冷阴极闸流管同步应用研究

论文摘要

本文简述了脉冲功率技术发展历程和需求背景,引出了直线变压器驱动源（LTD）技术,综述了国内外在此方面的研究现状,并探讨了未来的发展趋势。在此基础上重点分析论述了直线变压器驱动源中的关键技术之一：开关及其同步触发技术。本文首先从理论方面分析了选用的TPI系列伪火花开关的工作机理,在此基础上对其触发系统进行设计研究并进行了实验验证。理论研究方面,先是分析了气体开关放电机理及物理过程,在此过程上重点对冷阴极闸流管的工作过程及其特点进行了分析研究,在此基础上综述了现有TPI系列伪火花开关的触发技术,重点分析了各种触发技术存在的问题以及各自的优缺点,最后结合本文的实际工作应用要求选用双脉冲加直流预电离的触发方案,该触发方式可获得开关的低抖动特性,同时可以保证开关最大工作寿命及电流上升速度。设计研究方面,本文的重点在于实现触发系统稳定可靠工作的同时具有低抖动、小型化的特征。设计的触发系统使用倍压电路实现1800V高压输出,用于提供开关的直流预电离电流,能有效降低功耗及减小体积；利用超快速IGBT具有可控性高、速度快、抖动低的优点,将其作为脉冲电路的主开关,实现了触发系统的低抖动稳定工作,测试表明输出触发脉冲前沿26ns,延迟时间抖动约1ns。为保证TPI1-10k／50型开关具有良好的工作性能,要求触发系统的主脉冲和辅助脉冲延迟时间约为800ns,本文利用单稳电路实现了该时间可在800±100ns内调节,并且调节精确可达到1 ns。研制的触发系统可以同时触发两路开关,实现了触发系统的紧凑化,同时并能抑制栅极尖峰电压防止其返回触发器内部电路。实验研究方面,基于研制的触发系统对冷阴极型TPI1-10k／50闸流管的抖动特性开展研究,通过对储氢加热电压、直流预电离电流、触发脉冲电流、以及阳极电压的调试,分析研究了触发参数对开关延迟时间、抖动等触发特性的影响规律,在此基础上给出了TPI1-10k／50闸流管的最佳触发条件。实验研究结果表明基于本文研制的触发系统,TPI1-10k／50闸流管在工作电压40kV、工作电流16kA、脉冲宽度200ns、重复频率20Hz条件下可以实现2ns以内的抖动。最后将TPI1-10k／50闸流管以及研制的触发系统应用于基于脉冲成形加LTD的紧凑型脉冲功率源,初步实现了20路脉冲成形系统的同步工作。本文对实现TPI1-10k／50冷阴极闸流管同步工作及其应用于直线变压器驱动源的研究结果,将为今后全面深入开展基于脉冲成形加LTD的紧凑型脉冲功率源的研究奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 脉冲功率技术的发展及其应用
• 1.1.2 脉冲形成网络加LTD技术及其同步触发
• 1.2 冷阴极闸流管发展及应用现状
• 1.3 论文选题意义及主要研究内容
• 第2章 冷阴极闸流管及其工作原理
• 2.1 气体开关放电机理及物理过程
• 2.1.1 汤生放电
• 2.1.2 辉光放电和空心阴极放电
• 2.1.3 弧光放电
• 2.2 冷阴极闸流管工作过程及特点
• 2.3 伪火花开关的触发技术
• 2.4 TPI系列冷阴极闸流管及其触发技术
• 第3章 触发系统的研制
• 3.1 触发系统概述
• 3.2 触发系统的研制
• 3.2.1 触发系统的结构
• 3.2.2 光纤接收及信号处理电路
• 3.2.3 触发脉冲产生电路
• 3.2.4 储氢加热电源模块
• 3.2.5 直流预电离电压模块
• 3.2.6 保护电路
• 3.3 小结
• 第4章 冷阴极闸流管触发特性实验
• 4.1 实验环境
• 4.2 储氢电压的影响
• 4.3 直流预电离电流的影响
• 4.4 触发延迟时间
• 4.5 小结
• 第5章 多路同步应用及实验验证
• 5.1 实验环境
• 5.2 多路开关同步触发实现方法
• 5.3 实验验证
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文