PDF《同轴结构快 Marx 发生器设计及实验》

40 ns, 脉冲前沿

15 ns, 输出电压约

50 kV. 某研究院等人也开展了快前沿 Marx 发生器技术研究[6] , 在有锐化条件下,负载电阻

175 ? 时得到了上升时间

2 ns、幅值

70 kV 的负脉冲信号.本文将从结构设计、模拟 分析与实验电路等方面给出同轴结构快 Marx 的研究结果. 收稿日期:2012-12-18;

修回日期:2013-03-04 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(863计划)

90 太赫兹科学与电子信息学报 第12 卷1基本电路 Marx 发生器采用电感作 为充电和隔离的器 件,LC 型Marx 发生器的充电时间很短,有利于 重复频率运行.LC 型Marx 发生器的电路原理图 如图

1 所示.电感隔离型 Marx 发生器可以用直流 充电电源进行充电,采用电感作为充电和隔离元 件,发生器相当于一个 n 级L-C 链式电路.其充 电时间为: c

0 0

2 2 T n L C = .其中, n 为Marx 发生 器的级数,

0 L 为Marx 发生器单级充电电感值,

0 C 为Marx 发生器单级电容值.

2 直流高压充电电源 为实现小型化 Marx 发生器的设计, 减轻系统的 重量,初级充电电源采用电池组供电技术,无需外 接电源.整个电源采用以下的方法实现:要产生几 十kV 的高电压, 常用办法是采用变压器升压或者采 用倍压电路进行升压,由于体积的限制,确定采用倍压升压的方式实现,即需要把

24 V 电压逆变为交流电压. 在把

24 V 电压逆变转换为交流电压的方式中,采用开关电源中使用的实现方式,其中有单晶体管变换器、推挽 晶体管变换器和用可控硅或者 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)实现的逆变器几种方式.因电源所需功率约 为100 W,单晶体管变换器所能实现的功率较小,而采用可控硅和 IGBT 实现的逆变器虽然功率大,但体积也大. 随着半导体技术的发展,用双晶体管也能实现几百瓦的功率,所以最后选定他激式的推挽变换器.电路图如图

2 所示. 工作原理为:当接入

24 V 的直流电压时,由脉宽调制芯片 SG1525 产生正负脉冲,经过光耦隔离后,再经 过三极管 3DK10 放大,输出的脉冲驱动高频大功率三极管 3DF80G 轮流导通,在变压器初级绕组产生交替变化 的方波电压,再经变压器耦合到次级绕组后倍压,产生直流高压输出到负载电路.该电源最大输出电压为

30 kV.

3 Marx 发生器结构设计 一般的 Marx 发生器,采用电阻作为放电隔离器件,而采 用电感隔离的 Marx 发生器充电时间很短,有利于重复频率运 行.快上升前沿 Marx 发生器的设计,从根本上说就是要减小 放电回路的电感.采用同轴结构,将Marx 发生器紧凑型化设 计,可以减小电容器的连接电感,具体结构如图

3 所示. 发生器采用模块化设计,储能电容采用

3 300 pF/30 kV 圆 饼型高压陶瓷电容器.电容器其中

1 个电极与集成了开关的电 极板连接;

另1个作为接地电极.第1级为触发模块,其他级 为自触发模块,如图

4 所示.

4 参数计算 一般情况下,简化的电路模型模拟 Marx 发生器放电情况, 可以得到 Marx 输出电压幅值、脉冲上升时间以及脉宽等相关 信息.根据回路电感 L ........