[發(fā)明專利]一種基于磁開關(guān)的近方波Marx發(fā)生器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810450550.1
• 申請(qǐng)日: 2018-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN108631756A
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊旭亮;劉勝;王利民;潘亞峰;王俊杰;孫旭;王剛;范紅艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北核技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H03K3/53
• 分類號(hào): H03K3/53
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明公開了一種基于磁開關(guān)的近方波Marx發(fā)生器，依次包括初級(jí)放電單元、可飽和脈沖變壓器單元、Marx發(fā)生器單元以及放電單元四部分。其中，主體部分用于產(chǎn)生近似方波脈沖，采用附加調(diào)整電容結(jié)合反轉(zhuǎn)電壓疊加的Marx發(fā)生器的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)方波脈沖的輸出，并且結(jié)合脈寬調(diào)節(jié)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了輸出方波脈沖寬度的調(diào)整。簡(jiǎn)化現(xiàn)有能夠產(chǎn)生近似方波脈沖Marx發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理，實(shí)現(xiàn)了百納秒量級(jí)方波Marx發(fā)生器的緊湊固態(tài)化，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外該類型脈沖發(fā)生器的空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于磁開關(guān)的近方波Marx發(fā)生器。

背景技術(shù)

小型緊湊化是高功率脈沖驅(qū)動(dòng)源的重要發(fā)展方向，能夠產(chǎn)生近似方波脈沖的Marx發(fā)生器受到了廣泛的關(guān)注。Marx發(fā)生器具有模塊化運(yùn)行、原理簡(jiǎn)單的典型優(yōu)勢(shì)，采用高儲(chǔ)能密度脈沖電容器能夠使得整個(gè)裝置非常緊湊。通過一定的改造，例如將傳統(tǒng)Marx發(fā)生器中的電容器改為脈沖形成網(wǎng)絡(luò)，則可使得發(fā)生器輸出近似方波脈沖。通過多級(jí)疊加可增加輸出功率，可達(dá)數(shù)十GW級(jí)。但該類Marx發(fā)生器結(jié)構(gòu)原理復(fù)雜，使得其制造成本較高。

近年來出現(xiàn)的各類高功率近方波Marx發(fā)生器中，大多仍采用氣體開關(guān)作為控制開關(guān)。氣體開關(guān)具有功率大、通流能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但是由于其氣體放電的本質(zhì)屬性，此類開關(guān)在壽命以及穩(wěn)定性方面存在一定的局限性，尤其是在Marx發(fā)生器中，需要大量的使用氣體開關(guān)，導(dǎo)致出現(xiàn)故障的概率成倍上升。除此之外，為了提高M(jìn)arx發(fā)生器的工作穩(wěn)定性，減小輸出抖動(dòng)，需要配屬專門的觸發(fā)器，用以觸發(fā)發(fā)生器中的前幾級(jí)氣體開關(guān)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容

為了簡(jiǎn)化現(xiàn)有能夠產(chǎn)生近似方波脈沖Marx發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及原理，本發(fā)明提出了提出一種基于公共磁芯可飽和脈沖變壓器、LC反轉(zhuǎn)電壓疊加與附加調(diào)整電容實(shí)現(xiàn)輸出近似方波脈沖的Marx發(fā)生器，摒棄了傳統(tǒng)發(fā)生器中的氣體開關(guān)與觸發(fā)系統(tǒng)，利用磁開關(guān)的磁場(chǎng)的同步控制，保證各級(jí)開關(guān)同步導(dǎo)通并實(shí)現(xiàn)固態(tài)化；同時(shí)，基于多倍頻電壓脈沖的疊加原理，使得發(fā)生器具備輸出方波脈沖的能力。填補(bǔ)了脈沖功率技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的空白。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種基于磁開關(guān)的近方波Marx發(fā)生器，其特殊之處在于：包括初級(jí)放電單元、可飽和脈沖變壓器單元、Marx發(fā)生器單元及放電單元；

上述初級(jí)放電單元包括初級(jí)儲(chǔ)能電容和初級(jí)儲(chǔ)能電容放電控制開關(guān)；

上述可飽和脈沖變壓器單元包括可飽和變壓器初級(jí)電感，變壓器磁芯和n個(gè)可飽和變壓器次級(jí)電感；該可飽和脈沖變壓器單元用于放大初級(jí)儲(chǔ)能電容的充電電壓，并為調(diào)整電容與次級(jí)電容進(jìn)行充電；可飽和脈沖變壓器在充電完成之后磁芯達(dá)到飽和狀態(tài)，初次級(jí)之間失去關(guān)聯(lián)，且初級(jí)電感與次級(jí)電感之值降至很低；

上述Marx發(fā)生器單元包括串聯(lián)的a個(gè)調(diào)整單元及與調(diào)整單元串聯(lián)的b個(gè)電壓疊加單元，其中，a≦b，n＝a+b；調(diào)整單元與電壓疊加單元的總單元數(shù)由輸出電壓決定，具體通過電路模擬確定；

每個(gè)調(diào)整單元包括調(diào)整電容、次級(jí)電容及接地電感，接地電感并聯(lián)在調(diào)整電容與次級(jí)電容串聯(lián)的電路兩端；a個(gè)可飽和變壓器次級(jí)電感分別并聯(lián)在由接地端開始的第偶數(shù)個(gè)或者第奇數(shù)個(gè)電容器(此處電容器為調(diào)整電容與次級(jí)電容的統(tǒng)稱)兩端；

每個(gè)電壓疊加單元包括接地電感及兩個(gè)次級(jí)電容，接地電感并聯(lián)在兩個(gè)次級(jí)電容串聯(lián)的電路兩端；b個(gè)可飽和變壓器次級(jí)電感分別并聯(lián)在由接地端開始的第偶數(shù)個(gè)或者第奇數(shù)個(gè)次級(jí)電容兩端；

Marx發(fā)生器單元中相鄰電容器充電電壓極性相反；

上述放電單元包括相互串聯(lián)的放電主開關(guān)與負(fù)載電阻，Marx發(fā)生器單元的輸出端與放電主開關(guān)連接；其中n大于等于2；

上述調(diào)整電容的電容值小于次級(jí)電容的電容值，具體電容值應(yīng)通過電路模擬加以確定。