《基于rsd重复频率放电应用的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于rsd重复频率放电应用的研究（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 基于RSD重复频率放电应用的研究 姓名：刘建超 申请学位级别：硕士 专业：软件工程 指导教师：余岳辉 20090525 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 重复频率脉冲电源是脉冲功率领域的重要研究对象之一。新型半导体开关 RSD （Reversely Switched Dynistor）相对于传统开关有以下优点：开关过程在器件的全面 积均匀的同时发生，它开通速度快，可以获得很高的 di/dt、阻断电压高、换流功率 大、寿命长和工作频率较高，可实现纳秒级开通，理论上可无限串并联，串并联同 步开通一致性好，因此在脉冲功
2、率系统中具有良好的运用前景。 本文首先介绍了 RSD 的结构及其换流原理，在此基础上，对 RSD 脉冲放电回 路中的磁开关技术、主回路设计和触发方式进行了讨论；并根据 RSD 开通特性，利 用延迟开通的晶闸管与反向二极管并联的模型代替 RSD 器件进行电路仿真。 本文对 RSD 重频回路的关键器件磁开关进行研究，并对其测试，得到其磁滞回 线，并将其应用于电路仿真。这对基于 RSD 重频脉冲电路的设计有着重要的意义。 本文分析了 RLC 脉冲电路及磁开关特性，对 RSD 重频系统的充电方式及电路 进行了探讨。然后基于谐振预充，利用 80C51 单片机进行控制对 RSD 重频脉冲功率 电源进行了设
3、计，其重复频率可达 500Hz。 最后调整谐振回路参数，并对重频脉冲系统的充电方式进行改进，采用逆变电 源配合脉冲变压器的方式进行系统充电，提高充电速度和稳定性，以提高 RSD 脉冲 功率系统的重复频率和放电效果。 关键字关键字：脉冲功率技术 脉冲电源 RSD 磁开关 重复频率 充电 方式 II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract Repetitive pulsed power supply is one of the most important part of pulse power system. Pulse power switch
4、 is one of key components of pulse power system. Compared with traditional switch RSD （Reversely Switched Dynistor） has the following advantages. Switching process in the entire area of the device of simultaneous homogeneous and it turn on quickly, so it can get a very high di/dt. It has characteris
5、tics of high forward blocking voltage, great peak current, high long lifetime and high repetitive rate et al. Therefore, this device has good prospects for the application in pulsed power system. Structure of RSD and pulse power circuit based on RSD are introduced in this paper. Pulse power circuit
6、module based on RSD with Direct Triggering Circuit (DTC) and Resonant Triggering Circuit is introduced. ccording to the RSD turn-on and turn-off characteristics, the model with parallel connection of a delayed turn-on SCR(Silicon Controlled Rectifier) and a reversely diode is used to replace the RSD
7、 in the simulation. In this paper, RSD-loop frequency key devices to study is the magnetic switch, To study its characteristics and test it for simulation, then get its hysteresis back line. It has an important significance in the plus repetition circuit. This paper analyzes the RLC circuit and the
8、magnetic pulse switching characteristics. Experiment circuit of pulse power circuit module based on RSD with Resonant Triggering Circuit is built, and the charge method is reaserched. The 80C51 is chosen as the control unit, frequency of experiment pulse current on RSD reaches 500 Hz. Finally, Adjus
9、ts the Resonant Triggering Circuit parameters and improves the charge method in order to improve power system RSD pulse-repetition-rate efficiency. Key Words：Pulsed Power Technology Pulse Power Reversely Switched Dynistor Magnetic Switch Repetition Rate Charging Method 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师
10、指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编
11、本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本 论 文 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1. 绪论绪论 1.1. 脉冲功率脉冲功率技术的回顾与展望技术的回顾与展望 脉冲功率技术定义为将电场的能量或者磁场的能量在比较长的时间内存储在储 能元件（电容或者电感等装置）中，通过一定的电路实现将其能量进行压缩，以提 高储能系统的能量密度，最后通过开关在极短的时间内将高密度的能量释放到负载 上，从而得到极大的输出功率。 脉冲功率技术是一门相对新兴
12、的学科，在国防领域、环境保护领域、工农业生 产领域、生物医疗领域等诸多方面都有很多重要的应用，有着极为重要的研究价值。 对该技术的研究， 最早期是开始于上世纪 30 年代对电容器进行放电从而产生 X 射线 的研究。上世纪 60 年代是脉冲功率技术迅速发展的时期，因为对核爆炸效应的模拟 实验和离子束惯性约束核聚变特性实验研究的需要， 经典的 Marx脉冲发生器的出现 了，人们对脉冲功率技术的研究也进入了一个重要的时期。 上个世纪 80 年代以前脉冲功率技术的研究主要应用于国防科研领域，民用领域 很少用到，在冷战结束之后脉冲功率技术才开始逐渐转为民用。比如在环境保护领 域利用脉冲电晕等离子体法净化
13、工业废气、高压脉冲放电工业废水处理、脉冲静电 除尘、脉冲电场杀菌、制取臭氧、净化空气等诸多领域有着极为广泛的应用；在生 物医疗方面有如体外波碎石技术、脉冲对生物培养基的影响的相关研究、食品保鲜 技术、使用药品消毒；在工业生产等方面有脉冲岩石粉碎技术、材料表面处理、岩 石钻孔技术，水下探测技术等众多方面的应用1-4。 但是无法回避的问题是，在如此广泛的民用应用领域中，当前真正已经成熟并 且具有商业利用价值的应用技术还是非常少的，大多数的相关应用仍然停留在实验 室或概念中。产生这些问题的根本原因在于，脉冲功率系统的技术尚不够成熟，主 要缺陷表现在设备重频化较低、体积过于庞大、价格比较高、寿命不长、
14、传统开关 的使用可靠性差的问题、以及电容器储能密度比较低等问题是制约民用脉冲功率技 术发展所面临的巨大瓶颈。 下面介绍一种比较典型的脉冲功率发生器的原理图，它的工作原理框图分为高 低压两个部分，工作的具体情况是：首先直流充电电源通过可饱和脉冲变压器 T1和 可饱和电感 Ls 对主电容 C1进行充电到额定电压值，然后触发半导体开关 SI导通， C1通过脉冲变压器 T1放电，把能量并联传输给 C2和C3，其中 C3充电通过二极管 D 2 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 和可饱和磁开关 MS 回路；此时，实际上也把 MS 复位到最佳磁芯工作状态；当 C2、 C
15、3充电到额定电压时，此时使可饱和脉冲变压器 T1饱和，C2振荡反向充电，造成 C2与C3电势叠加，此时由于二极管 D 反偏截止，电压只能通过磁开关 MS 作用到负 载 Z 上，又由于 MS 很快达到其饱和所需的伏秒积，这时 MS 形成饱和成短路状态， 最后将 C2与C3中的绝大部分能量传输到负载上， 以后每一个周期的脉冲都是重复这 个放电的过程，从而产生所需的重频脉冲输出5。工作原理图如图 1.1 所示： 图 1.1 典型脉冲功率发生器 这种形式的脉冲发生器的关键器件是可饱和脉冲变压器 T1的设计，如果要进一 步提高脉冲重复频率和提高 di/dt，就将受到 MS 磁芯性能的限制，首先要减少磁开
16、 关的饱和电感，以获得窄脉冲。另外磁芯的铁损和热损耗等问题也需要考虑，当然 固体半导体开关的开关速度也是制约整个系统性能提高的瓶颈。 当上世纪 90 年代初半导体断路开关 SOS 被发明以来， 全固态半导体开关重频脉 冲发生器技术获得突破性的进展。下面简要介绍一下 MS-5N 全固态重复频率脉冲发 生器。 该脉冲发生器由三部分构成：1、PCU 单元；2、MCU 单元；3、SOS 和负载。 它的工作部分由初级充电单元、脉冲压缩单元、SOS 单元、控制单元和负载等几部 分所组成。其工作过程是：首先市电经过整流对电容 C0进行充电到一定值，然后触 发晶闸管 S0导通，进而采用倍压原理对电容 C1进行充电，同时使脉冲变压器 PT1 复位。下一过程触发晶闸管 S1导通，此时对电容 C2进行充电。当 C2的电压达要所 3 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 需要求的电压时，PT1伏秒值达到饱和状态，C2反向放电，通过 PT2把能量并联传输 给 C
