【摘要】：將高壓脈沖功率技術(shù)應(yīng)用于高精密度同位素豐度研究的TOF-SIMS(渡越時(shí)間二次離子質(zhì)譜)中是一項(xiàng)很具有發(fā)展前景的高新技術(shù),為此本論文通過對經(jīng)典Marx拓?fù)潆娐返母倪M(jìn),選擇分布式二極管隔離型Marx生成器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用新型半導(dǎo)體場效應(yīng)管Power MOSFET代替?zhèn)鹘y(tǒng)的火花球隙開關(guān),通過對高電壓能量的壓縮,完成單極性高壓脈沖波形的納秒級陡前沿輸出。本論文的主要研究目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高壓脈沖波形陡前沿、窄脈寬、近矩形波、高頻率輸出,因此基于TOF-SIMS項(xiàng)目背景的實(shí)際需求,如何設(shè)計(jì)出合理的高壓脈沖發(fā)生器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)高壓脈沖波形陡上升沿輸出,并保證良好的輸出波形品質(zhì)是本論文研究的重點(diǎn),為此本論文的主要研究工作集中于以下幾點(diǎn):(1)對高壓脈沖發(fā)生器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇,選擇分布式二極管隔離型全固態(tài)Marx發(fā)生器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分別從充電階段和放電階段的工作過程進(jìn)行深入細(xì)致的建模理論分析。(2)以全固態(tài)Marx發(fā)生器的分析為理論基礎(chǔ),對影響脈沖波形陡前沿關(guān)鍵因素進(jìn)行研究,通過對Power MOSFET放電開關(guān)開通特性的研究,提出加快單管放電開關(guān)導(dǎo)通的方法,利用Pispice建模仿真研究影響高壓脈沖陡上升沿的關(guān)鍵因素。(3)基于前述理論分析基礎(chǔ),按照模塊思想分別對全固態(tài)Marx發(fā)生器的硬件單元模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。(4)完成整機(jī)制作搭建測試系統(tǒng)平臺(tái),采用對比的研究方式對單元模塊進(jìn)行實(shí)際測試,驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性和優(yōu)越性,最后通過實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用測試。
【圖文】：

1.1 課題研究背景最近幾年隨著半導(dǎo)體開關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展[1]，將高壓脈沖功率技術(shù)應(yīng)用精密同位素豐度[2]研究的TOF-SIMS（Time of fly-secondary ion mass spectrom是一項(xiàng)具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)，這對于探月工程和隕石樣品元素分析，以產(chǎn)資源稀有金屬同位素區(qū)段分析，解決地質(zhì)學(xué)資源領(lǐng)域勘探的難題，融合地學(xué)和空間物理學(xué)的發(fā)展具有巨大的研究意義。本研發(fā)課題所依據(jù)的國家重大設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)首次將 TOF-SIMS 應(yīng)用于高精密度同位素研究這一領(lǐng)域，如1.1 所示為 TOF-SIMS 結(jié)構(gòu)示意圖，基本原理是一次離子光學(xué)系統(tǒng)利用高壓源產(chǎn)生脈沖化的離子束去轟擊待測樣品表面，從而激發(fā)出二次離子，通過二子存儲(chǔ)處理后，經(jīng)過能量的加速、傳輸和聚焦等作用后進(jìn)入 TOF-SIMS 質(zhì)量器，根據(jù)相同能量的離子因?yàn)橘|(zhì)荷比差異導(dǎo)致飛行時(shí)間差異來間接的測量離量，，從而對樣品相關(guān)特性進(jìn)行定量研究。

第 3 章 基于影響高壓脈沖陡前沿關(guān)鍵技術(shù)的研究D10D1N4007C53uD18D1N4007R410kM32IRFAG40V19TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D19 D1N4007D6D1N4007C63uD4D1N4007D11 D1N4007M33IRFAG40C33uV-V20TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20 M31IRFAG40V4800Vdc0D5 D1N4007D7D1N4007 V22TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D14D1N4007M29IRFAG40 V21TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D12D1N4007R210k0D8 D1N4007D17D1N4007C23uM30IRFAG40V+V18TD = 100nsTF = 3nsPW = 10uPER = 1mV1 = 0TR = 3nsV2 = 20D15D1N4007C13uD9D1N4007D16 D1N4007圖 3.6 全固態(tài) Marx 發(fā)生器主電路仿真圖為了驗(yàn)證Power MOSFET的不同開關(guān)導(dǎo)通速度對加快全固態(tài)Marx發(fā)生器上升沿的影響，選用 3 種不同開關(guān)速度的 MOSFET 模型進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)電路仿真，圖 3.7 所示為 3 種不同開關(guān)參數(shù)下的 MOSFET 模型在相同電路下導(dǎo)通時(shí)間，可見 3 種開通速度是有很大差異的，開通速度：MOSFET3>MOSFET2>MOSFET1。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN782

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615481