本文關(guān)鍵詞：用于驅(qū)動APNP-Js的全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的研制

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【摘要】：大氣壓非平衡等離子體射流(APNP-Js)是近年來興起的一種低溫等離子體技術(shù)。目前已被廣泛的應(yīng)用于材料表面處理、納米科技生物醫(yī)學應(yīng)用等領(lǐng)域。納秒脈沖發(fā)生器作為驅(qū)動產(chǎn)生APNP-Js的激勵源有其獨特的優(yōu)勢,為了獲得效果較好的APNP-Js,需要設(shè)計一臺具有快速上升沿和下降沿的納秒脈沖發(fā)生器。現(xiàn)有納秒脈沖發(fā)生器由于受到開關(guān)等元器件的限制,其工作壽命、重復頻率等有限。與傳統(tǒng)采用火花氣體開關(guān)的方式相比,固態(tài)開關(guān)具有可靠性高、使用壽命長、電路簡單和損耗小等優(yōu)點。本文結(jié)合脈沖功率中納秒脈沖產(chǎn)生的相關(guān)原理和固態(tài)開關(guān)技術(shù),研制了可以獲取快邊沿輸出脈沖的高性能全固態(tài)納秒脈沖發(fā)生器,并開展了納秒脈沖驅(qū)動APNP-Js的實驗研究。本文首先介紹了全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的基本工作原理,對發(fā)生器中脈沖形成電路—固態(tài)Marx電路模型進行了詳細的數(shù)學分析,在電路仿真軟件Pspice中建立MOSFET模型并對其開關(guān)特性進行分析。隨后建立帶有尾切開關(guān)的固態(tài)Marx電路模型,并與傳統(tǒng)Marx電路輸出特性進行對比,結(jié)果表明引入尾切開關(guān)后輸出脈沖波形的下降沿大大縮短。在此基礎(chǔ)上,仿真分析了影響納秒脈沖發(fā)生器裝置主電路輸出特性的因素,結(jié)果表明固態(tài)開關(guān)器件的固有特性對輸出脈沖前沿有較大影響;雜散參數(shù)的增加也會減緩輸出脈沖前沿,并有可能引起波形畸變。詳細闡述了納秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計過程,根據(jù)納秒脈沖發(fā)生器作為APNP-Js驅(qū)動源的要求,對發(fā)生器所需的主要設(shè)備和器件進行選型和參數(shù)計算;對MOSFET的驅(qū)動電路進行設(shè)計和優(yōu)化,采用光纖隔離和DC-DC模塊對納秒脈沖發(fā)生器的高壓和低壓部分進行隔離,實現(xiàn)納秒脈沖發(fā)生器的模塊化設(shè)計;結(jié)合實際控制需求,以FPGA為控制核心,利用FPGA數(shù)字控制方式及電平轉(zhuǎn)換電路為核心設(shè)計同步觸發(fā)模塊,實現(xiàn)觸發(fā)脈沖信號參數(shù)的任意調(diào)節(jié)。配合以過流保護電路,實現(xiàn)了保護控制模塊對發(fā)生器裝置出現(xiàn)短路和直流電源故障情況時自動停止輸出的功能;研究了固態(tài)納秒脈沖發(fā)生器電磁干擾的抑制方法,從電路的優(yōu)化設(shè)計和金屬屏蔽兩個方面提高脈沖發(fā)生器的抗干擾能力。本文對全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的性能進行了實驗室總體調(diào)試和輸出波形的測量,結(jié)果表明:該發(fā)生器可產(chǎn)生幅值0~8kV、脈寬200~1000ns、重復頻率1~1000Hz和脈沖個數(shù)1~10000個,上升沿和下降沿均小于30ns的方波脈沖,并具有智能測控的功能;設(shè)計并制作了基于介質(zhì)阻擋放電的針-環(huán)結(jié)構(gòu)的等離子體射流裝置,并對脈沖等離子體的放電機理進行分析。設(shè)計并研制了等離子體射流電極裝置,搭建了納秒脈沖APNP-J的實驗平臺,開展納秒脈沖驅(qū)動大氣壓非平衡等離子體射流實驗的研究。結(jié)合實驗結(jié)果,從脈沖電源參數(shù)、氣體參數(shù)等角度探究這些因素對等離子體射流長度的影響機制,為進一步探索APNP-Js的特性及其生物醫(yī)學應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN782

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1 Todd Stocker;;脈沖發(fā)生器的評價[J];今日電子;2006年08期

2 王俊;魯寧;李陳;劉炯;;泥漿式正脈沖發(fā)生器的研制與應(yīng)用[J];鉆采工藝;2009年06期

3 葛力彬;周真;秦勇;楊軍;;實驗動物用埋藏式心臟起搏器精密可調(diào)脈沖發(fā)生器設(shè)計[J];測控技術(shù);2012年01期

4 吳紅光;王曉;李璽欽;趙延安;曹科峰;梁川;;300kV高壓脈沖發(fā)生器[J];強激光與粒子束;2012年03期

5 王貢獻;王名漢;華宏星;汪玉;;液壓脈沖發(fā)生器機理與非線性特征分析[J];中國機械工程;2013年12期

6 張大偉;張子陽;;高壓脈沖發(fā)生器碎石研究[J];中國科技信息;2013年23期

7 ;可控脈沖發(fā)生器[J];自動化;1972年00期

8 ;國外脈沖發(fā)生器發(fā)展水平與動向[J];電子測量技術(shù);1977年05期

9 過雅南;李啟明;吳熙東;;延遲脈沖發(fā)生器[J];電子測量技術(shù);1990年03期

10 黃光明，范開堂，，劉立民，劉武;選定成分成像高壓脈沖發(fā)生器的研制[J];電子器件;1994年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊峰;薛泉;陳志豪;;一種新型的脈沖發(fā)生器的設(shè)計[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

2 邱景輝;李紅梅;林澍;;電磁脈沖發(fā)生器信號分析[A];2005'全國微波毫米波會議論文集（第二冊）[C];2006年

3 侯銳;張建德;楊建華;楊杰;馮常順;張瑜;李小林;汪偉;蘇正平;;一種層疊脈沖發(fā)生器的初步研究[A];中國核科學技術(shù)進展報告——中國核學會2009年學術(shù)年會論文集（第一卷·第7冊）[C];2009年

4 邢靜媛;劉麗莉;;大幅度納秒脈沖發(fā)生器[A];第7屆全國核電子學與核探測技術(shù)學術(shù)年會論文集（一）[C];1994年

5 肖明珠;;可調(diào)高壓脈沖發(fā)生器[A];中國工程物理研究院科技年報（2002）[C];2002年

6 王建;章錫明;姚陳果;李成祥;米彥;;一種多參數(shù)可調(diào)納秒脈沖發(fā)生器的研制[A];重慶市電機工程學會2010年學術(shù)會議論文集[C];2010年

7 劉云濤;謝敏;高平;張紀昌;馬成剛;馮宗明;馬軍;;延時可控高壓脈沖發(fā)生器的設(shè)計[A];第二屆全國特種電源與元器件年會論文集[C];2002年

8 趙強;王貴榮;王玉芝;董志偉;;級聯(lián)變匝間距爆磁壓縮脈沖發(fā)生器等效電路模型的數(shù)值模擬[A];中國工程物理研究院科技年報（2002）[C];2002年

9 楊實;楊漢武;錢寶良;鐘輝煌;;基于磁開關(guān)的全固態(tài)、高功率、長脈沖發(fā)生器的初步研究[A];第三屆全國粒子加速器技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C];2007年

10 姚陳果;趙東陽;米彥;李成祥;秦劍波;章錫明;孫才新;;一種高壓ps脈沖發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)[A];重慶市電機工程學會2010年學術(shù)會議論文集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 陜西 趙德軍 編譯;測試用的脈沖發(fā)生器[N];電子報;2014年

2 荊州 劉先松;智能脈沖發(fā)生器[N];電子報;2001年

3 成都 史為 編譯;50Hz～200kHz的脈沖發(fā)生器[N];電子報;2012年

4 盛國太;起搏器常識[N];家庭醫(yī)生報;2006年

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1 林加金;平板PFN-層疊Blumlein型長脈沖發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2014年

2 楊實;基于磁開關(guān)和帶狀線的長脈沖、超低阻抗脈沖發(fā)生器及其相關(guān)技術(shù)研究[D];國防科學技術(shù)大學;2010年

3 張自成;緊湊重頻Tesla變壓器型吉瓦脈沖發(fā)生器[D];國防科學技術(shù)大學;2008年

4 許建軍;基于Tesla變壓器的高功率電磁脈沖發(fā)生器研究[D];西南交通大學;2007年

5 賀元吉;爆電能源高功率超寬帶脈沖發(fā)生器研究[D];國防科學技術(shù)大學;2001年

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1 劉金濤;便攜式脈沖發(fā)生器可靠性技術(shù)研究[D];電子科技大學;2010年

2 張晏源;基于PCB傳輸線和固態(tài)開關(guān)的高壓納秒脈沖發(fā)生器研制[D];重慶大學;2015年

3 魏亮;往復式泥漿脈沖發(fā)生器中轉(zhuǎn)子水動力特性多相流數(shù)值模擬[D];浙江大學;2016年

4 沈永東;基于MOSFET串并聯(lián)技術(shù)的海航脈沖發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)[D];上海電機學院;2016年

5 白宗;液壓驅(qū)動泥漿脈沖發(fā)生器的研究[D];華中科技大學;2014年

6 熊瓊;脈沖發(fā)生器系列的軟件設(shè)計[D];電子科技大學;2016年

7 趙虹兵;脈沖發(fā)生器信號合成模塊設(shè)計[D];電子科技大學;2016年

8 謝敏;發(fā)火脈沖發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2016年

9 肖玉梅;窄脈沖發(fā)生器及多路判選符合器的研制[D];深圳大學;2016年

10 楊楠;用于驅(qū)動APNP-Js的全固態(tài)快邊沿納秒脈沖發(fā)生器的研制[D];重慶大學;2016年

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