高压脉冲阻容分压器的设计

高压脉冲阻容分压器的设计

摘要：在介绍阻容分压器基本原理的基础上，分析了脉冲信号时间与阻容分压器测量系统时间常数的关系。建立分压器的等效电路图，对测量系统进行仿真分析，分析表明阻容分压器中的寄生电感和电容对分压器的影响较大，当他们达到一定的程度会使系统输出波形的振动剧烈，上升时间变长，输出波形失真[1]。电容器中的电阻对分压器的性能有一定的影响，在设计高压脉冲阻容分压器时要适当给予考虑。通过改变等效电路中的各个参数，分析不同参数对分压器测量性能的影响，对分压器的结构进行优化。

关键词：分压器；阻容分压器；电压测量；响应时间；

Design of the Capacitor Divider for Measuring of High

V oltage Pulse

Student majoring in agriculture electrification and automation Shen Jinyu

Tutor Chen Weifeng

Abstract：The relation between the pulse signal’s and the measurement system’s time constant of resistance-capacitance voltage divider are analyzed on the base of the introduction of fundamental principle of resistance-capacitance voltage divider. Equivalent circuit of the voltage divider is established in order to simulate the measurement system, the simulation analysis showed that the resistance and capacitance in the capacity have greater effect on resistance-capacitance voltage divider .The output waveform of the system will vibrate intensively ,the rising time will become longer ,and the output waveform will be distorted when they reach a certain extent .The resistance of the capacity has a certain influence on the function of voltage divider which should be considered in designing a high voltage pulse capacity voltage divider .The voltage divider’s structure can be optimized by changing the circuit’s parameters and analyzing the influence of different parameters. The voltage ratio of the designed capacitance voltage divider is 2100.

Key words：potentiometer；resistance-capacitance voltage divider；measure；response time

绪论

1).研究分压器的功能和意义

将高压信号转换为示波器所能测量的低压信号，在整个测试系统中占有重要地位，分压器的性能好坏直接影响测试系统的整体性能的好坏。分压器作为转换装置，是冲击测量系统常用的主要组成部分之一。它的作用是把几万伏或几十万伏的冲击高电压转换成示波器等记录仪能够测量的低电压。老式的高电压示波器最高能施加1KV-2KV,而通用的数字存储示波器一般只能加上几十伏或几伏，所以要通过高压分压器把高电压转换成几十伏或几伏的电压才可以输入同轴电缆上，通过同轴电缆把几百毫伏至几十伏电压传送到数字示波器上进行测量。2).脉冲分压器测量应满足的要[2]

（1）将被测电压波形的各部分按比例缩小后，波形无畸变；

（2）分压比恒定，在适用范围内，不随大气条件或被测电压的波形、频率、幅值等因素而变；

（3）分压器的接入对被测电压过程影响应微小到容许程度。

此外，分压器所消耗的电能应不大。在一定的冷却条件下，分压器消耗的电能所形成的温升不应引起分压比的改变。分压比在一定频带范围内应与被测电压的频率和幅值无关。

3).设计的思路

在参阅相关文献资料的基础上，立足现有的实验条件、设备条件提出初步的设计方案，按照方案建立等效电路图进行仿真,分析仿真结果,确定分压器的参数。随后进行焊接，工艺和结构优化，最终达到预期的要求和目标。

主要的工作内容包括:

1.理论分析,建立模型

2.电路仿真,确定参数

3.实物制作,试验验证

4.结果分析,不断改进

1 脉冲测量技术

电磁脉冲测量，包括脉冲电场、脉冲磁场、脉冲电压及脉冲电流的测量。由于电磁脉冲信号是上升时间仅几个纳秒、持续时间几十纳秒至几个毫秒的极高强度的瞬态信号，其频谱覆盖了零到几百兆赫的频带，因而要求测量系统具有与之相适应的频率响应范围，且既不能对被测环境产生明显的影响，又要具有较强的抗干扰能力。

1.1 脉冲电压的测量

测量脉冲高电压的常用方法是分压器与数字存储示波器为主要组件的测量系统、微积分环节与数字存储示波器为主要组件的测量系统及光电测量系统等。电压峰值不很高的脉冲电压（几千伏至50千伏），可以通过商品高电压探头或衰减器及通用的数字储存示波器直接进行测量。但当被测脉冲电压峰值很高时，则必须要通过分压器等的转换装置及其他多个部件组成的冲击高压分压系统进行峰值及波形的测量。

脉冲分压器可分为电阻分压器、电容分压器和阻容串联分压器[3]。电阻分压器结构简单，测量精度较高，长期稳定性较好。但为追求高响应性能，它的阻值不能太高，一般不能大于10kΩ，因而为防止过热，被测峰值电压不能高于2MV。电阻分压器测量瞬态脉冲电压时所产生的误差，与阻值和对地杂散电容的乘积相关，所以应尽量减小对地杂散电容的大小及影响。通常除尽量减小分压器的尺寸外，还可以采取供给式或收集式分布电容补偿及电感补偿等技术改善分压器的响应性能。电容分压器不消耗能量，没有发热的麻烦，对测量波前和半峰值时间较长的脉冲波，比电阻分压器较为有利。由于存在回路杂散振荡问题，对测量陡波脉冲而言，其额定电压也不能太高。又当存在高压引线时，其响应特性不如电阻分压器好。为了阻尼电容分压器回路的振荡，发展了阻容串联分压器，其性能与补偿度和阻尼度有关。

微积分测量系统[4]（Differentiating-Integrating measuring systems, 简称D/I系统），是20世纪80年代初，因数字化测量的发展而开始兴起的。D/I 系统的优点是：对高压源的负荷效应极小，具有足够高的响应特性。其缺点是对积分器的要求高，对微分部分的电阻的无感要求也比一般电阻分压器的高得多。光电测量系统是利用各种电光效应或光通信方式进行测量的系统。其中利用光纤

传输线路良好的绝缘性能，可将高压设备与高灵敏度的测量仪器及计算机隔离开，可减弱射频干扰和杂散寄生信号对测量回路的影响。但与传统的高压分压器或分流器为主的测量系统相比，光电测量系统的稳定性较差。

1.2 脉冲电流的测量

脉冲强电流的测量常用分流器和数字示波器所组成的系统，也常用罗戈夫斯基线圈（Rogowski coil）作为换能装置。此外，也可用光电测量系统。设计分流器要考虑三个因素：残余电感应尽量小；在尽可能宽的频带内，分流器的有效阻抗必须为一常数；抗干扰性能要好，应尽可能减小流经电缆外导体的电流。用分流器测量脉冲电流时，被测电流将在分流器内产生热效应和力效应。如被测电流达几百千安，分流器的制造会有一定的困难，此时常用罗戈夫斯基线圈来测量电流。罗戈夫斯基线圈是利用被测电流产生的磁场在线圈内感应的电压来测量电流。其实际上是一种电流互感器测量系统。与分流器法相比，罗戈夫斯基线圈与被测电路没有直接的电的联系，可避免或减小电流源接地点的地电位瞬间升高所引起的干扰影响。由于线圈输出端口上所得的电压信号与被测电流对时间的导数成正比关系，所以，为了直接得到与电流成比例的信号，在测量系统中需加入积分环节。罗戈夫斯基线圈的积分法可分为LR积分式（自积分式）和RC积分式两种。无论哪种积分方式，在参数选择及系统构建时，都必须使响应特性满足要求，自积分式方波响应上升时间可做到小于1ns。

目前最常用的测量方法有[6]：（1）测量球隙；（2）分压器与数字存储示波器组成的测量系统；（3）微分积分环节与存储示波器组成的测量系统；（4）光电测量系统。

球隙只能用来测量电压峰值，不能测量电压波形。微分积分测量系统是20世纪80年代初，因数字化测量的发展而开始兴起的，其优点是：对高压源的负荷效应极小；具有足够高的响应特性。缺点是：当微分环节的电容值很小时，往往静态分压比的测量误差较大；对微分环节的电阻的无感要求很高；当被测脉冲上升沿很陡时，微分环节的电阻上会出现极高的尖峰脉冲电压。光电测量系统是利用各种电光效应进行测量的系统，其突出优点是对被测对象的介入性较少、抗电磁干扰能力较强，但系统复杂，且测量的可靠性取决于光学、电子学系统的实际性能，因而这些技术仍在不断发展之中。本章主要讨论高压脉冲电容分压器的原理和制作。

2 高压脉冲阻容分压器[5]

阻容分压器分阻容串联分压器和阻容并联分压器，是在电阻分压器和电容分压器的基础上进行改脉冲高压强流测试装置的研制进而发展来的，其响应性能已经有了很大的改善，是更为优越的分压器。

2.1阻容分压器的基本原理

阻容分压器是采用RC串联网络来分压的，具有电阻分压器低频性能好的优点及电容分压器高频性能好的优点，缺点是高阻低电容网络测试复杂。

阻容分压器分为阻容并联和串联两种，阻容并联分压器尽管可以作为冲击电压信号的测量分压器，但电容和电阻分压比的同步调节困难，因此一般选用在阻容串联分压器。

阻容串联分压器包括高阻尼和低阻尼分压器，高阻尼分压器要考虑引线电感的影响，在高压引线上需要添加阻尼电阻R d，且需要考虑阻尼电阻对分压器特性的影响，如图2。

图2 高阻尼阻容分压器

图2中

R'(包含阻尼电阻R d)和C1组成高压阻尼臂，R2和C2组成低压臂。高

1

阻尼电容分压器在测量高频冲击信号是，利用电阻的特性转换；而在测量低频冲击信号是则利用电容的转换特性。也就是说：冲击信号起始按电阻比分配，最终按电容笔进行分配。电阻和电容要求满足

'1d11122

（R+R）C=R C=R C(5) 高阻尼电容分压器的时间常数很大，当测量较小的负载时，会因为电容分压器的接入使波形的调节较为困难。

2.2电容分压器测试系统

2.2.1自积分电容分压器

图2-3 带积分器的电容分压器测量回路

带积分的电容分压器的测试回路如图2-3[8]，C0、C1分别为高压、低压臂电容；Z为信号电缆的波阻抗；R为末端匹配电阻取值为50欧；积分电阻、电容分别为R1、C2；R2与Ｃ为示波器输入电阻、电容。示波器的输入电阻R2远大于补偿电阻R1，C1的输出ｙ(t)的负载即为Ｒ，则

1

0()()(()())

dy t dy t d u t y t C C dt R dt -+=

对上式整理可得：

010

()()()

()dy t y t du t C C C dt R dt ++=

对于式(2.5)，当(C 0+C 1)dy(t)/dt>>y(t)/R 时，

010

()()

()dy t du t C C C dt dt +=

即：

010()(()/)()u t C C C y t =+

假设被测量的电压u(t)频率是f ，其上升沿τr 决定高频f h ，而脉宽τd 决定

于低频分f 1。

一般τ0=30τd 就无需外加积分器。

001()R C C τ=+，

当2πfR(C 0+C 1)>>1时，

即：τ0>>0.3t d 是就不需要积分器就可以测量被测电压信号。 以t r ＝15ns ，t d ＝40ns ，ｕ（ｔ）＝200kv 来说： τ0=30τd =1200ns ,

由τ0=R (C 0+C 1)，R =50Ω可得：

C 0+C 1=τ0/R =12000÷50=2.4nf ,

电容分压器的高压臂电容C 0远小于低压臂电容C 1， 不防取C 0=0.8pf ,那么C 1=2.4nf-0.8pf=2.3002nf; 可以得到：

01

C 2.40.83000C nF pF C β+=÷=＝

2.2.2微分电容分压器

当(C 0+C 1)dy(t)/dt <

0()()

y t du t C R dt =

所测输出的信号是原信号的微分，需要对其还原源信号，即要积分。 当2πf h R(C 0+C 1)<<1[9], 取f h =0.35/t r ,

既在t r >>2τ0分压器必须加积分电路。 2.3等效电路

2.3.1电容器的等效电路

电容器的一般结构通常由三部分组成：

（1）电容器芯子: 主要有介质和极板构成，它是电容器的核心部分，等效电路中通常用Z 1表示。

（2）保护结构: 它的作用是保护电容芯子，使其能够长期可靠的工作。这部分阻抗通常以Z 2表示。

（3）引线或绝缘子引出端: 这部分阻抗通常以Z

表示。

3

在交流电压作用下这三部分均起作用，其中Z1，Z2取并联形式并与Z3串联。若把电容器中的各部分都已集中参数表示，则可得出电容的等效电路图2-4[10]如下：

图2-４电容器的等效电路图

部分中，R1，C1表示电容器芯子介质的等效并联电阻和电容；r1，L1表在Z

1

示极板的电阻和电感。Z2部分中，R2，C2中表示保护层介质的并联电阻和电容；r

，L2表示保护层内引出片的电阻和电感。在保护层结构的等效电路中，偶遇保2

护层内的引出片很短，同时面积有很小，所以和r2,L2,C2,R2的数值比起相应的电容器芯子介质的参数要小的多，一般情况下这部分的对整个电容器的影响很小。为了分析和计算的方便，上述电容器的等效电路可以进一步的简化。

用集中参数形式表示，有如图2-5所示七种形式，其中C p是主介质和保护介质的各种极化电容量；R是介质极化引入的等效并联电阻；r m是电容器金属部分的电阻；r1是漏导阻抗，是针对(b)直流的情况：

图2-５电容分压器的简化等效图

2.3.2电容中的电感

当电流不断流经导体时将在导体周围产生磁通量并形成磁场，磁通量的大小和方向取决于该导体的电流大小和方向。因此，磁通量与电流之间有一比例关系，此比例或其增量之间的比例就称为该段导体的电感。

明显，电容器也是金属导体，所以电容也有电感。当交流电或变化的电流经电容器的引出线、极板、金属外壳等导体部分时都会产生电感。实际上电容器的电容量和电感是同时并存的。电感的大小取决于通过电流导体的几何尺寸和导体的磁导率，而与通过的电流的大小无关。

虽然各种电容的具体尺寸和结构不同，其电感各异，但一般电容器的电感是由三部分组成即芯子电感（主要指极板部分，也包括接触用的引出片电感和多个芯子之间的连接部分）、引线电感和外壳电感（当电容的外壳为金属并与电容器的一端连接时）。在制造电容器分压器时，为使电容器具有较小电感，可以考虑以下三个方面[12]：

(1)电容器的载流部分应尽可能配置的使其磁通量相互抵消。因此，应使电流方

向相反的导体靠近，电流方向相同的导体远离。

(2)尽量缩短载流导体的长度，对导体的形状和结构应特殊考虑（增大电流流经

的宽度和厚度）。

(3)电容器金属部分的材料，应当选用非磁性材料。

图2-6 可以认为电感为零的结构图2-7引线错开，板间电流方向存

在相同，形成磁场电感增大

在电容器芯子中，如果能使流经上、下两个极板的电流方向相反，同时又假定在极板上的分布是均匀的，则从理论上讲，这种情况对外呈现最小电感。如图2-6所示电容极板两侧的电流方向都相反，就可以认为其电感为零；而对图2-7而言，其两个极板间的引出线相互的错开，在极板间存在电流方向相同的区域，在该区间的就会形成磁场而使电感的值增大。

２.3.3电容器的容量温度特性

电容器的电容除了受频率的影响之外，也受温度的影响。电容量随温度的变化首先决定于介质材料，具有电子、电离位移极化的各种中性介质和离子结构的电解质属于这一类；第二类是ε与温度呈现强烈非线性关系的材料，具有明显居里点的II型陶瓷材料。根据介质介电常数ε随温度的变化情况将其也可以分为两类：第一类是ε与温度有线性关，第二类是ε与温度没有线形关系。

除此之外电容的结构、工艺也会影响电容的温度特性。

2.3.4极化

图2-8夹板极化及等效电路

图中每一层介质的面积及厚度均相等，外电压为电压U0，合闸瞬间两层夹板的电压U与各层的电容成反比关系（突然合闸的瞬间相当于很高的频率的电压），

即：当t=0时有

12

21U C U C =

。

稳定后，各层电压与电阻成正比，即与电导成反比，

12

21G G U U =

如果介质不均匀，即ξr1 与ξr2、C 1与C 2、G 1与G 2都不相等，当t=0时和t 为无穷时的U 1/U 2不相等，那么合闸后两层介质之间就有一个电压分配的过程其中一个电容上的电荷要通过G 放电，另一个要从电源吸收电荷，该部分成为吸收电荷。整个介质的等值电容将增大。吸收过程完毕，极化过程结束，吸收过程要经C 1、C 2和G 1、G 2进行放电，其放电常数τ＝（C 1＋C 2）/(G 1+G 2)。由于G 很小，故τ很大，极化速度非常缓慢。所以在设计电容分压器时极化因素可以忽略。 2.3.5线路中的波

电系统各个元件都是通过导线连接成的一个整体，在发生雷电或进行开关操作时，线路上都可能产生以流动形式出现的过压波。

过电压波在线路上的传播，就其本质而言是电磁场能量沿线路的传播过程，即在导体周围空间逐步建立电场（E ）和磁场（H ）的过程，也即是在导体周围空间存储和传递磁能的过程，空间各点的E 与H 相互的垂直。 2.3.5.1线路中的波的折射与反射[13]

在电力系统中常会遇到两种不同波阻抗的线路连接在一起的情况，如图2-9。

图2-9 行波在节点A 的折射与反射

当行波传播到连接点时，在节点A 前后都必须保持单位长度导线的电场能量和磁场能量总和相等的规律，故必然要发生电磁场能量的重新分配的过程，也就是说在节点A 发生折射和反射。

在节点A 处只能有一个电压值和电流值，即A 点Z 1侧及Z 2侧的电压和电流在A 点必须连续，这是边界条件。据此可以求出节点A 电压的折射系数α和反射系数β，有

2122Z Z Z α=

+ ；21

12Z Z

Z Z β-=+；1αβ=+。

3影响因素分析

3.1模型及等效电路

如图3-1是电容分压器的结构简图，铜芯和铜壁构成分压器高压臂，两个铜壁之间构成分压器低压臂，高压臂是一个管型电容器，电容的值比较的小。低压臂是一个锥型电容器，电容的值远大于高压电容值，即高压臂的电容量较大。

图3-1 电容分压器的结构简图

根据上面的结构简图和第二章中关于电容器的知识我们可以建立如图 3-2所示的电容分压器的等效电路图：

C12

图3-2分压器的等效电路

其中C 0，C 1为电容器高压臂和低压臂的主电容；R c1和 R c2是高、低压臂电容介质（包括主介质和保护层介质）极化引起的并联电阻；C g1到C g3 是对地电容；C 12 是极板间的电容；L 0 、L 1是电容器金属部分电感；R m0和R m1是电容器金属部分的电阻。

3.2 阻容分压器相关参数计算 3.2.1低压臂相关计算

同轴电容分压器的低压臂是一个同轴电容，即是管形电容器。

图3-3 管型电容器

（1）电容的计算[14]

低压臂是由两个同轴的圆柱面所构成，半径分别为r 1和r 2，长度为b 。在两极板间间隔的介电常数为ε的介电质，其间点位设为U 。 由静电学的基本定律可知，距轴心r 处的电场强度为：

02Q

E rb πεε=

由电场与电位的关系

dU E dr =-

则

02Q

dU Edr dr

rb πεε=-=-

上式积分

12

02r r Q

U dr

rb πεε=-?

=2

0ln 2r Q

rb r πεε

122201

8.8510/(.)

4C N m k επ-=

=?

将上面的值代入，并Q=CU ，则芯子的电容量为：

211

1.8ln(1)

1.8ln

b

b

C r d

r r εε=

=

+ (3.1)

（2）电感的计算

低压臂电容的芯子的半径为r 1,铜芯的长度是b 。 在工频下，单导线单位长度的电抗为：

42(4.6lg 0.5)10(/)m D

x f km r

π?-=+?Ω

其中D 为单向导线的几何平均距离，在此取r 1的值 ；?为导体的相对导磁率系数，对非磁性材料铜?=1。 对于长度为b 的铜芯的电抗为：

42(4.6lg 0.5)10(/)m D

X x b b f km r

π?-=?=+?Ω (3.2)

把电容器的电感当集中参数来看，设电感为L 0

02X fL π=

4022(4.6lg 0.5)10(/)m

D fL b f km r

ππ?-=+?Ω 40(4.6lg

0.5)10(/)m

D L b km r

?-=+?Ω （3）电阻的计算

经查表铜的电阻率2

cu

0.0175mm /m ρ=Ω? 20m0cu

cu 2211

b b R 1.7510S r r L ρρππ-===?Ω?? (3.3)

因为圆柱电容器的两极板间的电介质是绝缘体，电阻很大，所以可以认为R c0比无穷大稍小 。

3.2.2 高压臂的相关计算

高压臂是圆锥形电容器，其结构如图3-4所示：

图3-4 锥形电容器

（1）电容的计算

图3-4是圆锥形分压器的结构简图，圆锥底面的内半径是r 2，内外半径是一层很薄的介质，所以外半径r 3可以近似的看成r 2+a ，电容器的高是L ，从O 点向

上的距离为ι。

取电容器的dl 高度，所以可以把dl 高度的圆台看成圆柱，由圆柱形电容的计算公式，可知，该dl 段的电容量为：

22

C 1.8ln()

d r a r ε

ι=

+

则距O 点ι处圆锥的半径是：

'22tan r r l θ=-?

'322tan r r a r l a θ=+=-?+

所以该微元的电容量为：

022tan 1.8ln()

tan C dl r l a r l ε

θθ

=

-?+-?

对上式积分可以得到整个圆锥形电容的值：

000

22tan 1.8ln()

tan L

L

C C dl dl r l a r l ε

θθ

==-?+-???

(3.4)

（2）电阻和电感的计算

电容分压器的低压臂是由两个同轴的圆锥面组成，横截面积很大，所以电容器的电阻和电感都非常的小取值要比高压臂的小的多，在仿真时可以适当的取值，和高压臂的情况类似R c1的值很大，取值可以比R c0的值稍小。 3.2.3极间电容和对地电容

由分压器的结构简图可以看出两个电极的极板相对的错开，极板间的距离较大，所以极间的电容量非常的小，由圆柱形电容器的公式来近似的估计，极间的电容量要比高压臂的电容小一个数量级。

对地电容的电容量更小，这里取值比高压臂小三个数量级。 3.3 Protel DXP 仿真

3.3.1 Protel DXP 软件的介绍 （1）元件库

Protel DXP 2004 不但可以绘制原理图和制作电路板，而且还提供了电路仿真，用户可以对设计的电路进行信号的仿真。 Protel 2004为用户提供了大部分常用的仿真元件，基本的元件库Miscellaneous Devices.IntLib 中的大部分元件均是仿真元件。另外，Protel 2004有5个基本的仿真元件库在[Library/smulation]目录中,其中仿真数学函数元件库为Simulation Math Function.InLib 、仿真信号源 元件库为Simulation Sourse.InLib 仿真专用函数元件库为Sinulation Special Function.IntLib 、仿真传输元件库为Simulation Transmission Line.IntLib 、仿真电压元件库为Simulation Voltage .INTLIB 。如图3-5 列出所有的仿真元件库的名称。

图3-5 DXP方针元件库

（2）仿真属性编辑

在电路仿真时，所有的元件必须具有仿真属性，如果没有，在电路仿真操作时会提出警告或错误信息。下面讲述如何为元件体检仿真属性。如果元件库没有定义仿真属性，则使用鼠标双击该元件，打开元件属性对话框后，在元件的模型列表框中不会显示[Simulation]属性，否则在元件库的模型列表框中会显示仿真属性，如图3-6所示。

图3-6 仿真属性对话框

为了使添加元件具有仿真特性，可以按[Models] 列表框下的[ADD]按钮，系统将会弹出如图3-7所示的添加新模式对话框。

图3-7 添加新模式对话框

在上面所示对话框中选择[Simulation]类型，单击[OK]按钮，系统会打开如图3-8所示的仿真模式参数设置对话框。

图3-8 仿真模式参数设置对话框

（3）仿真器额设置

在进行方真时，设计者应知道可对电路进行哪种分析，需要搜集哪个变量的数据，以及仿真完成后自动的显示哪种变量的波形等。我们选择瞬态特性分析。当完成了对电路的编辑后，设计者可选择和设置进行仿真分析的对象。

执行[Design]/[Simulate]/[Mixed Sim]命令，进入电路仿真分析设置对话框进行设置，如图3-9所示。

电阻分压电路及原理

分压电路工作原理解析 分压电路在电子电路中很常见，应用广泛，掌握分压的工作原理及分压电路的变形电路，对分析许多电子电路有着举足轻重的影响。 电阻分压电路是各种分压电路中最基本的电路，如上图所示是用电阻构成的分压电路，Rl和R2是分压电路中的两只电阻。 分析分压电路的关键点有两个： （1）找出输入端。需要分析输入信号电压从哪里输入到分压电路上，具体的输入电流回路如何。电路分析中确定输入信号电流回路的方法是这样：从信号电压的输入端出发，沿至少两个元器件（不一定非要是电阻器）到达地线。 （2）找出输出端，即输出电压取自于电路的哪个端点。

分压电路输出的信号电压要送到下一级电路中，理论上分压电路的下一级电路输入瑞是分压电路的输出端，但是识图中用这种方法的可操作性差，因为有时分析出下一级电路的输入端比较困难，所以可以采用更为简便的方法进行分析：找出分压电路中的所有元器件，从地线向上端分析，发现某元器件与分压电路之外的其他电路相连时，这一连接点是分压电路的输出端，这一点的电压就是分压电路的输出电压。 电阻分压电路分析 1．电阻分压电路组成 图2-43所示是典型的电阻分压电路，LM324N电路由Rl和R2两只电阻构成。电路中有电压输入端和电压输出端。 由此电路特征可以在众多电路中分辨出分压电路。 输入电压酣加在电阻Rl和R2上，输出电压Uo取自串联电路中下面一只电阻R2，这种形式的电路称为分压电路。 2．电阻分压电路的工作原理

分析分压电路的关键点有两个：一是分析输入电压回路及找出输入端；二是找出电压输出端。 图2-44是电阻分压电路输入回路示意图。输入电压加到电阻Rl和R2上，它产生的电流流过Rl和R2。 3．找出分压电路的输出端 分压电路输出的信号电压要送到下一级电路中，理论上分压电路的下一级电路其输入端是分压电路的输出端（前级电路的输出端就是后级电路的输入端）。图2-45是前级电路输出端与后级电路输入端关系示意图。但是，识图中用这种方法的可操作性差，因为有时分析出下一级电路的输入端比较困难。 更为简便的方法如下：

高压强脉冲电源的设计

高压强脉冲电源的设计 摘要：本文提出了一种强脉冲发生器电源的设计方案，应用此方案设 计了高压电源、IGB T控制充电、可控硅控制放电，可以自动运行的 脉冲磁场发生设备。最大直流电压达到3KV且连续可调，放电脉冲电 流高达10000A。该设备由一片AT89C52单片机控制，可实现与计算 机的连接。 关键词：高压电源； IGBT ；可控硅 The Design of High Voltage Pulsed Power Supply Abstract: This paper presents a strong pulse generator power supply design, applications for this program designed high-voltage power supply, IGBT control the charging and SCR controlled discharge, can be run automatically pulse magnetic field equipment. Maximum DC voltage 3KV and continuously adjustable discharge pulse currents up to 10000A. The device is controlled by an AT89C52 microcontroller can be realized with the computer. Key words: high voltage power supply；IGBT；SCR， 引言：强脉冲磁场对工业装置及医疗的作用［1］，强脉冲磁场对金属 形成时的影响［2］以及脉冲磁场刺激对生物体的效应等已经越来越 引起人们的关注。目前国内的脉冲磁场设备，一般电压较低，频率也 较低。特别是高压充电部分采用调压器调压［3］，这样体积太大也显 笨重。要产生更高的磁场强度，可以改变脉冲磁场频率的自动运行的

PMT基础知识之三(分压器设计)

光电倍增管基础知识之三 (分压器设计) 1基本原则： 合理设计分压器对正确使用光电倍增管是非常重要的，不恰当的分压器会引起管子的分辨率，线性和稳定性变化。分压器的设计应根据对管子的要求（最佳信噪比，高增益，大电流输出等）来考虑。光电倍增管的分压器可细分为三个部分：前级（阴极—第一倍增极），中间级，末级。 A 阴极—第一倍增极 维持阴极与第一倍增极之间具有适当高的电场是很重要的。前级电压的分配是由电子收集效率，第一倍增极二次电子发射系数和时间特性，信噪比决定的，应用于能谱分析的光电倍增管前级电压应从脉冲幅度分辨率或噪声这些参数来确定。 B 中间倍增极 中间倍增极的电压可根据需要的增益来选择。在某些场合，希望降低管子的增益而不改变总电压，简单方法是调节中间倍增极之间的电位来达到（在一定范围内是适用的）中间倍增极一般采用均匀分压器，但对聚焦型结构（直线聚焦结构）。前面几个倍增极之间的电压，对脉冲幅度分辨率和时间特性等参数仍有相当大的影响，应仔细挑选。 C 末级倍增极 末级倍增极分压器由输出线性决定。在一些应用中（如高能物理）有强的脉冲信号输出，为了降低空间电荷效应，在电荷密度较高的后几个倍增极和阳极上所加电压应适当的提高，增加后几个倍增极和阳极的电位梯度，基本这种考虑，一般采用锥形分压器（图13）。 为了避免在最后几个倍增极由于信号脉冲电流过大而影响倍增极电位分布，往往需要在最后若干个倍增极接上去耦电容（脉冲信号型分压器）电容值依赖于输出电荷。如果线性要求优于10%，电容的取值要达到每个脉冲的输出电荷的至少100倍，即 V It C 100 这里I 为峰值输出电流（安培）t 为脉冲宽度（秒）V 是电容上所加的电压（伏）。 图13基本分压器电路图

高压大功率脉冲电源的设计

1绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将 带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC y DC开关电源、DC y DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS可靠高效低污染的光伏逆变电 源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波 形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1. 1所示。 图1 . 1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其本质，

电阻分压器-3 dB频率与上升时间的关系

第17卷第7期强激光与粒子束V o l.17,N o.7 2005年7月H I G H P OW E R L A S E R A N D P A R T I C L E B E AM S J u l.,2005文章编号:1001-4322(2005)07-1065-05 电阻分压器-3d B频率与上升时间的关系* 曾创 (电子科技大学光电信息学院,四川成都610054) 摘要:研究了无电感补偿和有电感补偿的一级和两级电阻分压器的幅频特性-3d B频率与阶跃响应10%～90%上升时间的关系。无电感补偿一级分压器的-3d B频率与阶跃响应上升时间之积为常数0.350; 对无电感补偿两级分压器,该乘积在0.349附近很小范围内变动;对电感补偿一级分压器,该乘积由过冲决定, 当过冲在0～10%范围内变化时,该乘积在0.35～0.29之间线性变化;对电感补偿两级分压器,该乘积随过冲 和分压器参数变化,在不大于10%的确定过冲下,变化范围约为±10%;当两级分压器第一级的时间常数远大 于第二级的时间常数时,可能难以在第二级进行有效的电感补偿。 关键词:电阻分压器;幅频特性;-3d B频率;上升时间 中图分类号:TM83文献标识码:A 电阻分压器是常用的高电压脉冲测量探头[1～6]。在分压器的设计、分析和使用中,经常需要知道它的特征频率(通常用幅频特性的-3d B频率表示)与阶跃响应上升时间(通常用相对于稳定值的10%～90%响应上升时间表示)的关系。当测量上升很快的脉冲时,往往需要进行电感补偿,以得到较好的分压器响应特性。文献[7]对部分电路系统的幅频特性-3d B频率与10%～90%阶跃响应上升时间的关系进行了报道,并给出其乘积(近似等于0.45);在宽带示波器技术中取这一乘积近似等于0.35[8,9];但对于电阻分压器尤其是电感补偿电阻分压器这一关系如何尚需深入研究。本文分析计算了无电感补偿和有电感补偿的一级和两级电阻分压器的幅频特性-3d B频率与10%～90%阶跃响应上升时间的关系,给出了不同情况下二者乘积的近似值,并且讨论了电阻分压器能够获得有效电感补偿的条件。 1电阻分压器的等效电路 电阻分压器通常有一级和两级构型,其集总参数等效电路分别见图1和图2[4～6],其中C*为一级分压器等 效对地分布电容,C* 1和C* 2 分别为两级分压器第一级和第二级的等效对地分布电容。当采用电感补偿时,一 级和两级电阻分压器的等效电路分别见图3和图4(对于第一级采用电解质溶液电阻的两级分压器,补偿电感通常只能置于第二级)[4～6]。以下将针对这4种分压器的等效电路进行幅频特性-3d B频率与10%～90%阶跃响应上升时间关系的分析计算。 F i g.1E q u i v a l e n t c i r c u i t f o r o n e-s t a g e r e s i s t i v e d i v i d e r 图1一级电阻分压器等效电路F i g.2E q u i v a l e n t c i r c u i t f o r t w o-s t a g e r e s i s t i v e d i v i d e r 图2两级电阻分压器等效电路 F i g.3E q u i v a l e n t c i r c u i t f o r o n e-s t a g e r e s i s t i v e d i v i d e rw i t h i n d u c t a n c e c o m p e n s a t i o n 图3电感补偿一级电阻分压器等效电路F i g.4E q u i v a l e n t c i r c u i t f o r t w o-s t a g e r e s i s t i v e d i v i d e rw i t h i n d u c t a n c e c o m p e n s a t i o n 图4电感补偿两级电阻分压器等效电路 *收稿日期:2005-02-23;修订日期:2005-06-16 基金项目:电子科技大学学生创新研究课题 作者简介:曾创(1984-),男,本科生,光电工程与光通信专业;E-m a i l:z c h126e b o x@126.c o m。

脉冲式激光驱动电源的研究与设计2

脉冲式激光驱动电源的研究与设计 1.1 引言 二十世纪后期到二十一世纪初，超短脉冲激光成为强有力的科学研究手段，使科研上升到一个新的层次。一些国家和部门重点实验室的科研项目，有很大比例围绕着超短脉冲激光及其应用。由于半导体激光器的增益带宽很宽适于产生超短脉冲激光，且体积小、能耗低、寿命长、价格低廉，操作控制简便，特别适用于军用、工业、交通、医学和科研应用[62]。因此，研究如何从LD获得超短脉冲激光就一直受到人们的高度重视，超短脉冲激光器以其自身的优点在激光领域里得到了广泛的应用。大电流超短脉冲半导体激光器可以直接作为仪器使用，它更可以作为系统的一个关键部件、一个激光光源。它将作为火花启动庞大的仪器装备制造业，因此研究如何从半导体激光器获得大电流超短脉冲激光备受重视，也是我国亟待解决的科技问题。目前，美、德、日等国在脉冲驱动源的发展走在了前列，已经达到很高的水平，据文献报道[62,63]，他们目前已能获得电流达几十安培甚至上百安培，脉冲宽度达到纳秒，甚至皮秒级的半导体激光器驱动电源，但该电源还处于实验阶段，尚未商品化。一些半导体器件公司研制的LD驱动电源指标也已经很高，并且商品化。如专门生产小型化高速脉冲源著称的A VTECH 公司生产的型号为A VOZ-A1A-B、A V-1011-BDE驱动电源，其电流脉冲峰值可达2A，脉宽为100nS脉冲上升时间仅为10nS，重复频率可达1MHz。并带有通用的接口总线，通用性强，可用于驱动多种类型的半导体激光器。DEI公司的PCO-7210驱动电源脉宽小于50nS，重复频率也达到1MHz，峰值电流为十几安培，但这些产品价格昂贵，需要一到两万美金左右。在国内，对于脉冲式驱动电源的开发，大多用于光纤通信，其对输出电流的要求很低，只有几十毫安即可。由于半导体激光器的增益带宽很宽，适于产生超短脉冲激光，且体积小、能耗低、寿命长、价格低廉，操作控制简便，特别适用于军用、工业、交通、医学和科研应用。因此，研究如何从LD获得超短脉冲激光就一直受到人们的高度重视，超短脉冲激光器以其自身的优点在激光领域里得到了广泛的应用[64,65]。本章通过分析比对，选取快速开关器件VMOSFET作为半导体激光器脉冲驱动电路的核心元件，得到了大电流、窄脉冲输出。本设计具有结构简单、小型化、低电压供电、脉冲指标易于调整等优点。其主要设计指标如下： 1.脉冲宽度最小为30nS且连续可调； 2.脉冲频率在500Hz~50KHz连续可调； 3.最大输出电流峰值为5A。 1.2 超短脉冲驱动电源的设计 1.2.1超短脉冲驱动电源的整体设计 一、脉冲驱动电源的主要技术指标 从半导体激光器脉冲驱动电源的发展趋势来看，驱动技术是向着重复频率变高、功率输出增大、响应时间缩短，脉宽越来越窄的方向发展[66]。 （1）重复频率。重复频率是指电源向负载每秒中放电的次数，它是脉冲电源的一项重要指标。一般情况下，把每秒低于一次的电源叫低重复频率电源；而把

纳秒级脉冲电源的研究与设计

纳秒级脉冲电源的研究与设计 随着脉冲功率技术在军事、医疗、环保等领域的快速发展,对于大功率脉冲电源的上升沿宽度要求日益提高,高功率快脉冲也逐渐成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。而如何以较低的成本在提高脉冲电源电压等级的同时陡化脉冲宽度也是研究的难点之一。 以高压快脉冲为技术核心,以小型化、高重频和高效率为发展方向,本论文提出了一种低成本对称式的脉冲发生拓扑,同时以磁压缩技术陡化脉冲宽度,并深入研究了磁开关的控制技术,以实现高稳定性的纳秒级脉冲电源的研制,论文主要内容分为以下三个部分:1、提出了一种具有对称串联结构的高压脉冲电源拓扑,大幅降低成本;基于这种新型的高压脉冲电源拓扑,分析并初步验证了各种工作环境下的可行性。搭建了该高压脉冲电源的仿真模型,仿真验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下电路的工作原理。 在实验室完成了该高压脉冲电源的研制,实验验证了在正常运行和发生闪络等不同状态下对于电路的分析,并在实际应用中证明了该拓扑相对于现有研究的优越性。2、介绍了脉冲磁压缩技术的工作原理,分析了各个磁芯参数对磁开关性能的影响,基于此,确定了磁芯材料的选择,并搭建了磁芯检测平台测量磁芯的磁滞曲线,对比了不同磁芯材料的区别。 基于脉冲电源体积小型化原则,分析了影响磁开关体积的因素,并利用数学模型确定了磁开关参数的最优解。系统地分析了磁复位原理以及磁复位电路与脉冲电源的匹配问题。 最后搭建了30kV/3kW的纳秒级脉冲电源样机,验证了磁复位原理的可行性,以及在高压大功率应用场合可能遇到的问题及其解决方案。3、针对电流型磁复

位方式存在的不足,指出了对于磁开关控制的必要性,并系统地分析了磁开关控制原理,提出了相应的控制方案。 最后基于PLECS软件搭建了35kV的纳秒级脉冲电源的仿真模型,通过仿真验证了控制方案的可行性和稳定性,并从实际应用角度分析了磁开关的最佳工作区间。

EPP-Ⅱ高压脉冲电源

电除尘电源的第三个里程碑连成环保EPP-Ⅱ型高压脉冲电源的研发及应用

电除尘器在我国已有30年以上的历史，自然作为电除尘器的重要部分--高压电源也已经走过30多年的历程了。在这三十多年中,电除尘器电源有单相工频可控整流电源、工频恒流电源、三相可控整流电源、中频电源、调频式高频电源和调幅式高频电源及脉冲电源等多种形式。 但是从研发和应用的广度和深度来看,从1985年至2000年主要是工频电源,这是第一个里程碑; 2001 年至2015年主要是第二个里程碑--高频电源;从现在开始,电除尘器高压电源已经步入了第三个里程碑一脉冲电源。估计再过十年或十五年，脉冲电源也会如今天的高频电源一样，得到大家的认可和广泛的应用，到2030年新建电除尘器选择电源时，人们就不会考虑工频电源，很少考虑高频电源，而是更多地考虑脉冲电源了。 高压脉冲电源 高压脉冲电源主要由采用移相ZVT-PWM控制技术的全桥逆变电路和多个相互独立的低压固体开关式脉冲形成单元组成，以DSP为控制核心，以窄脉冲（100us及以下）电压波形输出为基本工作方式。在不降低或提高除尘器运行峰值电压的情况下，通过改变脉冲重复频率调节电晕电流，以抑制反电晕的发生，使电除尘器在收集高比电阻粉尘时有更高的收尘效率。 常见的脉冲供电装置有三种类型 第一种是高压脉冲电源装置使用火花间隙产生脉冲这种方法装置简单、费用较低，但要求有高精度的维护水平；其脉冲宽度在微秒量级或更窄工作峰值电压比常规电源提高较显著但目前功率容量相对较小。第二种是采用贮能式原理，由半导体开关、贮能电容、脉冲变压器漏感和电除尘器电容组成串联谐振电路产生高压脉冲，在脉冲期间未被电除尘器耗用的脉冲能量通过反馈二极管回送到贮能电容贮存起来，以供下一个脉冲使用，具有显著节能的优点。第三种是多脉冲供电装置。其特点是基础直流电压和叠加的脉冲都取自同一个特殊的变压整流器，所产生的脉冲是每间隔3ms~100ms发出50us~100us宽的短脉冲群。 目前，第二种类型的高压脉冲电源装置由于除尘效果及综合性能更加显著，应用场合更普遍；其电源装置随着半导体器件技术、脉冲电容技术和电压电流快速检测技术以及数字信号处理技术的进步，其可靠性得到了显著提高；目前浙江连成环保科技有限公司新研发并投入使用的的EPP-Ⅱ型高压脉冲电源是目前除尘器电源技术的一个新的亮点。其电源输出的高压脉冲的

脉冲电路设计

脉冲电路脉冲电路的基本知识在数字电路中分别以高电平和低电平表示1状态和0状态。此时电信号的波形是非正弦波。通常，就把一切既非直流又非正弦交流的电压或电流统称为脉冲。图Z1601表示出几种常见的脉冲波形，它们既可有规律地重复出现，也可以偶尔出现一次。脉冲波形多种多样，表征它们特性的参数也不尽相同，这里，仅以图Z1602所示的矩形脉冲为例，介绍脉冲波形的主要参数。（1）脉冲幅度Vm--脉冲电压或电流的最大值。脉冲电压幅度的单位为V、mV，脉冲电流幅度的单位为A、mA。（2）脉冲前沿上升时间tr--脉冲前沿从0.1Vm上升到0．9Vm所需要的时间。单位为ms、μs、ns。（3）脉冲后沿下降时间tｆ--脉冲后沿从0.9Vm下降到0.1Vm所需要的时间。单位为：ms、μs、ns。（4）脉冲宽度tk--从脉冲前沿上升到0.5Vm处开始，到脉冲下降到0.5Vm处为止的一段时间。单位为：s、ms、μs或ns。（5）脉冲周期Ｔ--周期性重复的脉冲序列中，两相邻脉冲重复出现的间隔时间。单位为：s、ms、μs。（6）脉冲重复频率--脉冲周期的倒数，即f =1／T，表示单位时间内脉冲重复出现的次数，单位为Hz、kHz、MHz。（7）占空比tk／T--脉冲宽度与脉冲周期的比值，亦称占空系数。 对电路来说，有个阻抗匹配问题，只有当阻抗匹配时，输出效果才最好，否则，有可能导致负载力不足，导致一旦外加电路，就会把电压拉下了，建议后面加一级运放增大负载能力 交流电源的零交越脉冲电路设计 时间：2012-04-25 14:58:04 来源：作者：本设计中的电路可生成一个交流电源的零交越脉冲，并提供电气绝缘。输出脉冲的下降沿出现在零交越点前约200μs。使用这个电路可以安全地停止一个可控硅栅极的触发，使之有时间正常地关断。只有当主电压约为0V时，电路才产生短脉冲，因此在230V、50Hz输入下只耗电200mW。 电路为电容C1充电，直至达到22V齐纳二极管D3的上限(图1与参考文献1)。电阻R1和R5用于限制输入电流。当输入整流电压降至C1电压以下时，Q1开始导通，产生一个几百微秒长的脉冲。IC1的耦合使得Q1方波发生器作出响应。rms工作电压只需要R1和R5。SMD的1206型电阻一般能承受rms为200V的电压。本设计将R1和R5之间的输入电压一分为二，总额定电压为rms值400V。D3用于将桥的电压限制在22V，因此后面所有元件都有较低的额定电压。22V齐纳管可以箝位在30V，因此本设计使用了一只50V、470nF的陶瓷电容。陶瓷电容较电解电容或钽电容有更好的可靠性，尤其是在高温下。如果愿意使用更便宜更小的25V元件，可以将齐纳管的电压改为18V，仍保有不错的安全边际。R4用于限制LED上的峰值电流。对LED电流的主要限制是整流AC输入的斜率。缓慢的斜率使得C1释放储存的能量时，Q1不会产生电流尖峰。

FRC-系列数字分压器使用说明书

交直流分压器 使用说明书 一、概述 FRC系列分压器分为阻容分压式和电阻分压式高压测量装置。主要用于脉冲高压,雷电高压,工频高压的测量。是代替高压静电电压表的首选。具有操作简便，显示直观，精度高、体积小、重量轻等特点，适应于发电厂、变电站、高压电器设备制造厂和高电压试验室等部门作为高电压测量之理想装备。 本分压器通过仪表线与高压测量端相连，可实现远距离清晰读数,使用安全、方便。该系列标准分压器输入阻抗高，线性度好，采用特殊的屏蔽技术，减少高压对示值的影响，从而实现高稳定度，高线性度。 采用进口填充材料，使结构更小，重量更轻，可靠性更高，内部局部放电量降到最低。体积小，重量轻，便于携带，为现场工地的检测工作带来极大的便利。 二、技术参数： 电压等级：AC/DC:300kV 精度： AC:1.5%/DC: 1.0% 接口:BNC接口(示波器接口) 绝缘介质：干式介质材料 环境条件： 温度： -25～40℃ 湿度：<85% 分压比：1000:1 重量:19kg 体积:260*260*1850毫米

三、使用方法 1.将标准分压器接地端安全接地。 2.将高压线接在均压球上方，用接线螺旋栓将高压线拧紧。 3.将仪表底座上的输入端插入分压器测量端,因为是电阻式 分压器，故应将钮子开关切换到“DC”档,（无交流测量功能，钮子开关切换到“AC”档时无效） 4.所测电压为小于200kV时选择“LOW”档，当超过200kV 时请选择“HIGH”档，从而获取更高精度的测试值。 5.打开“Power”开关，选择合适档位，此时分压器上将显 示“00.00”或“000.0”,此时即可开始测量。 6.测试完毕后，首先切断高压，等分压器上读数为“00.00” 或“000.0”时，方才进入现场（测量完毕后应先对被试验品放电，待分压器上的电压为零时才能进入现场）。 7.在测量直流时，若有滤波电容，应先对滤波电容充分放电， 使分压器指示的读数为“0.000”时，才可以做其他的操作。 8.在使用和保养中，均应注意分压器表面的清洁，防止污秽， 仪器应置于干燥处，妥善保管。 9.与示波器接口兼容,若需要显示电压波形,只需要将分压器直接接示波器即可. 四、注意事项 1.使用中，100KV以下分压器周围2米内不得有杂物， （150KV-200KV分压器为3米，300KV分压器为5-6米）仪表与分压器、人员应按照电力行业标准中数字高压表的操作规程来确定距离，我公司建议至少保持在5-6米的安 全操作距离。 坚持轻拿轻放原则，切不可碰撞，挤压等。 2、该分压器应该放在干燥的空气中，使用完毕后应将放回铝合金机箱中，以免受潮。 3、当听到有较明显的放电声音时，说明标准分压器可能受潮了，应该有干燥吹风机至上而下吹1-2分钟。

高性能大电流脉冲电源的设计与实现

高性能大电流脉冲电源的设计与实现 曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇 （武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075） 摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。 关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块 中图分类号 TN248.4 文献标识码 B Design and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong (Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School, Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China) Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on. Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module 1 引言 DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。我国从九十年代中期也开始把DPSSL作为激光应用领域的一个新方向来重点研究。而作为DPSSL的泵浦源，大功率半导体激光器对驱动电源的要求非常苛刻，不仅要提供几十甚至上百安培的电流，而且要求电流非常稳定可靠。驱动电源已经成为DPSSL在各个领域应用的核心技术，近几年来一直是人们研究的热点。本文的任务是研制DPSSL中大功率半导体激光器的脉冲驱动电源，根据系统的要求，电源输出电压为100V～200V连续可调，峰值电流为40A～80A连续可调，工作频率为5Hz～40Hz可调，脉宽为150us～300us可调，脉冲前后沿转换时间小于10 us，频率精度小于0.1％。同时，对驱动电源的保护机制和体积都有一定的要求。 2系统设计原理 脉冲电源的工作原理如图1所示，它由DC-DC变换、直流可调稳压控制、脉冲电流生成、稳流控制等部分组成。本文的输入为24V的低压直流电源，工作电流达6A，可以采用功率匹配的直流稳压电源，也可采用聚合物锂电池。DC-DC变换模块和电压调节电路将该直流低压逆变成100V～200V的直流高压，再采用特定的功率开关器件及其控制电路将直流高压变成所需脉宽及频率的电流脉冲，最后通过稳流控制电路完成对脉冲电流的稳流和整形，使其波形特征符合性能指标要求。

《脉冲与数字电路》试题一(满分100分)

《脉冲与数字电路》试题一（满分100分） 一、填空题（每空1分，共40分） 1、脉冲是指存在时间极短的（）或（）的波形。在脉冲数字电路中， 常用的是（）脉冲。 2、电容器充放电过程中，充放电的快慢取决于RC的大小。RC大，则充放电进行的（）； RC小，则充放电进行的（）。 3、二极管和三极管都具有（）特性。利用二极管的单向导电性，可将其作为 （）使用。处于开关状态下的晶体管，其工作点在（）区和（）区之间跳动。 4、（）是最基本的开关电路，它的特点是输出信号和输出信号反相。 5、触发器是数字电路的一种基本（）单元，它能够（）一位二进制的 信息。它应具备如下功能：有两个（），在输入信号的作用下，它可以置于（）态，也可以置于（）态；它还必须具有（）功能。 6、对于同步RS触发器，用作计数器时，触发器会发生多次翻转，即出现（） 现象。 7、TTL电路的电压传输特性分为（）、（）、（）和（） 四个阶段。 8、时序电路逻辑功能的特点是：电路任意时刻的输出信号不仅与当时的（） 有关，还与电路原来的状态有关。 9、寄存器是具有能够（）、（）和传送数码的一种逻辑记忆元件，它 分为（）和（）两种。 10、计数器是数字系统中能（）输入脉冲个数的数字电路。它可用来（）、 （）、（）。 11、卡诺图化简中，两个相邻最小项合并可消去（）个变量；八个相邻最小项合 并可消去（）个变量 12、CC7555集成电路由（）、（）和（）、 放电管V以及（）组成。 13、集成施密特触发器由（）、（）、（）和（） 四部分组成。 二、判断题（每小题1分，共20分） 1、脉冲分压器中的加速电容Ci是使输出电压变化加快，以克服Co的延缓作用。（） 2、积分电路的输出延缓了输入的跳变部分。（） 3、双稳态电路在电源接通后，电路一定处于V1饱和，V2截止。（） 4、逻辑代数中的“加”和普通代数中的“加”完全一样。（） 5、TTL电路中，V 6、V7对输入信号起箝位作用。（） 6、式子A+AB=A成立。（） 7、TTL电路实现了“与非”逻辑功能。（） 8、由真值表得到的表达式一定是最简与或式。（） 9、一位十六进制可以用四位二进制来表示。（） 10、时序电路具有记忆功能。（） 11、同步触发器中，CP脉冲到来之前，触发器不工作。（） 12、编码和译码是两个相反的过程。（） 13、对于JK触发器存在一次变化现象。（）

图解脉冲高压电源的实现方法

图解脉冲高压电源的实现方法 发布:2011-05-26 | 作者: | 来源: zhanghuadong | 查看:353次 | 用户关注： 最近接触了一些使用脉冲电源的朋友，发现他们在需要方波输出的时候，使用全桥加变压器，次级直接输出方波。个人觉得这种方式存在很大的缺陷，比如初级的振荡会传到次级，使输出波形很差；调节输出占空比比较困难；当频率比较低时变压器更难设计，体积也会变得很大；对于短路的抵抗力也相当差。使用高压开关可以完全解决以上问题。使用一个直流电源，加上一个开关，通过控制开关的导通与关断来实现脉冲输出。这种开关通过简 最近接触了一些使用脉冲电源的朋友，发现他们在需要方波输出的时候，使用全桥加变压器，次级直接输出方波。个人觉得这种方式存在很大的缺陷，比如初级的振荡会传到次级，使输出波形很差；调节输出占空比比较困难；当频率比较低时变压器更难设计，体积也会变得很大；对于短路的抵抗力也相当差。 使用高压开关可以完全解决以上问题。使用一个直流电源，加上一个开关，通过控制开关的导通与关断来实现脉冲输出。这种开关通过简单的电路，将MOS 管或IGBT串联，通过低感且较小的布局，实现任意频率任意脉宽的开关，且寿命长，易维修。 开关由大量的MOSFET或IGBT通过串联、并联，并通过紧凑、低感的布局组成的，体积小，性能好。自身包含驱动电路，是一个小体积的组件，具有极高的可靠性和优异的开关性能（包括低的导通阻抗，高的截止阻抗，纳秒量级的控制传输延时和百纳秒量级的开启和关断时间）。同时控制驱动电路和开关电路的全隔离，保证了开关即可以用于高端开关，也可以用于低端开关，还可以用于两个高压开关组成的推挽电路。开关的使用也是极其简单的，只要提供一个5V的供电和TTL的开关控制信号，开关即可以工作在固定的脉宽下，也可以工作在可变的脉宽下。所选用器件均为常用器件，成本低。高压开关可以通过系列化的生产，具有极宽的负载电压和电流范围。 同时控制驱动电路和开关电路的全隔离，保证了开关即可以用于高端开关，也可以用于低端开关，还可以用于两个高压开关组成的推挽电路。开关的使用也是极其简单的，只要提供一个5V的供电和TTL的开关控制信号，开关即可以工作在固定的脉宽下，也可以工作在可变的脉宽下。所选用器件均为常用器件，成本低。高压开关可以通过系列化的生产，具有极宽的负载电压和电流范围。 总体图如下所示：

(完整)高压大功率脉冲电源的设计

1．绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC／Dc开关电源、DC／DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1．1所示。 图1．1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其

LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计

LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计 摘要：为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，将LCC串并联谐振变换器用作高压脉冲发生器的充电电源。分析了LCC串并联谐振变换器在电流断续模式下的工作模态,给出了逆变器的参数设计原则。用PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析和实验分析，并验证了设计思想的正确性。关键词：高压脉冲电源； LCC；谐振软开关；全桥逆变 采用MARX发生器获取陡前沿高压窄脉冲的电路较复杂，而且陡化前沿有许多设计和工艺上的困难；采用电感断路的方式容易获取高压脉冲输出，但对电感的充电必须迅速，而且储能时间不能过长，电源需具备较高的内阻和较大的功率，而断路开关是其发展的瓶颈。与电感储能装置相比，电容器的稳定且可重复的快速闭合开关要普及得多，电容器的能量保持时间远远大于电感储能装置，并且可以小电流充电降低对充电功率的要求。充电电源的高效率和小型化主要由充电电路决定，传统高压功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节控制、脉冲波形不稳定、可靠性低、成本高。本文将LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源。LCC串并联谐振变换器结合了串联谐振变换器抗短路特性和并联谐振变换器抗开路特性的优点[1]，在输出电压、输出电流强烈变换的场合有着良好的特性和较高的变换效率。本文介绍了系统结构及LCC充电电路原理，以及采用通过仿真软件PSIM对LCC充电过程和发生器放电输出进行的仿真分析。1 LCC谐振变换充电高压脉冲电源系统结构1.1 电源主电路结构和工作原理电路由工频整流滤波、功率因数校正电路PFC(Power Factory Correction)、LCC谐振变换器、高频整流、电容充电储能、电感缓冲隔离、IGBT全桥逆变及脉冲升压变压器等单元构成。电路工作过程：220 V交流通过整流滤波和PFC校正得到输出连续可调的直流，通过LCC串并联谐振逆变经高频升压后向储能电容C充电，经过IGBT全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出。系统结构。 图中，LCC串并联谐振变换器由4个功率开关管与谐振电感Lr、串联谐振电容Cs、并联谐振电容Cp组成，工作原理是：利用电感、电容等谐振元件的作用，使功率开关管的电流或电压波形变为正弦波、准正弦波或局部正弦波，这样能使功率开关管在零电压或零电流条件下导通或关断，减少开关管开通和关断时的损耗，同时提高开关频率、减小开关噪声、降低EMI干扰和开关应力。 (4)开关模态4[t3，t4] 在此开关模态中，所有开关管和二极管均关断，iLr为零，vCp保持不变。在t4时刻，开关管Q2、Q4零电流开通，开始另一半开关周期，重复工作过程开始。电路工作波形，设在t0时刻，谐振电感的初始电流为 1.3 高压脉冲形成电路 高压脉冲的形成是通过对前级产生的高电压（电流）进行开关控制从而输出脉冲，设计中在开关速度满足要求的情况下，采用IGBT串联形式，利用全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出[4]。,当开关Q5、Q7闭合，Q6、Q8断开时，输出电压为正；当开关Q6、Q8闭合，Q5、Q7断开时，输出电压为负，得到双极性的脉冲输出。改变两组开关的切换频率，即可改变输出交流电的频率，控制开关管的导通与关断时间即可调节输出脉冲的占空比，得到脉宽与频率均可调的双极性高压脉冲波。整个系统的控制由控制器和驱动电路来实现，主要完成LCC 谐振电路的输出电压调节、控制和全桥驱动及后级脉冲形成电路的变频变宽输出脉冲控制和IGBT同步触发等。采用的TMS320F2812开发板，内部集成了16路12位A/D转换器、2个事件管理器模块、1个高性能CPLD器件XC95144XL，可实现过压、过流保护在内的电源系统运

电阻分压的10kV电子式电压互感器分析

电阻分压的10kV电子式电压互感器分析 摘要：基于电阻分压器的电子式电压互感器的原理、结构和输出信号等与传统的电压互感器有很大不同，其性能主要受电阻特性和杂散电容的影响。从等效电路的角度分析了电阻特性和杂散电容对电子式电压互感器测量准确度的影响；利用Ansoft 软件包建立分压器的有限元模型对杂散电容进行了计算分析，并根据杂散电容分布对屏蔽罩进行了设计。在理论分析基础上，研制了一台电阻分压式的10kV 电子式电压互感器，并进行了准确度测试。 关键词：电阻分压器；电子式电压互感器；杂散电容 1 引言 为了能够电能正常的使用，不影响电网供电的稳定安全带的工作，所以需要用电压互感器来对其进行保护，无论是测量的准度还是自身使用的可靠方面都能够成为保护电能的重要组成并且对于电力的及时供应起到了一定的作用。最多使用在电力系统的电业互感器是电磁式，它的优点是能够测量到相对更大的范围，测量的结果准确度可以符合电能保护的需要，对于该种电压互感器生产技术比较成熟，自身性能很好，以及规范化的校验。因为受到了传感机理的约束使其也存在着诸多的不便，首先体积庞大不易随时移动、其次动态范围小、最后容易因磁力震动导致短路现象的出现。之后出现的微电子技术虽然在一定程度上克服了电磁式装置的缺点，却不能够与电力的自动化相匹配。相继出现的集中形式都不同程度上存在着工作缺陷，最终出现了电阻式，它体积小重量轻可进行移动、但依然存在着影响因素不能使结果更精准。本文将着重分析其影响因素并对此进行解决分析。 2 原理及结构 10kV电子式电压互感器的结构如图1所示。互感器主要由电阻分压器、传输系统和信号处理单元组成。电阻分压器由高压臂电阻R1、低压臂电阻R2 和过电压保护的气体放电管S 构成，低压臂电阻R2 的下端与带螺纹的接地嵌件连接，从而通过接地嵌件实现可靠接地。电阻分压器作为传感器头，主要将一次母线电压成比例转换为小电压信号输出；传输单元由双层屏蔽绞线和连接端子构成，主要将分压器输出信号传递到信号处理单元，同时实现外界电磁干扰屏蔽功能；信号处理单元主要由电压跟随、相位补偿和比例调节电路组成，实现电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节功能，使得互感器输出信号满足IEC6004?7 的准确度要求。 3、传感器误差分析 3.1 电阻特性影响 由图1 可知，理想电阻分压器的二次输出电压为

电磁发射用脉冲电源的设计

毕业设计(论文) 设计(论文)题目：电磁发射用脉冲电源的设计所在学院：自动化与电气工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1001 学生姓名：傅仕航 指导教师：梅磊 起讫日期：2013-12～2014-06 2014年6月

电磁发射用脉冲电源的设计 摘要 随着电磁发射技术的不断发展，其在国防建设以及国民生产中的应用也越来广泛。高功率脉冲电源作为电磁发射技术的主要组成部分，也越来越受到人们的关注。 为了满足空间电磁发射技术的需要，高精度脉冲电源系统就显得非常重要，而脉冲电源的主电路拓扑结构的设计就成了一个重要的研究问题。本论文主要介绍了电磁发射仿真实验中的脉冲电源系统的主电路的拓扑结构、特性，并运用saber电路仿真软件对主电路进行理论仿真。主要完成的工作有： 1.建立了脉冲电源主电路的数学模型：介绍了毫秒级（精确到百微秒级）脉冲电源系统的组成以及重要元件和相关参数进行介绍，同时分析了各个元件在主电路中所起到的作用，同时指明各元件的选择依据，通过理论上的软件仿真，从而确定了脉冲电源系统中各功率元件的参数。 2.通过在saber电路仿真软件中对脉冲电源的电路拓扑结构的仿真，获得电路中不同线路电流、电压随着时间的变化曲线，从而确定它们在短时间内（毫秒或者微秒级）的变化效果，并对此进行分析，通过调节，最终获得最佳的脉冲电源主电路拓扑结构以符合电磁发射对脉冲电源的要求。 关键词：电磁发射、脉冲电源、拓扑结构、仿真

With the design of pulse power electromagnetic launch ABSTRACT With the continuous development of electromagnetic launch technology, its application in national defense construction and national production are more widely. High power pulse power as the main part of the electromagnetic launch technology, is becoming more and more get the attention of people. In order to meet the needs of space electromagnetic launch technology, high precision pulse power system is very important, and the design of the main circuit topology of pulse power supply is an important research question. This paper mainly introduced the electromagnetic emission experiments of pulse power system of main circuit topology structure, properties, and using saber circuit simulation software simulation was carried out on the main circuit theory. The main works are as follows: 1. Established the mathematical model of pulse power main circuit: Introduces the composition of millisecond pulse power supply system and introduces the important components and related parameters, and analyzes the various elements play a role in the main circuit, at the same time, indicate the components selection basis,through the theory of software simulation, which determine the pulse power supply power components of the system parameters. 2. Through the saber in the circuit simulation software simulation of pulse power supply circuit topology, different line current and voltage in the circuit are obtained with the change of time curve, to identify them in a short period of time (milliseconds or microsecond) change effect, and by, adjusting, finally get the best pulse power main circuit topology structure to conform to the requirements of the electromagnetic emission of pulse power supply. Key words: electromagnetic launch, pulse power, topology structure, simulation