基于SOS与LTD技术的高重复频率脉冲发生器.pdf

第26卷第4期 强 激 光 与 粒 子 束 Vol-26，No．4 HIGH 2014年4月 POWERLASERANDPARTICI。EBEAMS Apr．，2014 基于SOS和LTD技术的高重复频率脉冲发生器。 王 冈4， 苏建仓， 丁臻捷， 范菊平， 袁雪林， 潘亚峰， 浩庆松， 方 旭， 胡 龙 (西北核技术研究所，高功率微波技术重点实验室，西安710024) 摘 要： 提出了磁饱和直线变压器驱动源(LTD)泵浦半导体断路开关(SOS)产生高重复频率短脉冲的 技术路线。利用LTD初次级线圈为单匝同轴结构和磁芯可饱和的特点，实现快速反向泵浦SOS，通过多级 LTD模块叠加获得高电压输出。采用射频金属氧化物场效应晶体管(RFMOSFET)作为LTD初级电路的主 开关，将SOS正向泵浦电流脉冲时问降至数十ns，泵浦电流脉冲重复频率最高可达MHz。最终研制出一台基 于SOS的10级磁饱和LTD型脉冲发生器，输出电压约11kV，电流220A，脉冲宽度约2ms，重复频率为20 kHz。实验验证了磁饱和直线脉冲变压器泵浦SOS产生高重复频率短脉冲的技术路线可行。 关键词： 半导体断路开关； 直线变压器驱动源； 重复频率； 短脉冲发生器 中图分类号：TN78 文献标志码： A doi：10．11884／HPLPB201426．045011 高重复频率短脉冲产生技术在国防和工业领域有着广阔的应用前景，已经成为脉冲功率技术领域的研究 具有突出优势。俄罗斯电物理研究所在半导体断路开关技术研究和系统研制方面一直处于世界领先水平，其 中，研制的S一5N型高功率脉冲发生器，输出峰值功率达1．66GW，脉冲宽度40～50ms，重复频率为0．5kHz； kHz。西北核技术研 SM一3NS型短脉冲发生器，输出脉冲宽度约5ms，峰值功率为400Mw，重复频率约为3．5 究所研制的SPG50型高重复频率脉冲发生器，输出峰值功率为30Mw，脉冲宽度约8～10ms，重复频率达20 析可知，由于多级磁脉冲压缩器能量损耗大，系统效率低，能损引起的系统温升限制了重复频率的提高。为此， 的技术路线，预期实现输出功率约10MW，脉冲宽度小于5ms，重复频率达百kHz的目标。设计并建立了一 Q电阻负载上输出功率约2．4 套基于SOS的磁饱和LTD型脉冲发生器实验装置，初步调试结果为：在50 MW，脉冲宽度约2ms，重复频率为20kHz。 1脉冲发生器设计 半导体断路开关(SOS)是一种后效性的功率半导体器 件，其工作特性与器件的泵浦参数密切相关口。9]。从半导体 断路开关技术研究分析可知，为获得高重复频率ms级脉冲 ns。本文 输出，必须缩短SOS反向泵浦电流时间至15～20 设计了一种新型磁饱和直线脉冲变压器(LTD)快速泵浦 SOS电路，探索利用SOS直接产生高重复频率超宽谱脉冲 的技术可行性。 1．1脉冲发生器电路 基于SOS的高重复频率短脉冲发生器电路如图1所 示，包括(a)初级充电单元、(b)磁脉冲压缩器单元(包括磁饱 【I……一。h111· I I、I 和LTD、泵浦电容)、(c)SOS和负载。 Eig．1 1i、()、剐I州㈨11㈧‘F‘({011 电路工作过程简述为：电源向初级储能电容Ct～C。充 图1 基于SOS的磁饱和LTD型脉冲发生器电路图 电，触发并联开关M。～M。，初级储能电容放电通过磁饱和 as并正向泵浦SOS；充电结束时刻，多级LTD磁芯同时饱和， LTD向泵浦电容C充电，脉冲电流时间40～50 11一07 *收稿日期：2