【摘要】：將高壓脈沖功率技術應用于高精密度同位素豐度研究的TOF-SIMS(渡越時間二次離子質譜)中是一項很具有發(fā)展前景的高新技術,為此本論文通過對經(jīng)典Marx拓撲電路的改進,選擇分布式二極管隔離型Marx生成器拓撲結構,采用新型半導體場效應管Power MOSFET代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火花球隙開關,通過對高電壓能量的壓縮,完成單極性高壓脈沖波形的納秒級陡前沿輸出。本論文的主要研究目標是實現(xiàn)高壓脈沖波形陡前沿、窄脈寬、近矩形波、高頻率輸出,因此基于TOF-SIMS項目背景的實際需求,如何設計出合理的高壓脈沖發(fā)生器拓撲結構,實現(xiàn)高壓脈沖波形陡上升沿輸出,并保證良好的輸出波形品質是本論文研究的重點,為此本論文的主要研究工作集中于以下幾點:(1)對高壓脈沖發(fā)生器的拓撲結構進行選擇,選擇分布式二極管隔離型全固態(tài)Marx發(fā)生器拓撲結構,分別從充電階段和放電階段的工作過程進行深入細致的建模理論分析。(2)以全固態(tài)Marx發(fā)生器的分析為理論基礎,對影響脈沖波形陡前沿關鍵因素進行研究,通過對Power MOSFET放電開關開通特性的研究,提出加快單管放電開關導通的方法,利用Pispice建模仿真研究影響高壓脈沖陡上升沿的關鍵因素。(3)基于前述理論分析基礎,按照模塊思想分別對全固態(tài)Marx發(fā)生器的硬件單元模塊進行電路設計。(4)完成整機制作搭建測試系統(tǒng)平臺,采用對比的研究方式對單元模塊進行實際測試,驗證設計方案的可行性和優(yōu)越性,最后通過實際現(xiàn)場應用測試。
【圖文】：

1.1 課題研究背景最近幾年隨著半導體開關技術的快速發(fā)展[1]，將高壓脈沖功率技術應用精密同位素豐度[2]研究的TOF-SIMS（Time of fly-secondary ion mass spectrom是一項具有廣闊發(fā)展前景的技術，這對于探月工程和隕石樣品元素分析，以產資源稀有金屬同位素區(qū)段分析，解決地質學資源領域勘探的難題，融合地學和空間物理學的發(fā)展具有巨大的研究意義。本研發(fā)課題所依據(jù)的國家重大設備開發(fā)專項首次將 TOF-SIMS 應用于高精密度同位素研究這一領域，如1.1 所示為 TOF-SIMS 結構示意圖，基本原理是一次離子光學系統(tǒng)利用高壓源產生脈沖化的離子束去轟擊待測樣品表面，從而激發(fā)出二次離子，通過二子存儲處理后，經(jīng)過能量的加速、傳輸和聚焦等作用后進入 TOF-SIMS 質量器，根據(jù)相同能量的離子因為質荷比差異導致飛行時間差異來間接的測量離量，，從而對樣品相關特性進行定量研究。

第 3 章 基于影響高壓脈沖陡前沿關鍵技術的研究D10D1N4007C53uD18D1N4007R410kM32IRFAG40V19TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D19 D1N4007D6D1N4007C63uD4D1N4007D11 D1N4007M33IRFAG40C33uV-V20TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20 M31IRFAG40V4800Vdc0D5 D1N4007D7D1N4007 V22TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D14D1N4007M29IRFAG40 V21TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D12D1N4007R210k0D8 D1N4007D17D1N4007C23uM30IRFAG40V+V18TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D15D1N4007C13uD9D1N4007D16 D1N4007圖 3.6 全固態(tài) Marx 發(fā)生器主電路仿真圖為了驗證Power MOSFET的不同開關導通速度對加快全固態(tài)Marx發(fā)生器上升沿的影響，選用 3 種不同開關速度的 MOSFET 模型進行對比實驗電路仿真，圖 3.7 所示為 3 種不同開關參數(shù)下的 MOSFET 模型在相同電路下導通時間，可見 3 種開通速度是有很大差異的，開通速度：MOSFET3>MOSFET2>MOSFET1。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN782

【參考文獻】

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1 于杰;王茺;楊洲;胡偉達;楊宇;;溫度對絕緣層上應變SiGe溝道p-MOSFET電學特性的影響[J];人工晶體學報;2013年05期

2 馮元偉;馮宗明;;基于FPGA和單片機的多通道同步觸發(fā)信號發(fā)生器[J];信息與電子工程;2012年01期

3 陳靜;周曉青;;基于固體開關器件的“過”驅動技術研究[J];現(xiàn)代電子技術;2012年02期

4 劉忠山;楊勇;馬紅梅;劉英坤;崔占東;;新型亞納秒高功率半導體開關器件[J];半導體技術;2009年06期

5 譚堅文,石立華,李炎新,張力群,謝彥召;快前沿納秒高壓脈沖源的開發(fā)及實驗研究[J];強激光與粒子束;2004年11期

6 秦衛(wèi)東,李洪濤,顧元朝,謝衛(wèi)平,孟維濤,王治;200kV快脈沖Marx發(fā)生器[J];高電壓技術;2002年11期

7 張喬根，邱毓昌，馮允平;亞納秒前沿高壓脈沖信號發(fā)生器[J];電工電能新技術;1996年02期

8 管建明，保春生，趙大同;一種基于霍爾效應傳感原理的多功能全電子電能表[J];華東電力;1996年01期

9 韓小蓮，邱愛慈，蓋同陽;高電壓脈沖氣體開關穩(wěn)定性研究[J];強激光與粒子束;1995年01期

本文編號：2615481