专利名称：一种Marx脉冲形成电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子电力技术，特别涉及一种Marx脉冲形成电路。
背景技术：
Marx发生器是一种广泛应用的高压脉冲电源，它以高储能密度和低电感的电容器组为其主体构架，利用电容充放电的方式来产生指数衰减形高压脉冲。Marx发生器是一种典型且常用的大功率脉冲发生装置，有着广泛的应用。传统 Marx发生器中的开关部件主要是火花隙开关。然而、火花隙开关在高频动作，寿命和维护等方面出现问题变得很棘手，而且不利于设备的小型化。近年，随着各类大功率开关器件的快速发展，例如大功率MOSFET、IGBT等都被选择在较低功率的环境下替代火花开关以达到设备小型化的目的。另外，随着脉冲功率源向着小型化、高重复频率运行，长寿命等方面的发展，全固态开关在脉冲功率领域得到了广泛的研究。气体开关，由于气体绝缘恢复的限制和电极的烧蚀，使得其重复频率都不太高，而且寿命有限。半导体开关的耐压与寿命的限制往往使其应用领域得不到扩展。
发明内容本实用新型是针对现在Marx发生器需要小型化、高重复频率的问题，提出了一种 Marx脉冲形成电路，提高发生器的脉冲重复率、寿命与可靠性。本实用新型的技术方案为一种Marx脉冲形成电路，包括供电电源、充电电阻、高压电容，还包括初级触发电路和开关部件，新型Marx脉冲形成电路由数级充放电路组成， 每级电路由高压电容两端分别串联一组充电电阻后并联在供电电源两端，第一级充放电路的高压电容和第一级充电电阻的两端并联初级触发开关，后面各级电路由开关部件代替初级触发开关，最后一级的高压电容一端输出。所述开关部件选用BJT开关或磁开关。所述供电电源可采用高压直流电源，初级触发开关选用MOSFET或BJT，采用NE555 对初级触发开关的导通及频率进行控制。所述各级电容选用高压陶瓷电容器，充电电阻选用金属膜电阻，BJT基极电阻的阻值选择OjkQ。本实用新型的有益效果在于本实用新型所提出的Marx脉冲形成电路，可提高发生器的脉冲重复率、寿命与可靠性。
图1为本实用新型现有Marx发生器的原理电路图；图2为本实用新型Marx脉冲形成电路实施例一图；图3为本实用新型Marx脉冲形成电路实施例二图；图4为本实用新型Marx脉冲形成电路输出示意图。
具体实施方式
Marx发生器一般用于输出较高电压(几kV以上)和具有一定时间宽度的脉冲波形。在高功率脉冲技术中，传统的Marx发生器的工作原理，可由一个简单的电路进行说明。 如图1所示，多个电容器并联充电后，进行串联放电，Marx发生器的级数即为电容器的个数 (例如为η)。首先，接通电源后，供电电源给各级电容充电，接通触发开关，各级开关依次导通，电容串联起来并向负载放电，形成电压幅值为η倍输入电压。根据开关的导通速度，在负载形成一定宽度的脉冲波形。为了进一步小型化以及延长寿命、提高可靠性为目的，选择半导体开关器件之中的双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor—BJT)作为开关部件。然而，与火花隙开关比较，BJT的缺点是开关速度比较慢。这是因为，BJT通常工作时，基极电流控制集电极的电流(载流子)，而BJT的开关速度受限制域PN结中积蓄的载流子。为了解决这个问题， 利用BJT中的击穿现象，可以将通常动作时μ s级的开关时间缩短到ns级，从而实现了高速开关的功能。Marx脉冲形成电路，包括供电电源1、充电电阻2、高压电容6、初级触发电路3、数个BJT开关。新型Marx脉冲形成电路由数级充放电路组成，每级电路由高压电容6两端分别串联一组充电电阻2后并联在供电电源1两端，第一级充放电路的高压电容6和一组串联电阻的两端并联初级触发开关3，后面各级由BJT开关代替初级触发开关3，最后一级的高压电容6 —端输出。所述的供电电源1可采用Matsusada公司生产的型号为HWR-5A的高压直流电源，电源能将220V交流电转变成最高可达5kV的直流电压输出。初级触发开关 3选用仙童FQPF6N90CM0SFET或BJT，其门极用NE555对整个电路的导通及频率进行控制。各级电容6选用市面出售的陶瓷电容器，容值为InF。充电电阻选用金属膜电阻， 阻值为3.3kQ。作为开关用的BJT选用BC635，其基极电阻选择OjkQ的可调电阻。当供电电源接通，各级电容充电，按下控制开关，初级MOSFET导通，第一级BJT开关4的集电极与发射极之间加入两倍的输入电压。根据前期试验，判定BJT集电极与发射极间的击穿电压，选择高于1/2的击穿电压为输入电压。当第一级BJT开关4被击穿的瞬间，3倍于输入的电压加到第二级BJT的集电极与发射极间，依次类推，各级三极管迅速导通，直到最后一级BJT开关5。在输出端形成η倍的输入电压的脉冲信号，其宽度约为各级BJT击穿时间之和。图4所示的是三级负脉冲Marx发生器输出的波形实例。图3所示的是利用磁开关的Marx脉冲形成电路的示意图。由可饱和磁芯制做而成的磁开关与普通的半导体开关不同，它不仅具有普通半导体开关的开关作用，而且不受开关频率的限制，无电离和开关烧蚀等问题。磁开关在磁芯未饱和时，其自身的电感量很大， 对电流的流通起阻碍作用，相当于开关的断开状态；当磁芯饱和时，其自身的电感量急剧下降，导通电流，相当于开关的闭合状态。，当磁芯饱和后，磁芯不能立即自主回复到未饱和状态，加入磁复位电路，帮助磁芯复位。通过改变磁芯的截面积和导体匝数来改变磁开关的伏秒积，使初级触发电路导通后，第一级磁开关迅速饱和导通。以相同的道理选择后级磁开关的伏秒积。磁开关的截面积变动相对不易实现，所以采用匝数的变更来应对不同的使用环
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权利要求1.一种Marx脉冲形成电路，包括供电电源、充电电阻、高压电容，其特征在于，还包括初级触发电路和开关部件，新型Marx脉冲形成电路由数级充放电路组成，每级电路由高压电容两端分别串联一组充电电阻后并联在供电电源两端，第一级充放电路的高压电容和第一级充电电阻的两端并联初级触发开关，后面各级电路由开关部件代替初级触发开关，最后一级的高压电容一端输出。
2.根据权利要求1所述Marx脉冲形成电路，其特征在于，所述开关部件选用BJT开关或磁开关。
3.根据权利要求1所述Marx脉冲形成电路，其特征在于，所述供电电源可采用高压直流电源，初级触发开关选用MOSFET或BJT，采用NE555对初级触发开关的导通及频率进行控制。
4.根据权利要求1所述Marx脉冲形成电路，其特征在于，所述各级电容选用高压陶瓷电容器，充电电阻选用金属膜电阻，BJT基极电阻的阻值选择OjkQ。
专利摘要本实用新型涉及一种新型Marx脉冲形成电路，该脉冲形成电路由数级充放电路组成，每级电路由高压电容两端分别串联一组充电电阻后并联在供电电源两端，第一级充放电路的高压电容和第一级充电电阻的两端并联初级触发开关，后面各级电路由开关部件代替初级触发开关，最后一级的高压电容一端输出。所述开关部件选用BJT开关或磁开关。开关速度快，结构简单，操作方便，性能稳定，输出文波小，寿命长，易于推广。
文档编号H03K3/57GK202309649SQ201120390278
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者李孜 申请人:上海理工大学