基于脈沖磁元件的重頻納秒脈沖源研究.pdf

1、脈沖磁元件是脈沖功率系統(tǒng)的重要組成部分，磁芯式脈沖變壓器體積小、成本低，是緊湊型脈沖發(fā)生器中常用的升壓設(shè)備；磁開關(guān)穩(wěn)定性高，是重復(fù)頻率工作性能最優(yōu)越開關(guān)器件之一?；诿}沖磁元件的重復(fù)頻率納秒脈沖源在長壽命、小型化、高重復(fù)頻率運(yùn)行條件下具有明顯優(yōu)勢。
　　本文采用基于磁開關(guān)和可飽和脈沖變壓器的電路方案，詳細(xì)研究了電源的脈沖成形過程，對磁芯式脈沖變壓器諧振充電和脈沖源主回路分時拓?fù)潆娐愤M(jìn)行理論分析。在理論分析的基礎(chǔ)上，需依據(jù)磁芯的脈沖

2、磁化特性設(shè)計脈沖磁元件。對環(huán)形磁芯脈沖磁化特性測量進(jìn)行分析，采用單繞組測量電路獲得磁開關(guān)用Mn-Zn鐵氧體磁芯的磁化特性。采用雙繞組測量電路，測量了高、低剩磁鐵基納米晶磁芯在不同磁化速率下的初始脈沖磁化特性，隨磁化速率增大，平均脈沖磁導(dǎo)率顯著下降。測量了鐵基納米晶和Mn-Zn鐵氧體磁芯在25-150℃的脈沖磁化特性，它們的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在150℃時分別下降了16.3％和55.5%。進(jìn)行了脈沖磁化條件下磁芯的損耗分析，分析認(rèn)為脈沖初始磁化

3、過程中的損耗與往復(fù)磁化下不同。定義了脈沖磁化條件下的初始磁化能量損耗，包括脈沖磁化過程中通過磁滯損耗、渦流損耗和剩余損耗的途徑不可逆地轉(zhuǎn)變的熱能，也包括脈沖磁化暫時儲存在磁芯中的磁場能。測量了對鐵基納米晶磁芯的初始磁化能量損耗和脈沖往復(fù)磁化的磁芯損耗，初始磁化能量損耗密度與磁化速率、磁感應(yīng)增量冪函數(shù)的乘積成正比，而磁芯損耗密度在一定范圍內(nèi)與等值頻率成線性關(guān)系。根據(jù)理論分析和脈沖磁化特性測量結(jié)果，綜合運(yùn)用理論計算、ATP-EMTP仿真進(jìn)行

4、脈沖源主回路核心器件定量優(yōu)化設(shè)計和樣機(jī)研制工作，理論、仿真和實(shí)驗(yàn)波形對比驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計方法的正確性。分析了可飽和脈沖變壓器重頻運(yùn)行時的損耗來源，指出脈沖變壓器磁芯損耗主要來源于輸出脈沖后的回路振蕩激勵，磁芯損耗功率與脈沖源重復(fù)頻率成正比；重復(fù)頻率為5000pps時，脈沖變壓器磁芯損耗功率約為175W。采用Comsol Multiphysics軟件進(jìn)行磁芯重頻運(yùn)行溫升特性仿真，設(shè)計制作油浸式脈沖源樣機(jī)，最高連續(xù)工作重復(fù)頻率為5000pps