 9 4 f 习张继吕 1 5 0 k V说流祝r N P : .二， IF忆。一 听内部报告1 9 9 7 年 6 1 t HL 银“ 巨TF关悦价悦流禅，产 匕原甲口 扣 ， 田”K t : 论义 中物院 听 1 9 9 8 c - 7 l H AS II n AD - A 0 1 3 6 2 0 1 9 “ 3 , P I - r J
