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基于IGBT的重频短脉冲源研究
资料介绍
功率脉冲电源技术是一项研究高电压、强电流、大功率脉冲的应用技术。随着脉冲形成、脉冲压缩和脉冲叠加等技术的不断发展，功率脉冲源在其上升沿下降沿、重复频率以及功率幅值等方面都有了更为苛刻的要求。在生物细胞电磁学的相关实验中，需要用超宽带大功率的电脉冲作用于细胞研究其微观效应，因此本文根据实验需要而研制一台基于IGBT的重频短脉冲源。该脉冲源输出指标为：电压幅值5000V可调，频率100Hz-1000Hz可调，脉宽2us可变。
本文分析和综合了高压功率脉冲产生的典型途径和特性，最终选定Marx发生器模型，该模型利用电容作为储能元件进行充电放电，控制固态开关器件的导通和关断而获得高电压快脉冲的输出。所设计的整个系统由可调大功率高压直流电源、Marx发生器回路和IGBT驱动控制电路三部分组成。其中，高压直流电源采用电源控制芯片TL494调制BOOST变换器，其基于电压型PWM控制原理，得到输出400V-1000V连续可调的直流电压；Marx发生器回路由电感和高压二极管隔离，利用电容“并联充电串联放电”的性质产生电脉冲；IGBT驱动控制电路由单片机STM32F107产生脉宽和频率可调的方波信号，并经隔离驱动电路调制，最终触发IGBT导通和关断而控制Marx发生器回路。
文末对系统的稳定性和可行性进行调试验证：一方面直观地给出了负载下可调高压直流电源的关键点测试结果，验证了直流电源的稳定安全；另一方面通过Marx主功能模块测试了1kΩ负载下的输出脉冲，给出了典型的输入高压下负载端输出脉冲波形，并验证了重频和脉宽的可调性。最后针对调试过程中容易出现如上电瞬间元件损坏严重、系统可调性不方便和驱动功率低等问题，论文给出了优化建议。
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