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(05B0)RSD开关在脉冲电源中的应用研究

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    根据以上推导,可确定负载所需要的主放电回路参数,并能有较好的电源输出特性。
4.3  脉冲压缩与脉冲波形形成回路模型
        对于一般的应用RSD作为放电开关的LC脉冲压缩等效电路模型如图 4 所示。此处的开关S即为RSD堆,其压缩过程如下:第1级放电脉冲经C1-L1-C2进行压缩,第2级放电脉冲经C2-L2-C3进行压缩,第3级放电脉冲经C3-L3-RL进行阻尼压缩,压缩所需级数是根据负载所需脉冲的脉宽来确定的。V10V20分别为RSD开通后t=0时刻,C1C2上的电压。开关RSD开通后,C1C2的充电电压、电流[10,11]分别为


所以,流过负载的电流为

4.4  RSD端电压翻转式触发电路设计
        由4.1和4.2的模型,可设计出RSD端压翻转式的脉冲电源原理图,如图 5 所示用续流二极管D2C1R0来抑制因为C1L1RLL2L3阻尼不够而出现的振荡,阻尼消除C1上的反向脉冲电压。同时,利用V1R1RLL2 、L3V1R1L4两条充电回路对C1的充电延迟,来使D2软恢复反向关断。运用L4来实现反向触发脉冲对负载RL延迟隔离。这里需要D2的阻断电压VDIOD>KsVRSDD (Ks=1.2,VRSDD为断态重复电压),即为RSD堆的Ks倍。相对国外典型RSD触发方式的脉冲电源,这种改进将对脉冲电源的输出波形和RSD触发开通效率有较大改善。

    该方式的触发电路的触发脉宽是9由IGBT进行控制的。RSD上端电压的翻转是通过C4上端电压的翻转来实现的,脉冲变压器的设计前面已论述过了,图 5 中方框内的部分是该脉冲电源的触发部分,图 6 为RSD端电压翻转式触发的等效电路。IGBT驱动脉冲变压器的参数选择可参考文[12]、[13]。

5  实验结果、仿真与分析
        图 7 (a)所示是磁开关开通延迟时间与RSD反向触发电流持续时间配合较好的情况,其上端压较大时(延迟时间短),RSD完全开通了,流过RSD电流波形清晰;图 7 (b)较图 7 (a)的波形中磁开关的延迟开通时间较长,使得RSD开通滞后了,从而增加了反向触发的能量,降低了RSD触发开通效率与速度。

    图 8 是管芯、直径为f20mmRSD脉冲电源的输出电流波形。图8(a)是图5 中RSD端电压翻转式触发开通的脉冲电源输出电流波形,图8(b)是输出仿真电流波形,从两图可看出,二者基本接近。图8(a)的电流上升沿的后半段出现上升率下降和峰值较仿真的小的情况,这主要是磁开关的磁心体积不够造成脉冲前沿压缩不充分,而仿真时却没有考虑这些。从二图也看出,主回路放电脉冲电流峰值已超过10kA,di/dt已超过2.1kA/ms。从图 8(b)可知,经阻尼衰减设计后,只出现很小的反向振荡波形。
   
图 9 是触发电路输出试验电压波形与仿真电流波形。从仿真波形看,其触发电流峰值已达120A以上,脉宽约为1.5 ms;与实测脉宽约2ms比较接近,而其触发效果是看反向脉冲电流及其脉宽,因此该触发电路已达到高效触发RSD的要求。


    图10(a)是直接注入反向电流触发RSD开通时的负载端电压波形,磁开关匝数为10匝,非饱和自感约为10mH,主电容上电压为1.68kV。图10(b)是间接注入反向电流触发的负载端电压波形,脉冲变的原边与副边匝数均为5匝,非饱和自感为2.58mH,副边饱和自感小于1mH。由于负载电阻较小,在RSD开通后,电源输出波形出现反峰振荡。从而使得输出主脉冲效率较低。谐振式反向电流注入式触发RSD的脉冲电源输出波形与图 10(a)、(b) 类似的反向振荡问题。图11是负载不同负载上电压的波形图,显然负载电阻大时,几乎看不到反向振荡脉冲; 相反负载电阻较小时, 却引起振荡。这正符合阻尼的条件: 此处RL即为阻尼电阻。这说明,不论运用哪种触发方式,只要RSD正常开通,在主回路参数不变的情况下,脉冲电源的输出波形几乎相同。

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