[發明專利]一種PFN-Marx發生器輸出波形的整形方法

在審

• 申請號: 201610013385.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN106961263A
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 李志強;張昊冉;楊建華;賀軍濤;張軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H03K5/01
• 分類號: H03K5/01
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心43202
• 代理人: 任合明

技術領域

本發明涉及一種新型的Marx發生器技術，具體涉及一種通過單級網絡參數調整PFN-Marx輸出波形的整形方法，屬于脈沖功率技術領域，主要用于高電壓脈沖方波的產生和整形。

背景技術

脈沖功率技術是以一種較低的功率儲存能量，將其以高得多的功率變換為脈沖電磁能量并釋放到特定負載上的電物理技術。Marx是脈沖功率裝置中形成高壓脈沖的重要方式之一。

Marx發生器的基本原理可以簡單地概括為：若干電容器通過并聯充電后再以串聯方式放電產生高電壓脈沖。其相關概念于1923年由Marx E教授提出，因而被命名為“Marx發生器”，最早被用于雷電沖擊電壓實驗。PFN-Marx，是利用脈沖形成網絡(Pulse forming network，簡稱PFN)代替傳統Marx發生器中的級電容，在獲取電壓疊加的同時，利用PFN可以輸出方波的特性來獲取良好的輸出電壓波形。此類裝置具有電壓倍增和長脈沖輸出的特點，在長脈沖輸出時具有與脈沖形成線類似的特性，其將升壓模塊和脈沖形成模塊整合起來，降低了脈沖功率系統的復雜度，減小了裝置體積并提高了可移動性。

PFN有多種網絡結構形式，在脈沖功率技術中，常見的有等電容等電感網絡以及Guillemin網絡。由于Guillemin網絡中多采用特定容值電容器，制造和采購的難度加大，難以廣泛應用。而等電容等電感網絡得益于脈沖電容器的商品化和較低的造價，目前仍是最常用的網絡形式。在實際應用中，等電容等電感PFN一旦L和C確定，其網絡的輸出特性也確定，而當其應用到Marx發生器中時，又常常受結構尺寸限制以及寄生參數的影響，很難獲得理想的輸出波形，這時再對相關參數做改動將變得非常困難。另外，在需要降低PFN-Marx輸出阻抗時，各種寄生參數影響變得更為嚴重，為此需要減少節數以換取低阻輸出，此時更是難以獲得較好的方波輸出。因此尋求簡易調整Marx輸出波形特性的方法對于Marx的模塊化、緊湊化以及應用范圍的拓展具有重要意義。

發明內容

本發明要解決的技術難點是通過一種合適的方法，解決PFN-Marx中等電容等電感網絡輸出波形調整困難以及PFN節點數過少時輸出波形質量差等問題。

本發明采用的技術方案如下：

一種PFN-Marx發生器輸出波形的整形方法，該方法包括以下步驟：

步驟一、構建一個相等節電容和相等節電感的n級m節PFN-Marx發生器，所述m節(一般m≤5)脈沖電容器(稱為節電容，C₀)依次并聯組成單級PFN，相鄰的節電容之間采用電感(稱為節電感，L₀)進行連接，所述單級PFN均包含兩個電極，n個(一般n≤20)單級PFN通過n個開關進行串聯：第一級PFN的兩個電極，其中一個電極和第一級開關的一端相連，另一個電極和負載接地端相連；第二級PFN的一個電極和第一級開關的另外一端相連，同時通過一個電感或電阻(稱為隔離電感L_g或隔離電阻R_g)和第一級PFN的接地端相連，第二級PFN的另外一個電極和第二級開關的一端相連，同時通過電感或電阻同第一級PFN的非接地端相連；……；依此類推，第n級PFN的一個電極和第(n-1)個PFN的開關一端相連，同時和第(n-1)級PFN的接地端通過一個電感或者電阻相連，第n級PFN的另外一個電極和第n個開關的一端相連，第n個開關的另一端和負載R_L相連；

步驟二、將上述PFN-Marx中的任意一級單元(在實際中為了方便調試，通常選用第一級，并將其命名為調整級，其它各級命名為非調整級)調整為k節PFN(一般k≥m)，采用非等節電容形式，每節電容分別為C₁、C₂、…、C_k，電感仍為L₀，即除該單元采用等節電感非等節電容的網絡形式外，其他各級的PFN網絡依然采用等節電容等節電感網絡形式；