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脉冲功率朝着波形多样化和参数极限化发展,重复频率脉冲功率成为研究热点,而固态开关技术的发展使固态脉冲源成为主流的解决方案。传统固态脉冲源为实现其快前沿、高重频特性以较高成本为代价,且输出参数通常在研制完成时固定,难以满足众多工业应用需求。本文对此展开研究,提出了可调固态脉冲源方案,研制了纳秒级可调固态脉冲源系统,主要研究内容及成果如下:(1)系统结构和方案设计分析脉冲功率基本理论和电路方法学,以远程可调为出发点,设计纳秒级可调固态脉冲源系统结构和方案。通过仿真分析LTD电路设计对脉冲输出的影响以及关键技术分析系统的同步驱动和控制问题,明确固态脉冲源和高精度控制系统的指标参数和技术难点。(2)快边沿、高重频固态脉冲源的研制基于LTD电路原理和半导体功率开关,通过器件参数分析、选型和硬件电路设计保证固态脉冲源的快边沿和高重复频率,根据脉冲源叠加方案采用模块化结构设计,实现固态脉冲源的研制。脉冲源模块的输出脉冲幅度最高约950V(约25Ω负载),输出脉冲边沿时间在40ns左右,最高重复频率为500KHz,脉宽可调范围为纳秒至微秒。(3)高精度多路同步控制系统的研制将FPGA多路同步控制技术作为实现固态脉冲输出可调的关键技术,根据控制系统的远程控制功能和参数指标要求,完成控制电路、嵌入式软件和远程控制端的软件的设计,实现输出驱动信号上升沿时间为1ns左右,最高重复频率为5MHz,脉宽最小步长为5ns,具有良好通道一致性和漂移性的多通道同步控制系统研制。(4)可调固态脉冲源系统测试分析和优化进行可调固态源系统的测试分析,系统模块输出最高输出脉冲幅度约为950V电流约为10A(约25Ω负载),脉冲边沿时间约为40ns,脉冲最高重复频率为500KHz,通过远程上位机实现脉冲输出幅度、频率、脉宽的控制。负载电压波形的脉宽在高重复频率时的可调范围在纳秒量级,随着重复频率的降低,脉宽可调范围逐渐提高。最后研究了电容对输出脉冲波形的影响并进行系统优化。