基于超导脉冲变压器的脉冲电源的设计

基于超导脉冲变压器的脉冲电源的设计

崔中帅  柳娜

（山东协和学院、济南、250107）

摘要随着电子科技的不断发展，脉冲电源在电子领域中的应用越来越广泛。然而，传统的脉冲电源设计存在很多问题，例如类型单一、效率低下、质量差等。

本文研究了一种基于超导脉冲变压器的脉冲电源。首先介绍了传统脉冲电源的缺点，然后阐述了超导脉冲变压器的优点以及其应用于脉冲电源中的可行性。接着分析了超导脉冲变压器的结构和运行原理，设计了一种符合实际应用的超导脉冲变压器电路，并通过数值模拟验证了其性能。最后对该脉冲电源进行实验验证，结果表明该脉冲电源具有输出稳定、精度高等优点

关键词：超导脉冲变压器脉冲电源数值模拟

1.研究背景与意义

目前，最先进的超导脉冲功率设备可以实现数千安培的电流输出和10微秒以下的脉冲宽度，其电能密度可达到数十兆焦/立方米。美国、欧洲和日本是当前超导脉冲功率技术的主要研究地区。这些国家的研究机构和企业都在积极探索新的超导材料和应用领域，并将该技术推向新的高峰。超导脉冲功率技术在医学成像方面有着广泛应用，市场调研公司Global Market Insights预测，到2025年，全球医疗超导脉冲功率设备市场规模将达到40亿美元。

超导脉冲功率技术还被应用于大型科学实验装置，近年来，超导脉冲功率技术也被引入到通信行业，用于实现高速数据传输和保障网络安全。超导脉冲功率技术不仅在大型装置和系统中得到了应用，还可以被集成到小型设备中目前，各国的研究机构均在探索新型超导材料的合成和性能优化。例如，中国科学院近年来就取得了多项超导材料研究的重要进展。

2超导混合储能脉冲功率电源模式

分析发现电感电容混合型的储能脉冲电源的放电电路作为脉冲功率电源是最好的选择。

放电方式：超导储能脉冲功率电源放电可以采用多种方式，如串联放电、并联放电和混合放电等方式。其中，混合放电方式是最为常见的一种方式，可充分发挥各种放电方式的优点，同时避免其缺点，从而得到更好的放电效果。

放电参数：超导储能脉冲功率电源的放电参数设计包括放电电流、放电时间和放电模式等。放电电流的大小应根据超导储能元件的额定电流进行调整，并考虑其实际使用情况。放电时间应根据实际需求确定，不宜过短或过长。放电模式一般采用脉冲放电方式，以保证放电速度和输出功率

3.超导重复脉冲功率电源系统模式

重复脉冲功率电源采用储能传感器的方式进行能量储存。储能传感器采用带有电容器的电感器或电阻器，通过控制开关管的通断，将电压转化为电流，将能量存储在电容器中。当需要输出功率时，则通过输出开关实现电容器的快速放电，将储存的能量转化为功率输出。同时，控制电路会监测输出功率，根据需要动态调整储能传感器的充放电状态，以实现高效的能量转换。此种储能方式具有高效、可靠的特点，广泛应用于高功率、高效率的重复脉冲功率电源中。

4总结

本文主要介绍一种基于超导脉冲变压器的脉冲电源设计方案。脉冲功率技术作为高新、尖端技术日益受到重视，已经在国防科研、高新技术研究和民用工业等领域中有着越来越广泛的应用。首先，对超导脉冲变压器的结构、工作原理及特性进行详细的介绍，包括铁芯结构、超导线圈结构、磁芯饱和等内容。因此脉冲功率技术其放电脉冲波形要求重复性好，可控性好，系统结构简单。超导储能电感具有储能效率高、密度大、存储时间长、损耗小的优势，而且超导的零电阻特性，对脉冲功率系统初级能源的功率要求大大的降低，解决了常导电感不能够长时间储能的问题，对新型脉冲功率系统的构建提供了条件，在未来的脉冲功率技术中展现出了良好的应用前景。

参考文献

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