強流脈沖發生器技術分析

合肥光源滿能量注入系統升級所需沖擊磁鐵設計參數分別為注入束流能量800 MeV；偏轉角度6．895 mrad；峰值磁感應強度0．096 T；電感0．5H；峰值電流3 100 A；脈沖波形底寬800 ns～3．5us。依據該設計參數對下面幾種脈沖發生技術的特點進行分析和電路仿真。

1．1 傳輸線型
傳輸線型脈沖發生器通過傳輸線放電產生類矩形波脈沖，它最接近于理想要求的注入脈沖磁場波形。產生脈沖磁場的基本電路見圖1。高壓直流電源向PFL(脈沖形成線)充電，在注入(引出)時序的控制下閘流管導通，PFL通過傳輸線對沖擊磁鐵和終端負載放電，形成矩形脈沖。

假設PFL單元數為Nc ，單元電感L1，單元電容C1，電路特性阻抗Z，電路雜散電感Ls,則:

為了產生上升較快的脈沖，沖擊磁鐵要做成電感電容交錯排列的鏈形網絡，閘流管也要做成同軸
結構，各部分的阻抗匹配要一致，否則會有不必要的反射波產生 。傳輸線型電路結構接近于理想傳
輸線，脈沖輸出基本沒有前沿的感性延遲，但雜散電感會影響上升時問。

根據前述沖擊磁鐵的電感值，磁鐵單元數選為1O，每單元電感L 一50nil，傳輸線特性阻抗Z一
6．25 Q，單元電路電容應為C 一1．28 nF。基于以上參數用PSpice程序仿真了圖1中的基本電路模型，分析了雜散電感的影響，輸出波形見圖2。可見，脈沖波形上升時間很快，雜散電感影響較小，但要使沖擊磁鐵峰值電流達到3 kA，高壓電源電壓約要40 kV。因磁鐵要使用絕緣材料灌裝，工作電壓高以及殘余氣泡的存在，易產生打火現象【3 ，機械、絕緣設計復雜，且仍使用閘流管開關，運行時需一定的維護工作量。