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備；磁開關穩(wěn)定性高，是重復頻率工作性能最優(yōu)越開關器件之一?；诿}沖磁元件的重復頻率納秒脈沖源在長壽命、小型化、高重復頻率運行條件下具有明顯優(yōu)勢。
　　本文采用基于磁開關和可飽和脈沖變壓器的電路方案，詳細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撲電路進行理論分析。在理論分析的基礎上，需依據磁芯的脈沖

2、磁化特性設計脈沖磁元件。對環(huán)形磁芯脈沖磁化特性測量進行分析，采用單繞組測量電路獲得磁開關用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，它們的飽和磁感應強度在150℃時分別下降了16.3％和55.5%。進行了脈沖磁化條件下磁芯的損耗分析，分析認為脈沖初始磁化

3、過程中的損耗與往復磁化下不同。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、磁感應增量冪函數的乘積成正比，而磁芯損耗密度在一定范圍內與等值頻率成線性關系。根據理論分析和脈沖磁化特性測量結果，綜合運用理論計算、ATP-EMTP仿真進行

4、脈沖源主回路核心器件定量優(yōu)化設計和樣機研制工作，理論、仿真和實驗波形對比驗證了優(yōu)化設計方法的正確性。分析了可飽和脈沖變壓器重頻運行時的損耗來源，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頻率成正比；重復頻率為5000pps時，脈沖變壓器磁芯損耗功率約為175W。采用Comsol Multiphysics軟件進行磁芯重頻運行溫升特性仿真，設計制作油浸式脈沖源樣機，最高連續(xù)工作重復頻率為5000pps