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高压纳秒双指数电磁脉冲源研制

2020-12-08阅读(693)

高压纳秒双指数电磁脉冲源研制

论文摘要

电磁脉冲具有陡前沿、窄脉宽、高幅值、宽频带的特点,瞬间释放的强电磁脉冲可通过多渠道与电子设备和集成电路发生耦合作用,致使电子电气产品失控甚至烧毁。随着电磁武器、电磁干扰和电磁兼容技术的不断发展,电磁脉冲及其防护受到了很多学者和科研人员的关注。因此研制电磁脉冲模拟器为实验分析、观察以及预测电子系统在复杂电磁环境中的抗干扰能力具有重要的价值。本文在分析电磁脉冲模拟器可实行性的基础上,研制一套前沿小于10ns、半高宽小于1us、输出电压0~40kV可调的双指数电磁脉冲源。具体工作内容和成果如下:利用Matlab对双指数脉冲电路建模仿真,分析回路中各元器件参数对脉冲波形的影响,确定电容容量和匹配吸收负载;使用基于有限元法的电磁仿真软件ANSYS对不同形状、不同半径和不同间距的气体自击穿开关进行电场仿真,计算气体自击穿开关器件主要参数,设计了半球头形间隙可调式气体自击穿开关。针对电磁脉冲源中储能电容充电电源的要求,研发出一套以STM32单片机为控制核心,利用VB界面进行远程控制的小型化、高稳定性的直流高压充电电源;并解决电磁脉冲源系统中的高压绝缘防护和自干扰的问题,使电磁脉冲源更加安全稳定地工作。对研制的电磁脉冲源整机进行单触发和连续触发模式测试;并做了不同吸收负载、放电间隙和工作气压对脉冲源输出特性影响的测试;测试结果表明该电磁脉冲源平均前沿8.5ns,平均半高宽808.1ns,幅值0~40kV可调,重复频率330Hz左右,满足产品技术指标要求,可应用于对电子产品的电磁防护性能的分析与测试研究。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题应用背景及研究的目的和意义
  •   1.2 脉冲功率技术
  •   1.3 国内外研究现状
  •     1.3.1 国内研究现状
  •     1.3.2 国外研究现状
  •   1.4 主要设计内容及解决的问题
  •   1.5 本课题的创新点
  •   1.6 本文主要构成
  •   1.7 本章小结
  • 第二章 双指数脉冲形成理论与波形影响因素分析
  •   2.1 能量的储存
  •   2.2 双指数脉冲实现方案
  •   2.3 重频双指数脉冲实现方案
  •   2.4 双指数脉冲形成原理及验证
  •   2.5 回路中各参数对脉冲波形的影响分析
  •   2.6 本章小结
  • 第三章 电磁脉冲源中的直流高压充电电源设计
  •   3.1 直流高压充电电源整体设计
  •   3.2 直流高压充电电源的硬件电路设计
  •     3.2.1 整流滤波BUCK电路设计
  •     3.2.2 全桥逆变电路设计
  •     3.2.3 驱动电路设计
  •     3.2.4 高频变压器设计
  •     3.2.5 倍压整流电路设计
  •     3.2.6 电压采样模块设计
  •     3.2.7 通讯电路设计
  •     3.2.8 辅助电源设计
  •   3.3 直流高压充电电源的软件设计
  •     3.3.1 充电电源主程序模块
  •     3.3.2 控制器STM32 工作简介
  •     3.3.3 PWM信号产生模块
  •     3.3.4 FIR数字滤波模块
  •     3.3.5 数字PID控制模块
  •     3.3.6 上位机界面模块
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 电磁脉冲源中的气体自击穿开关设计
  •   4.1 气体自击穿开关的理论基础
  •   4.2 不同开关电极的电场分布对开关性能的影响
  •   4.3 气体自击穿开关的参数设计
  •     4.3.1 自击穿电压的计算
  •     4.3.2 开关电感的计算
  •     4.3.3 导通延时时间的计算
  •   4.4 气体自击穿开关本体设计
  •   4.5 本章小结
  • 第五章 电磁脉冲源的抗自干扰设计和高压防护
  •   5.1 电磁脉冲源其他元件的选型
  •     5.1.1 储能脉冲电容器选型
  •     5.1.2 充电电阻和吸收负载的选型
  •   5.2 电磁脉冲源总体设计
  •   5.3 抗自干扰设计
  •     5.3.1 EMI滤波器设计
  •     5.3.2 屏蔽处理
  •     5.3.3对比实验
  •   5.4 高压防护
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 电磁脉冲源测试
  •   6.1 电磁脉冲源系统调试方法与测量工具
  •   6.2 直流高压充电电源波形测试及分析
  •     6.2.1 全桥电路驱动波形测试
  •     6.2.2 直流高压输出的波形测量
  •   6.3 电磁脉冲源单触发测试
  •     6.3.1 不同吸收负载下的电磁脉冲源输出特性测试
  •     6.3.2 不同电极间隙下的电磁脉冲源输出特性测试
  •     6.3.3 不同工作气压下的电磁脉冲源输出特性测试
  •   6.4 电磁脉冲源连续触发测试
  •   6.5 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 参考文献
  • 插图清单
  • 表格清单
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 李斌

    导师: 何山红,冯德仁

    关键词: 双指数波,电磁脉冲,气体自击穿开关,直流高压电源

    来源: 安徽工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

    专业: 物理学,核科学技术,无线电电子学

    单位: 安徽工业大学

    基金: 工业信息部XX研究所“×××××电磁×××××”课题

    分类号: TL91;O441.4

    DOI: 10.27790/d.cnki.gahgy.2019.000258

    总页数: 75

    文件大小: 4310K

    下载量: 70

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