具有初级加速触发的多级marx电路及脉冲功率系统的制作方法

本技术属于脉冲功率电路，更具体地，涉及一种具有初级加速触发的多级marx电路及脉冲功率系统。

背景技术：

1、脉冲功率技术首先把电能以较低的功率存储起来，然后通过开关、传输回路等在很短的时间内把能量释放给负载，从而在负载上获得很高的脉冲功率。部分脉冲功率技术是由于国防需要而发展起来的，包括：轨道炮、电磁隐身技术、探地雷达、冲击雷达、电磁对抗等。脉冲功率技术对脉冲功率系统有着极致的特性需求，需要上升前沿陡、脉宽窄的快脉冲技术。

2、雪崩晶体管abjt(avalanche bipolar junction transistor)，是一种应用于ns级和ps级脉冲功率系统的新型超高速、快前沿半导体脉冲功率器件，它可以提供极高的开关速度，能产生具有亚ns级和甚至是ps级上升沿的高峰值功率脉冲。另外，基于abjt的marx电路在第一级触发abjt，随后的abjt都会因为集电极-发射极两端电压超调使其过压击穿开通。因为abjt器件整体尺寸较小，由abjt组成的marx电路集成性好，且易触发控制，能够产生幅值远高于电源电压的脉冲，因此得到了国内外学者的广泛应用。

3、漂移阶跃恢复二极管(dsrd)是一种断路型脉冲功率开关，具有纳秒级亚纳秒级的开关速度。dsrd因其结构简单、通流能力大、高耐压、高重频，且基于dsrd的脉冲产生电路结构简单，所以被广泛用于脉冲功率领域，如探地雷达、超快光束发射器、加速器等。

4、如图1所示，为现有的传统marx电路。在实际应用过程中发现，基于abjt的marx电路在重频工作时，位于marx电路中第一级abjt在基极触发后，开通速度较慢，导致第二级的abjt出现慢速dv/dt触发，导致器件开通的区域较小，电流丝效应更明显，更易热损坏。第二级abjt热损坏成为短路点之后，由于marx电路结构的特殊性，又会导致第三级abjt的触发的dv/dt降低，热损坏现象会由第二级持续扩散至后续级。所以在marx电路产生重频脉冲的过程中，如何从根本上解决第二级abjt2中出现的热损坏现象，并且热损坏从第二级传递使器件逐级损坏的现状是个重要问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种具有初级加速触发的多级marx电路及脉冲功率系统，旨在从根本上解决在高频重复脉冲工况下，由于第二级支路中雪崩晶体管出现热损坏并导致后续级电路中雪崩晶体管器件逐级热损坏的不可逆的过程。

2、为实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种具有初级加速触发的多级marx电路，包括初级加速电路和多条单极marx电路，所述初级加速电路包括漂移阶跃恢复二极管dsrd、dsrd触发电路和雪崩晶体管abjt1；

3、其中，所述多条单极marx电路位于多级marx电路中的第2～n级，所述多条marx电路接有雪崩晶体管abjt2～abjtn和脉冲负载电阻rs2～rsn，雪崩晶体管abjt1的集电极通过电容c1与雪崩晶体管abjt2的基极和发射极相连，每条单级电路串联限流电阻rx2～rxn后连接高压直流电源dc2，相邻单级电路之间对应通过电容c2～cn连接，电容cn通过负载rl接地；所述初级加速电路用于利用漂移阶跃恢复二极管dsrd的快速关断能力施加一个高速触发脉冲到雪崩晶体管abjt1的发射极和集电极两端，使得雪崩晶体管abjt1快速过压开通，并产生快速触发脉冲到雪崩晶体管abjt2。

4、本实用新型提供的具有初级加速触发的多级marx电路，将初级加速电路应用于频繁热损坏的常规多级marx电路中，从电路结构角度可有效保证第二支路中abjt2的高效工作状态，从根本上避免abjt2因为较慢电压脉冲触发不均匀导致的热损坏问题，有效解决marx电路中由于abjt2热损坏并导致电路逐级损坏的不可逆过程，提高abjt2～abjtn在marx电路中的使用可靠性。

5、在其中一个实施例中，所述dsrd触发电路包括功率开关q1、高压直流电源dc1、磁饱和变压器tr和限流电阻r和rx1；

6、其中，所述磁饱和变压器tr的初级线圈的一端依次通过电感l、电容co1分别与功率开关q1的集电极、限流电阻r的一端相连，限流电阻r的另一端与高压直流电源dc1的正极相连，功率开关q1的发射极和磁饱和变压器tr的初级线圈的另一端分别与高压直流电源dc1的负极相连；所述磁饱和变压器tr的次级线圈的一端通过电容c02分别与漂移阶跃恢复二极管dsrd的正极、雪崩晶体管abjt1的基极和发射极相连，漂移阶跃恢复二极管dsrd的负极接地；所述限流电阻rx1的一端与高压直流电源dc2的正极相连，限流电阻rx1的另一端通过电容c03接地。

7、在其中一个实施例中，所述多级marx电路的级数为5～30级。

8、在其中一个实施例中，所述功率开关q1采用场效应晶体管。

9、第二方面，本实用新型提供了一种脉冲功率系统，包括上述所述的具有初级加速触发的多级marx电路。

技术特征：

1.一种具有初级加速触发的多级marx电路，其特征在于，包括初级加速电路和多条单极marx电路，所述初级加速电路包括漂移阶跃恢复二极管dsrd、dsrd触发电路和雪崩晶体管abjt1；

2.根据权利要求1所述的具有初级加速触发的多级marx电路，其特征在于，所述dsrd触发电路包括功率开关q1、高压直流电源dc1、磁饱和变压器tr和限流电阻r和rx1；

3.根据权利要求1所述的具有初级加速触发的多级marx电路，其特征在于，所述多级marx电路的级数为5～30级。

4.根据权利要求2所述的具有初级加速触发的多级marx电路，其特征在于，所述功率开关q1采用场效应晶体管。

5.一种脉冲功率系统，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项所述的具有初级加速触发的多级marx电路。

技术总结
本技术公开了一种具有初级加速触发的多级marx电路及脉冲功率系统，包括：初级加速电路，包括DSRD、DSRD触发电路和雪崩晶体管ABJT1；多条marx电路，包括雪崩晶体管ABJT2～ABJTn、脉冲负载电阻Rs2～Rsn和限流电阻Rx2～Rxn；初级加速电路用于利用DSRD的快速关断能力施加一个高速触发脉冲到雪崩晶体管ABJT1的发射极和集电极两端，使得雪崩晶体管ABJT1快速过压开通，并产生快速触发脉冲到雪崩晶体管ABJT2。本技术可避免marx电路中的ABJT2因为触发不均匀而造成的大面积损坏，有效提高ABJT2～ABJTn在marx电路中的使用可靠性。

技术研发人员：温凯俊,项卫光
受保护的技术使用者：武汉脉冲芯电子科技有限公司
技术研发日：20230411
技术公布日：2024/1/15