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Applications of Semiconductor Switches in Pulsed Power Technology被引量：20: 2008年; Pulsed power technology has an important trend in the world,which has high power,long pulse,high operating frequency and miniaturization.Thus all-solid-state pulsed power technologies based on semiconductor devices have drawn more attention and widely used.This article introduces several kinds of semiconductor switches,such as SCR,IGBT,and SOS.The charging system based on SCR,the Marx generator,and pulsed transformer topology using IGBTs,and the system using SOS are described in detail.Some experimental results are also given.The use of semiconductor switches technology in solid state Marx generate can solve the disappointments such as short life time, low operating frequency,low reliability of conventional pulsed power equipments and has extensive perspective.; 孟志鹏张自成杨汉武钱宝良; 关键词：ALL-SOLID-STATE

基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源（英文）被引量：1: 2019年; 为了满足某脱离电网的应用需求,研究了一种基于爆磁压缩发生器的紧凑脉冲功率源。该脉冲功率源设计目标是对等效电容为65pF的电容负载快速充电至数百kV。考虑到爆磁压缩发生器与负载之间的阻抗匹配,该脉冲功率源采用了一种主要由电爆炸断路开关、脉冲变压器和中间储能电容器组成的脉冲调制模块。详细介绍了该脉冲功率源的具体设计和实验研究,并对实验结果进行了分析,在此基础上讨论了下一步可能的改进优化。研究结果表明,利用该脉冲源对电容负载充电电压达到了-352kV,电压上升时间约10ns。; 王俞卫陈冬群张自成曹胜光李达; 关键词：脉冲功率源爆磁压缩发生器脉冲调制快速充电

冷阴极真空开关导通特性研究综述: 2024年; 对于空间环境应用的真空开关,可以省去人工环境下的开关密封结构和附属抽真空等设备,有效减轻体积重量,且具有真空环境天成、无需密封、绝缘强度高、恢复速度快等优点,在空间环境中有巨大的应用潜力。首先对国内外的真空开关导通特性研究进展进行了系统介绍,分析了多种类型真空开关的工作特性,评述其优缺点,并对自击穿型沿面闪络真空开关和触发型真空开关的导通机制进行了总结分析;其次分析了关于冷阴极材料的应用研究;然后概括介绍了本课题组在冷阴极真空开关方面的工作进展;最后探讨了冷阴极真空开关的发展趋势,为脉冲功率驱动源的空间环境应用奠定技术基础。; 张自成夏际炉胡太壮杨增辉袁瑜岩张昊冉张慧博杨汉武张建德; 关键词：脉冲功率真空开关沿面闪络

基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型: 2024年; 延迟击穿特性在实现PIN二极管开关快速导通方面起着至关重要的作用。面对延迟击穿导通时间短导致物理过程分析困难的挑战,设计并验证了一种基于PIN结构的二极管集约模型。首先设计了一个基于PIN结构的二极管仿真模型,通过TCAD软件对该模型进行求解,结果显示在上升沿为520 V/ns、幅值为1000 V的快速高压触发脉冲作用下,二极管的击穿电压可达到其静态反向击穿电压的1.76倍,之后结合导通过程中的载流子浓度变化和电场变化情况对所建立模型的准确性作了进一步验证。其次,基于双极载流子扩散理论并结合TCAD仿真得到的参数,采用拉普拉斯变换和Pade逼近方法,对二极管的基区参数进行了等效电路处理。在此基础上利用基区的等效电路参数以及电导调制效应,建立了基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型。在PSpice软件中对该模型进行了仿真验证,结果显示在相同的触发脉冲作用下,二极管器件导通过程与TCAD仿真结果基本一致。本研究为探索快速导通二极管的反向延迟击穿特性提供了一种简单可行的电路分析方法。; 张帅涛张慧博张自成; 关键词：TCAD PSPICE

高电压大电流环境下碳纤维电极开关: 2023年; 为进一步研究碳纤维材料用于脉冲功率开关时的性能,将碳纤维材料制成的电极用于一个高电压(>500 kV)、大电流(>10 kA)脉冲功率自击穿气体(SF6)开关中,在不同的开关间距和气压条件下,对碳纤维电极开关的耐压能力和工作稳定性进行了实验研究,并与传统铜钨合金电极开关进行了对比。实验结果表明,相似条件下,碳纤维作为电极材料的耐压能力、稳定性和寿命不如铜钨合金电极开关。分析认为,用于脉冲功率开关时,碳纤维材料更适合低压及低功率的装置。相关结果可为研究人员选用碳纤维作为电极或阴极材料提供参考。; 李安昆张昊冉樊玉伟张自成钱宝良舒挺; 关键词：碳纤维电极脉冲功率技术开关稳定性耐压

高功率紧凑PFN-Marx发生器研究进展综述被引量：3: 2022年; PFN-Marx发生器可同时实现升压和脉冲形成,具有紧凑的基因。特别是近年来脉冲储能技术的发展,使得直接利用PFN-Marx发生器驱动各类负载成为现实,因而PFN-Marx发生器逐渐成为国内外研究热点。对国内外的高功率紧凑PFN-Marx发生器的研究进展进行了系统介绍,评述其参数和结构特点。通过总结,从时间发展历程上看,PFN-Marx发生器采用高储能密度器件,装置的储能密度水平在不断地提高,尺寸紧凑化水平也在提高;在追求紧凑化的手段上,PFN-Marx发生器的空间结构的优化设计效果优于PFN网络拓扑参数的优化设计;PFN-Marx发生器采用波形优化方法具有较明显的收益,可有效降低装置紧凑化带来级间分布参数更强耦合的负面影响。同时论文探讨了PFN-Marx发生器的发展趋势,为PFN-Marx发生器的研究和技术路线探索提供参考和依据。; 刘世飞张建德张自成; 关键词：高功率脉冲形成网络高储能密度

微秒脉冲下两电极开关的低真空击穿特性研究: 2023年; 针对巴申曲线在低真空范围击穿特性尚无详细研究,且只适用于均匀电场的情况,本文研究了10-3~10 Pa低真空范围微秒脉冲下两电极开关击穿特性,在真空击穿试件内进行不同球电极间隙距离的真空击穿实验,探索并总结了其击穿规律。首先,对不同电极间距下放电腔场强分布进行了仿真,结果显示场分布为稍不均匀场,场强最大值集中在电极球面顶点之间。然后采用光学显微镜观察实验后电极表面状态,分析了击穿场强以及离散度随真空度和电极间隙的变化规律。结果表明:阴极烧蚀比阳极更为明显,小间隙下真空击穿主要为阴极引发;击穿场强随气压不断降低而迅速增大,上升斜率先增后减,击穿场强趋于稳定,该现象与真空击穿规律相符合;真空击穿场强离散度也随真空度变大,证明真空击穿的随机性和分散性较大。; 夏际炉张自成刘世飞李典耕; 关键词：低真空

紧凑小型脉冲功率源ARC-01/02及其应用被引量：1: 2022年; 脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点,广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题,开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先,提出了基于液体介质和慢波结构的形成线,采用场均匀和绝缘配合技术,研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02,输出功率1~2 GW、脉冲宽度5~30 ns、重复频率1~100 Hz,紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后,以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台,针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质,开展了微秒脉冲击穿特性研究,采用统计分析方法建立了数据库,以“小成本”换取“高可靠性”;并采用超高速光学诊断方法,将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合,建立了液体介质击穿物理模型。最后,成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。; 张自成李典耕刘世飞杨汉武杨汉武樊玉伟张建德; 关键词：脉冲功率源脉冲功率技术液体介质

重复频率高功率微波加速器X射线屏蔽的估算（英文）: 2018年; 高功率微波的研究正在向高重复频率发展,目前已运行每年百万炮次或以上的水平,由此导致的电子束轫致辐射产生的X射线剂量已不可忽视,为了人员安全必须采取屏蔽措施。采用BEAMnrc程序,用蒙特卡罗方法仿真了环状束高功率微波源收集极的射线产生情况,典型输入束流参数为电压1 MV,电流10kA,脉宽100ns,重复频率100Hz。仿真结果给出了X射线的谱分布和空间分布。据此估算了屏蔽X射线所需的墙壁衰减量。同时估算了X射线的天空散射因素以及房顶所需的衰减量。; 杨汉武荀涛高景明张自成; 关键词：高功率微波蒙特卡罗方法

一种基于油介质开关振荡器的紧凑宽带高功率微波源（英文）: 2019年; 紧凑宽带高功率微波源研制过程中,为了提高工作电压,开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段,采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后,对该宽带高功率微波源进行了实验研究,并对辐射场进行了测量。结果表明:开关振荡器的工作电压超过300kV,辐射场rE值(距离和辐射电场峰值的乘积)达到125kV;辐射场中心振荡频率为375MHz,3dB带宽为24%。; 王俞卫陈冬群张自成曹胜光李达; 关键词：变压器油

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张自成

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