脉冲功率系统的原理与应用图书目录

脉冲功率技术指的是将低功率（电压、电流）能量储存在电场或磁场中，通过脉冲形成线和开关技术将其在时间尺度上压缩，而将电压、电流提高，以获得极短脉冲的高峰值功率电磁能量并释放到负载上去的一种能量压缩技术。由此可见，脉冲功率装置应该主要包括3大基本部分：低功率下的储能部分——初级能源；脉冲产生系统，即由低功率获得高功率的变换部分——脉冲形成及压缩系统；高功率负载——二极管系统。

脉冲功率装置是相对论电子注器件不可分割的组成部分，它的性能直接影响着器件的输出参数。

马克斯发生器——脉冲形成线——二极管组合是一种最典型、使用最广泛的脉冲功率装置；采用直线脉冲变压器或Tesla变压器都可以替代马克斯发生器产生初级高压脉冲对脉冲形成线充电。直线脉冲变压器的特点是电容器组的充电和放电过程都是并联的，利用变压比为1:1的脉冲变压器使次级电压因感应电压叠加原理而与初级线圈电压成N倍（N为初级线圈的个数）增长；Telsa变压器简单可靠，特别是它与同轴形成线在结构上一体化，十分紧凑，它还适合于重复频率运行，但它难以获得数兆伏电压和大的储能，因此适合中、小功率应用。

爆炸磁压缩脉冲功率系统也是高功率微波中得到重要应用的一种高功率脉冲源，它可以在us量级的时间内输出MJ量级的能量。其最主要的缺点是只能一次性使用。

1、由单次脉冲向重复的高平均功率脉冲发展。

过去脉冲功率技术主要为国防科研服务，并且大多是单次运行，而工业、民用的脉冲功率技术要求一定的平均功率，必须重复频率工作。

2、储能技术--研制高储能密度的电源。

在很多应用场合下，脉冲功率系统的体积和重量的大小是决定性因素，如飞机探测水下物体技术、舰载电磁炮等，都要求产生很大的脉冲功率，而且系统又不能过于庞大和笨重。

3、开关技术--探讨新的大功率开关和研制高重复频率开关。

开关元件的参数直接影响整个脉冲功率系统的性能，是脉冲功率技术中一个重要的关键技术。具有耐高电压强电流、击穿时延短且分散性小、电感和电阻小、电极烧毁少以及能在重复的脉冲下稳定工作的各种类型开关元件的研制，是当前国内外脉冲功率技术中又一个十分受重视的研究课题。

4、积极开辟新的应用领域。

近年来，脉冲功率技术在半导体、集成电路、化工、环境工程、医疗等领域的应用研究，已引起各界的广泛重视，而且在某些应用研究中，已取得了可喜的进展。凭借成功应用的经验，脉冲功率技术将更多地应用于民用技术方面，民用是一个巨大的市场，而市场的推动又必将给脉冲功率技术的发展带来新的生机。脉冲功率技术是现代电力电子技术中的一项重要内容，作为非平衡态等离子体中的重要方式，近年来逐渐被广泛应用于环境工程领域内，在处理环境污染的过程中，其具备高效、节能、清洁且便捷等优势，具有广阔的应用前景。

1、脉冲功率装置的构成。

脉冲功率技术，就是将缓慢储存起来的具有较高密度的能量，进行快速压缩，转换或者直接释放给负载的电物理技术。其实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在极短时间内的高峰值功率输出。该技术是为满足国防科研需要而发展起来的一门新兴科学技术，它是获得强流相对性电子束或离子束的重要手段，被广泛应用在国防科研、高新技术研究和民用工业等诸多领域中。

现阶段常用的初级能源主要包括：以电场形式储能的电容器或者Marx发生器、具有磁能的电感或者脉冲变压器、具有一定转动惯量的各类机械能发电机、化学能装置、核能装置。常用的中间储能系统和脉冲成形系统包括：脉冲变压器、容性传输线（形成线）、感性储能器、磁通压缩器（磁放大器）、磁流体发电机的通道发电系统、以及使用机械能的感应发电系统等。转换系统包括了电源内各种转换开关，包括闭合开关和断路开关两类。各种开关根据其应用方式不同可以分布在脉冲电源的不同位置。高功率脉冲电源首先将能量储存于初级能源，而后通过中间储能和脉冲形成系统充电，最后经过压缩、脉冲成形或转化等过程后，快速放电给负载。

2、国内外功率脉冲技术的发展历史和研究现状。

20世纪30年代，人们开始尝试使用电容放电产生X射线，这就是功率脉冲技术的起源。从1964年，世界上第1台强流电子束加速器SMOG（3MV，50kA，30ns）研制成功后，美、日、苏及欧洲许多先进国家的主要实验室都先后建造了众多的高功率脉冲装置。

Sandia实验室在1986年研制出的脉冲功率装置PBFA-II（12MV，8.4MA，40ns）是世界上第1个闯过100TW大关的脉冲功率装置。我国的高脉冲功率技术起步相对较晚，上世纪70年代，王淦昌教授领导的研究小组正式开始高功率脉冲电子束发生器的研究。1979年北京高能物理所建成了当时我国最大的强流脉冲电子束加速器闪光-I，应用于γ射线模拟源。之后一系列强流脉冲电子束加速器的建成，为我国在集体离子加速、准分子激光、电磁轨道炮、闪光X射线照相、高功率微波等高新技术领域的研究创造了较好的条件。