專利名稱：一種Marx脈沖形成電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子電力技術(shù)，特別涉及一種Marx脈沖形成電路。
背景技術(shù)：
Marx發(fā)生器是一種廣泛應(yīng)用的高壓脈沖電源，它以高儲能密度和低電感的電容器組為其主體構(gòu)架，利用電容充放電的方式來產(chǎn)生指數(shù)衰減形高壓脈沖。Marx發(fā)生器是一種典型且常用的大功率脈沖發(fā)生裝置，有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng) Marx發(fā)生器中的開關(guān)部件主要是火花隙開關(guān)。然而、火花隙開關(guān)在高頻動作，壽命和維護等方面出現(xiàn)問題變得很棘手，而且不利于設(shè)備的小型化。近年，隨著各類大功率開關(guān)器件的快速發(fā)展，例如大功率MOSFET、IGBT等都被選擇在較低功率的環(huán)境下替代火花開關(guān)以達到設(shè)備小型化的目的。另外，隨著脈沖功率源向著小型化、高重復(fù)頻率運行，長壽命等方面的發(fā)展，全固態(tài)開關(guān)在脈沖功率領(lǐng)域得到了廣泛的研究。氣體開關(guān)，由于氣體絕緣恢復(fù)的限制和電極的燒蝕，使得其重復(fù)頻率都不太高，而且壽命有限。半導(dǎo)體開關(guān)的耐壓與壽命的限制往往使其應(yīng)用領(lǐng)域得不到擴展。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)在Marx發(fā)生器需要小型化、高重復(fù)頻率的問題，提出了一種 Marx脈沖形成電路，提高發(fā)生器的脈沖重復(fù)率、壽命與可靠性。本實用新型的技術(shù)方案為一種Marx脈沖形成電路，包括供電電源、充電電阻、高壓電容，還包括初級觸發(fā)電路和開關(guān)部件，新型Marx脈沖形成電路由數(shù)級充放電路組成， 每級電路由高壓電容兩端分別串聯(lián)一組充電電阻后并聯(lián)在供電電源兩端，第一級充放電路的高壓電容和第一級充電電阻的兩端并聯(lián)初級觸發(fā)開關(guān)，后面各級電路由開關(guān)部件代替初級觸發(fā)開關(guān)，最后一級的高壓電容一端輸出。所述開關(guān)部件選用BJT開關(guān)或磁開關(guān)。所述供電電源可采用高壓直流電源，初級觸發(fā)開關(guān)選用MOSFET或BJT，采用NE555 對初級觸發(fā)開關(guān)的導(dǎo)通及頻率進行控制。所述各級電容選用高壓陶瓷電容器，充電電阻選用金屬膜電阻，BJT基極電阻的阻值選擇OjkQ。本實用新型的有益效果在于本實用新型所提出的Marx脈沖形成電路，可提高發(fā)生器的脈沖重復(fù)率、壽命與可靠性。
圖1為本實用新型現(xiàn)有Marx發(fā)生器的原理電路圖；圖2為本實用新型Marx脈沖形成電路實施例一圖；圖3為本實用新型Marx脈沖形成電路實施例二圖；圖4為本實用新型Marx脈沖形成電路輸出示意圖。
具體實施方式
Marx發(fā)生器一般用于輸出較高電壓(幾kV以上)和具有一定時間寬度的脈沖波形。在高功率脈沖技術(shù)中，傳統(tǒng)的Marx發(fā)生器的工作原理，可由一個簡單的電路進行說明。 如圖1所示，多個電容器并聯(lián)充電后，進行串聯(lián)放電，Marx發(fā)生器的級數(shù)即為電容器的個數(shù) (例如為η)。首先，接通電源后，供電電源給各級電容充電，接通觸發(fā)開關(guān)，各級開關(guān)依次導(dǎo)通，電容串聯(lián)起來并向負(fù)載放電，形成電壓幅值為η倍輸入電壓。根據(jù)開關(guān)的導(dǎo)通速度，在負(fù)載形成一定寬度的脈沖波形。為了進一步小型化以及延長壽命、提高可靠性為目的，選擇半導(dǎo)體開關(guān)器件之中的雙極結(jié)型晶體管(Bipolar Junction Transistor—BJT)作為開關(guān)部件。然而，與火花隙開關(guān)比較，BJT的缺點是開關(guān)速度比較慢。這是因為，BJT通常工作時，基極電流控制集電極的電流(載流子)，而BJT的開關(guān)速度受限制域PN結(jié)中積蓄的載流子。為了解決這個問題， 利用BJT中的擊穿現(xiàn)象，可以將通常動作時μ s級的開關(guān)時間縮短到ns級，從而實現(xiàn)了高速開關(guān)的功能。Marx脈沖形成電路，包括供電電源1、充電電阻2、高壓電容6、初級觸發(fā)電路3、數(shù)個BJT開關(guān)。新型Marx脈沖形成電路由數(shù)級充放電路組成，每級電路由高壓電容6兩端分別串聯(lián)一組充電電阻2后并聯(lián)在供電電源1兩端，第一級充放電路的高壓電容6和一組串聯(lián)電阻的兩端并聯(lián)初級觸發(fā)開關(guān)3，后面各級由BJT開關(guān)代替初級觸發(fā)開關(guān)3，最后一級的高壓電容6 —端輸出。所述的供電電源1可采用Matsusada公司生產(chǎn)的型號為HWR-5A的高壓直流電源，電源能將220V交流電轉(zhuǎn)變成最高可達5kV的直流電壓輸出。初級觸發(fā)開關(guān) 3選用仙童FQPF6N90CM0SFET或BJT，其門極用NE555對整個電路的導(dǎo)通及頻率進行控制。各級電容6選用市面出售的陶瓷電容器，容值為InF。充電電阻選用金屬膜電阻， 阻值為3.3kQ。作為開關(guān)用的BJT選用BC635，其基極電阻選擇OjkQ的可調(diào)電阻。當(dāng)供電電源接通，各級電容充電，按下控制開關(guān)，初級MOSFET導(dǎo)通，第一級BJT開關(guān)4的集電極與發(fā)射極之間加入兩倍的輸入電壓。根據(jù)前期試驗，判定BJT集電極與發(fā)射極間的擊穿電壓，選擇高于1/2的擊穿電壓為輸入電壓。當(dāng)?shù)谝患塀JT開關(guān)4被擊穿的瞬間，3倍于輸入的電壓加到第二級BJT的集電極與發(fā)射極間，依次類推，各級三極管迅速導(dǎo)通，直到最后一級BJT開關(guān)5。在輸出端形成η倍的輸入電壓的脈沖信號，其寬度約為各級BJT擊穿時間之和。圖4所示的是三級負(fù)脈沖Marx發(fā)生器輸出的波形實例。圖3所示的是利用磁開關(guān)的Marx脈沖形成電路的示意圖。由可飽和磁芯制做而成的磁開關(guān)與普通的半導(dǎo)體開關(guān)不同，它不僅具有普通半導(dǎo)體開關(guān)的開關(guān)作用，而且不受開關(guān)頻率的限制，無電離和開關(guān)燒蝕等問題。磁開關(guān)在磁芯未飽和時，其自身的電感量很大， 對電流的流通起阻礙作用，相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)；當(dāng)磁芯飽和時，其自身的電感量急劇下降，導(dǎo)通電流，相當(dāng)于開關(guān)的閉合狀態(tài)。，當(dāng)磁芯飽和后，磁芯不能立即自主回復(fù)到未飽和狀態(tài)，加入磁復(fù)位電路，幫助磁芯復(fù)位。通過改變磁芯的截面積和導(dǎo)體匝數(shù)來改變磁開關(guān)的伏秒積，使初級觸發(fā)電路導(dǎo)通后，第一級磁開關(guān)迅速飽和導(dǎo)通。以相同的道理選擇后級磁開關(guān)的伏秒積。磁開關(guān)的截面積變動相對不易實現(xiàn)，所以采用匝數(shù)的變更來應(yīng)對不同的使用環(huán)
^Mi ο
權(quán)利要求1.一種Marx脈沖形成電路，包括供電電源、充電電阻、高壓電容，其特征在于，還包括初級觸發(fā)電路和開關(guān)部件，新型Marx脈沖形成電路由數(shù)級充放電路組成，每級電路由高壓電容兩端分別串聯(lián)一組充電電阻后并聯(lián)在供電電源兩端，第一級充放電路的高壓電容和第一級充電電阻的兩端并聯(lián)初級觸發(fā)開關(guān)，后面各級電路由開關(guān)部件代替初級觸發(fā)開關(guān)，最后一級的高壓電容一端輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述Marx脈沖形成電路，其特征在于，所述開關(guān)部件選用BJT開關(guān)或磁開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述Marx脈沖形成電路，其特征在于，所述供電電源可采用高壓直流電源，初級觸發(fā)開關(guān)選用MOSFET或BJT，采用NE555對初級觸發(fā)開關(guān)的導(dǎo)通及頻率進行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述Marx脈沖形成電路，其特征在于，所述各級電容選用高壓陶瓷電容器，充電電阻選用金屬膜電阻，BJT基極電阻的阻值選擇OjkQ。
專利摘要本實用新型涉及一種新型Marx脈沖形成電路，該脈沖形成電路由數(shù)級充放電路組成，每級電路由高壓電容兩端分別串聯(lián)一組充電電阻后并聯(lián)在供電電源兩端，第一級充放電路的高壓電容和第一級充電電阻的兩端并聯(lián)初級觸發(fā)開關(guān)，后面各級電路由開關(guān)部件代替初級觸發(fā)開關(guān)，最后一級的高壓電容一端輸出。所述開關(guān)部件選用BJT開關(guān)或磁開關(guān)。開關(guān)速度快，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，性能穩(wěn)定，輸出文波小，壽命長，易于推廣。
文檔編號H03K3/57GK202309649SQ201120390278
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者李孜 申請人:上海理工大學(xué)