一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器，包括触发单元、M级雪崩管Marx电路。触发单元与M级雪崩管Marx电路相连，用于生成触发脉冲并触发所述M级雪崩管Marx电路中第一级的第一支雪崩管导通；M级雪崩管Marx电路包括前两级带有辅助触发的电路和后(M‑2)级基极和发射极短接的电路，用于输出重复频率高压纳秒脉冲。本发明专利技术对M级Marx发生器的前两级进行改进，通过设计特殊的电路拓扑，在第一级第一支雪崩管触发导通的同时，在第二支雪崩管的基极和发射极之间产生辅助触发脉冲，极大改善了M级雪崩管Marx前两级雪崩管的导通状态。

【技术实现步骤摘要】
一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器
本专利技术涉及一种Marx发生器，具体涉及一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器。
技术介绍
重复频率脉冲功率技术作为电气工程领域的新兴学科，其在国防科研领域发挥了巨大的作用，如电磁轨道炮、可控核聚变等。随着相关技术的不断成熟，脉冲功率技术在民用领域的应用也越来越广泛，如产生低温等离子体进行杀菌消毒或对材料表面进行处理，氮氧化物去除以及臭氧制备等。而重复频率脉冲功率电源对于该项技术在民用领域的进一步推广起着至关重要的作用，而Marx发生器则是产生重复频率高压脉冲的主要形式。民用领域要求重复频率脉冲功率电源具备输出幅值高、重复频率高、脉冲前沿快、可靠性高、寿命长、体积小和成本低等特性。为产生高重频高压纳秒脉冲，国内外通常采用磁开关、全固态开关等作为关键开关器件。但磁开关体积大、重量重，且存在饱和问题，全固态开关性能优异，但成本太高，难以在民用领域普及。基于雪崩三极管的Marx发生器可以产生上升时间短、抖动小、重复频率高的高压脉冲，且结构紧凑，近年来引起广泛关注。但是，单支雪崩管的耐压最高为300V，增加Marx的级数固然是一种提高输出电压的方法，但是Marx电路输出效率会随着级数的增加而迅速下降。因此，可以考虑采用在Marx的每一级串联N支雪崩管的方法来提高电压。但是，在此种电路拓扑中，第一级的第一支雪崩管工作于触发导通状态，其余雪崩管均工作于过压导通和快前沿导通状态，随之便出现了前两级雪崩三极管损坏率极高的问题，无法长时间重频工作，严重制约了其性能和寿命。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器，该Marx发生器能够输出幅值高、抖动低的纳秒脉冲，并且寿命长，可靠性高，结构简单，体积小，重量轻。一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器，包括：触发单元、M级雪崩管Marx电路；所述触发单元与所述M级雪崩管Marx电路相连，用于生成触发脉冲并触发所述M级雪崩管Marx电路中第一级的第一支雪崩管导通；所述M级雪崩管Marx电路包括前两级带有辅助触发的电路和后(M-2)级基极和发射极短接的电路，用于输出重复频率高压纳秒脉冲。可选的，所述M级雪崩管Marx电路的每级包括若干雪崩管，所述雪崩管以串联方式连接。可选的，所述前两级带有辅助触发的电路包括电容与电阻，所述电容与电阻串联，然后与雪崩管的集电极和发射极两端并联；静态时，电容被充电，所述电容通过电阻以及雪崩管的集电极和基极形成回路，产生泄露电流，为雪崩管的基极提供电流，使其更好地处于临界雪崩状态；雪崩管导通后，电容通过电阻和雪崩管放电，在电阻上产生正脉冲并从电阻连接处引出，施加到下一支雪崩管的基极和发射极，用于辅助触发下一支雪崩管导通。可选的，所述雪崩管的集电极和发射极的额定电压为300V。可选的，所述触发单元包括：单片机，用于产生低压触发信号；光耦隔离电路，用于防止周围环境中的电磁干扰对所述低压触发信号的影响；初级触发电路，用于生成触发脉冲以触发所述M级雪崩管Marx电路中第一级的第一支雪崩管导通。可选的，所述光耦隔离电路包括光发出模块和光接收模块，所述光发出模块通过ST-ST多模光纤跳线与光接收模块相连，用于将所述单片机产生的低压触发信号转换为光信号并传输给所述光接收模块；所述光接收模块与所述初级触发电路相连，用于将光信号转换为电信号并触发初级触发电路。可选的，所述初级触发电路由单支雪崩管构成。可选的，所述Marx发生器还包括供电电源，所述供电电源为高压直流充电电源。可选的，所述Marx发生器还包括高压电缆，所述Marx发生器产生的高压纳秒脉冲通过所述高压电缆施加在负载上。一种辅助触发改进型多管串联雪崩管Marx发生器的方法，包括：单片机输出的重复频率控制信号经光耦隔离电路隔离后控制初级触发电路中处于临界雪崩状态的雪崩管导通，产生正触发信号；正触发信号传输至M级雪崩管Marx电路第一级的第一支雪崩管的基极和发射极，触发其导通；辅助触发部分的电容充电后在已导通的Marx电路第一级的第一支雪崩放电，产生触发脉冲并依次触发第一级其余雪崩管导通；第二级雪崩管在因电位差产生的触发脉冲的触发下相继导通。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过对M级Marx发生器的前两级进行改进，设计特殊的电路拓扑，在第一级第一支雪崩管触发导通的同时，在第二支雪崩管的基极和发射极之间产生辅助触发脉冲，使雪崩管的导通状态变得理想；2、本专利技术极大地改善了M级雪崩管Marx前两级雪崩管的导通状态，结构简单，不需要外施其他信号，只利用电阻电容，成本低廉，大大提高了雪崩管Marx输出脉冲的稳定性和可靠性，同时也提高了输出脉冲的重复频率。附图说明图1为本专利技术实施例示出的改进型多管串联雪崩管Marx发生器的电路框图；图2为本专利技术实施例示出的M级雪崩管Marx电路的电路框图；图3为本专利技术实施例示出的改进型多管串联雪崩管Marx发生器单次输出时的波形测试图。具体实施方式下面结合和实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，本专利技术实施例的改进型多管串联雪崩管Marx发生器包括触发单元、供电电源4、M级雪崩管Marx电路5和高压电缆6。其中，供电电源4分别与触发单元和M级雪崩管Marx电路5连接，触发单元的输出端与M级雪崩管Marx电路5的第一级第一支雪崩管的基极相连接，M级雪崩管Marx电路5的另一端通过高压BNC与高压电缆6相连接，高压电缆6末端连接有负载。在本实施例中，触发单元包括单片机1、光耦隔离电路2及由单支雪崩管构成的初级触发电路3。其中，光耦隔离电路2又包括光发出模块和光接收模块。单片机1的输出端与光发出模块的输入端相连接，光发出模块通过ST-ST多模光纤跳线与光接收模块相连，光接收模块的输出端与初级触发电路3中雪崩管的基极相连接。本实施例触发单元的工作过程如下：单片机1产生最初的低压触发信号，为防止周围环境中的电磁干扰对信号产生影响，光耦隔离电路2中的光发出模块将该低压触发信号转换为光信号，转换完成之后，通过ST-ST多模光纤跳线将光信号传输至光接收模块，进一步地，光接收模块将光信号再转换为电信号以触发初级触发电路3中的雪崩三极管导通，生成触发脉冲，进而触发M级雪崩管Marx电路5中第一级的第一支雪崩管导通。在本实施例中，M级雪崩管Marx电路5包括前两级改进的带有辅助触发的电路以及后(M-2)级未经改进的基极和发射极短接的电路，且每级由N个雪崩管串联构成。在本实施例中，供电电源4为高压直流充电电源，其参数由每级串联雪崩管个数N来确定，通过高压直流充电电源能够为M级雪崩管Marx5以及初级触发电路3充电。如图2所示，本专利技术实施例的M级雪崩管Marx电路为12级雪崩管Marx电路，其中，每级串联有3支雪崩管，串联方式为第一支雪崩管的发射极与第二支雪崩管的集电极相连，第二支雪崩管的发射极与第三支雪崩管的集电极相连。在本实施例中，12级雪崩管Marx电路的前两级采用辅助触发的结构，将100pF的电容与两个100Ω电阻串联，而后并联于前两级雪崩管的集电极和发射极两端。具体为：在第一级中，电容CF一端和雪崩管Q11的发射极相连，另一端与电阻RF11、RF12串联，然后连接到雪崩管Q12的发射极；电容CF1一端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器，包括：触发单元、M级雪崩管Marx电路；所述触发单元与所述M级雪崩管Marx电路相连，用于生成触发脉冲并触发所述M级雪崩管Marx电路中第一级的第一支雪崩管导通；所述M级雪崩管Marx电路包括前两级带有辅助触发的电路和后(M‑2)级基极和发射极短接的电路，用于输出重复频率高压纳秒脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种改进型多管串联雪崩管Marx发生器，包括：触发单元、M级雪崩管Marx电路；所述触发单元与所述M级雪崩管Marx电路相连，用于生成触发脉冲并触发所述M级雪崩管Marx电路中第一级的第一支雪崩管导通；所述M级雪崩管Marx电路包括前两级带有辅助触发的电路和后(M-2)级基极和发射极短接的电路，用于输出重复频率高压纳秒脉冲。2.根据权利要求1所述的Marx发生器，其特征在于，优选的，所述M级雪崩管Marx电路的每级包括若干雪崩管，所述雪崩管以串联方式连接。3.根据权利要求1所述的Marx发生器，其特征在于，所述前两级带有辅助触发的电路包括电容与电阻，所述电容与电阻串联，然后与雪崩管的集电极和发射极两端并联；静态时，电容被充电，所述电容通过电阻以及雪崩管的集电极和基极形成回路，产生泄露电流，为雪崩管的基极提供电流，使其更好地处于临界雪崩状态；雪崩管导通后，电容通过电阻和雪崩管放电，在电阻上产生正脉冲并从电阻连接处引出，施加到下一支雪崩管的基极和发射极，用于辅助触发下一支雪崩管导通。4.根据权利要求2所述的Marx发生器，其特征在于，所述雪崩管的集电极和发射极的额定电压为300V。5.根据权利要求1所述的Marx发生器，其特征在于，所述触发单元包括：单片机，用于产生低压触发信号；光耦隔离电路，用于防止周围环境中的电磁干扰对所述低压触发信号的影响；初级触发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁卫东，申赛康，闫家启，王亚楠，梅锴盛，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61