强流脉冲发生器技术分析

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合肥光源满能量注入系统升级所需冲击磁铁设计参数分别为注入束流能量800 MeV；偏转角度6．895 mrad；峰值磁感应强度0．096 T；电感0．5H；峰值电流3 100 A；脉冲波形底宽800 ns～3．5us。依据该设计参数对下面几种脉冲发生技术的特点进行分析和电路仿真。1．1 传输线型传输线型脉冲发生器通过传输线放电产生类矩形波脉冲，它最接近于理想要求的注入脉冲磁场波形。产生脉冲磁场的基本电路见图1。高压直流电源向PFL(脉冲形成线)充电，在注入(引出)时序的控制下闸流管导通，PFL通过传输线对冲击磁铁和终端负载放电，形成矩形脉冲。

假设PFL单元数为Nc ，单元电感L1，单元电容C1，电路特性阻抗Z，电路杂散电感Ls,则:

为了产生上升较快的脉冲，冲击磁铁要做成电感电容交错排列的链形网络，闸流管也要做成同轴结构，各部分的阻抗匹配要一致，否则会有不必要的反射波产生 。传输线型电路结构接近于理想传输线，脉冲输出基本没有前沿的感性延迟，但杂散电感会影响上升时问。根据前述冲击磁铁的电感值，磁铁单元数选为1O，每单元电感L 一50nil，传输线特性阻抗Z一6．25 Q，单元电路电容应为C 一1．28 nF。基于以上参数用PSpice程序仿真了图1中的基本电路模型，分析了杂散电感的影响，输出波形见图2。可见，脉冲波形上升时间很快，杂散电感影响较小，但要使冲击磁铁峰值电流达到3 kA，高压电源电压约要40 kV。因磁铁要使用绝缘材料灌装，工作电压高以及残余气泡的存在，易产生打火现象【3 ，机械、绝缘设计复杂，且仍使用闸流管开关，运行时需一定的维护工作量。