[發明專利]一種MARX發生器

在審

• 申請號: 201811243965.8
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109347322A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 鄒旭東;劉爽;姜聰聰;姜文超;許長樂;江偉斌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02H7/12;H02M1/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青;李智

本發明公開了一種MARX發生器，包括直流電源、電感、n個二極管D1a～Dna和多級充放電路(1～n)。其中，第一級充放電路一端經電感與直流電源相連，每級電路之間經二極管D1a～Dna并聯，第n級充放電路一端接地，多級充放電路(1～n)的兩端用于連接負載。多級充放電路(1～n)中每一級的電路結構相同，第一級電路包括第一儲能電容C1、第一開關管S1、第一二極管D1和第一電阻R1。本發明的電路結構簡單、成本低，解決短路等故障狀態或接入容性負載等情況導致的瞬態電流過大的問題，可靠性高、簡單易行，具有重要的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及一種電力電子技術，特別涉及一種MARX(馬克思)發生器。

背景技術

隨著半導體電力電子器件的發展，以及高功率激光、國防軍工、污水處理等行業的應用需求，出現了一種全固態MARX發生器技術，全固態MARX發生器采用半導體功率器件作為充放電開關。全固態MARX發生器技術的應用，使得脈沖功率技術的發展向高電壓、大電流、快脈沖、高重復頻率邁進了一大步，但是在純容性負載場合由于MARX發生器的輸出電壓快速上升特性，瞬時電壓非常大，所以流經放電回路的瞬態電流非常大，而且在短路等故障狀態也會造成瞬時電流很大，容易造成開關器件的損壞而使系統癱瘓，且經常工作在大電流情況下，儲能電容器的壽命會大大降低。

目前，為了限制過大的瞬態電流，需要根據實際情況來加入限流電阻或者限流電感對開關管進行保護。而實際情況下負載參數往往不是恒定不變的，而一個固定參數的限流器件很難兼顧輸出脈沖上升沿的速度和限流的效果。如果需要達到最好的限流效果并同時實現最快的上升速度則需要根據不同的負載參數選取不同的限流器件參數，但工程實踐中限流參數的值都是固定的，因此存在這一局限。

發明內容

本發明是針對MARX發生器在容性負載下由于輸出脈沖波形瞬時電壓較大或MARX發生器發生短路等故障狀態導致很大的瞬態電流，容易造成開關器件的損壞而使系統癱瘓，且經常工作在大電流情況下，儲能電容器的壽命會大大降低。

本發明提供一種MARX發生器，包括直流電源、電感、n個二極管D1a～Dna和多級充放電路(1～n)。第一級充放電路一端經電感L與直流電源VDC相連，每級電路之間經二極管D1a～Dna并聯，第n級充放電路一端接地，多級充放電路(1～n)的兩端用于連接負載。

優選的，n為大于等于2的整數。

所述多級充放電路(1～n)中每一級的電路結構相同。

所述多級充放電路(1～n)中第一級電路包括第一儲能電容C1、第一開關管S1、第一二極管D1和第一電阻R1。其中，第一儲能電容C1經第一二極管D1與第一開關管S1并聯。第一儲能電容C1的陽極和第一開關管S1的輸入端相連，第一儲能電容C1的陰極和第一二極管D1的正極相連，第一二極管D1的負極接第一電阻R1以及下一級充電電路中第二儲能電容C2的陰極，第一開關管S1的輸入端經二極管D2a與下一級電路中的第二儲能電容C2的陽極相連，第一開關管的控制端和第一二極管D1的負極相連，第一開關管S1的輸出端與第一電阻R1串聯。

當所述開關管為IGBT時，所述第一儲能電容C1的陽極和第一開關管S1的集電極相連，第一儲能電容C1的陰極和第一二極管D1的正極相連，第一二極管D1的負極接第一電阻R1以及下一級充電電路中第二儲能電容C2的陰極，第一開關管S1的集電極經二極管D2a與下一級電路中的第二儲能電容C2的陽極相連，第一開關管的柵極和第一二極管D1的負極相連，第一開關管S1的發射級與第一電阻R1串聯。

當所述開關管為MOSFET時，所述第一儲能電容C1的陽極和第一開關管S1的漏極相連，第一儲能電容C1的陰極和第一二極管D1的正極相連，第一二極管D1的負極接第一電阻R1以及下一級充電電路中第二儲能電容C2的陰極，第一開關管S1的漏極經二極管D2a與下一級電路中的第二儲能電容C2的陽極相連，第一開關管的柵極和第一二極管D1的負極相連，第一開關管S1的源極與第一電阻R1串聯。