用于重频脉冲的单级多支路marx电路及脉冲功率系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于重频脉冲的单级多支路marx电路及脉冲功率系统。其中，marx电路包括触发电路和依次级联的多级雪崩单元，除二级雪崩单元外的各级雪崩单元均采用单级单支路结构，多级雪崩单元中的二级雪崩单元采用单级多支路结构，每条支路连接有半导体器件和雪崩晶体管，触发电路连接一级雪崩单元中的雪崩晶体管ABJT1和二级雪崩单元中的各半导体开关器件的控制端，用于循环触发雪崩晶体管ABJT1和循环触发二级雪崩单元中的各半导体器件，单级多支路循环开通其中一个支路，其余单级单支路依次开通，直至最终在负载电阻上产生电压脉冲。本申请能有效解决传统marx电路在重频脉冲输出时，第二级单支路频繁热损坏的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
用于重频脉冲的单级多支路marx电路及脉冲功率系统


[0001]本技术属于脉冲功率电路
，更具体地，涉及一种用于重频脉冲的单级多支路marx电路及脉冲功率系统。

技术介绍

[0002]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，在国防军事上的应用包括：轨道炮、电磁隐身技术、探地雷达、冲击雷达、电磁对抗等。脉冲功率技术在环保、生物、医疗、新材料、工业等方面有着持续性的大面积创新发展。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。
[0003]雪崩晶体管ABJT(Avalanche Bipolar Junction Transistor)，作为一种应用于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，集合了如下重要优点：ABJT具有极快上升时间，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电路不需要在每一级上进行重复触发导通ABJT，只需要在第一级触发ABJT，随后的ABJT都会因为集电极
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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。
[0004]如图1所示，为传统marx电路的电路原理示意图。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。第二级热损坏又会导致第三级ABJT的触发的dv/dt降低，所以热损坏现象会由第二级持续扩散至后续级。因此，如何解决marx电路中第二级ABJT频繁热损坏的状况是个重要问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种用于重频脉冲的单级多支路marx电路及脉冲功率系统，旨在解决传统marx电路中第二级ABJT频繁热损坏的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种单级多支路marx电路，包括触发电路和依次级联的多级雪崩单元，其中，多级雪崩单元中的二级雪崩单元包括二级限流电阻、二级电容和多条并联的雪崩支路，每条雪崩支路包括串联连接的半导体开关器件和雪崩晶体管，各雪崩支路的一端均分别与二级限流电阻的一端和二级电容的一端相连，二级限流电阻的另一端与偏置电压VCC端相连；
[0007]除二级雪崩单元外的其余各级雪崩单元均包括限流电阻、雪崩晶体管和电容，一级雪崩单元中的雪崩晶体管的基极和二级雪崩单元中的各半导体开关器件的控制端均分别与触发电路的一触发端相连，所述其余各级雪崩单元中的限流电阻的一端均与偏置电压
VCC端相连，该限流电阻的另一端分别与本级雪崩单元中的电容的一端和雪崩晶体管的集电极相连，一级雪崩单元中的雪崩晶体管的发射极接地，除一级雪崩单元外的各级雪崩晶体管的发射极均通过一脉冲负载电阻接地；一级雪崩单元中的电容的另一端分别与二级雪崩单元中的各雪崩晶体管的基极和发射极相连，二级雪崩单元中的二级电容的另一端与三级雪崩单元中的雪崩晶体管的基极和发射极相连，除前两级雪崩单元外的各级雪崩单元中的电容的另一端均与相邻雪崩单元中的雪崩晶体管的基极和发射极相连；最后一级雪崩单元中的电容的另一端通过负载电阻RL接地。
[0008]本申请提供的单级多支路marx电路，通过增加二级雪崩单元的支路数，利用触发延时和ABJT1的开通延时，可保证二级雪崩单元有交替连接支路，循环开通ABJT21～ABJT2n，减缓单个ABJT反复开通的热积累效应，有效解决marx电路中第二级ABJT由于较慢dv/dt触发导致的电流丝集中的问题，解决ABJT在marx电路中第二级的频繁热损坏问题，提高ABJT在marx电路中的使用可靠性。
[0009]在其中一个实施例中，二级雪崩单元中的雪崩支路的数量为3～5。
[0010]在其中一个实施例中，所述雪崩单元的级数为5～30级。
[0011]在其中一个实施例中，所述半导体开关器件采用用场效应晶体管。
[0012]在其中一个实施例中，所述触发电路由驱动模块QD组成。
[0013]在其中一个实施例中，所述偏置电压VCC端为高压电源的输出端。
[0014]第二方面，本技术还提供了一种脉冲功率系统，包括上述所述的用于重频脉冲的单级多支路marx电路。
附图说明
[0015]图1是传统marx电路的电路原理图；
[0016]图2是本申请一实施例提供的单级多支路marx电路的电路原理示意图。
具体实施方式
[0017]为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
[0018]图1为传统marx电路的电路原理示意图，如图1所示，充电过程中，整个marx电路由高压电源DC通过限流电阻Rx(1～n)对脉冲放电电容C(1～n)充电，使得ABJT(1～n)工作在临界雪崩区。marx电路工作过程中，首先是由触发电路QD触发ABJT1开通，电容C1通过ABJT1放电形成回路C1
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ABJT1
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Rs2
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C1，在Rs2上产生负脉冲，使得在ABJT2上产生慢速dv/dt的电压斜坡，ABJT2两端超过一定耐压值，随后过压开通，使得C2与C1串联放电，形成回路C2
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ABJT2
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C1
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ABJT1
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Rs3
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C2，在Rs3上产生负脉冲，使得在ABJT3上产生快速dv/dt的电压斜坡，ABJT3两端超过一定耐压值，过压开通，随后依次开通剩余ABJT(4～n)，使得电容C(1～n)串联放电，最终在负载RL上产生电压脉冲，完成一次脉冲放电。重复脉冲时，由于ABJT2重复地由慢速dv/dt触发，导致器件局部开通，形成具有破坏性的电流丝，没有足够的自然散热时间，使得ABJT2在重频脉冲工况下极易热损坏，使得基于ABJT的marx电路不具备重频工况下的可靠性。
[0019]为解决传统marx电路中第二级ABJT频繁热损坏的问题，本申请将marx电路中最易热损坏的第二级支路优化为单级多支路结构，从电路结构角度，将单器件重复触发优化为多器件循环触发，从而缓解单器件重频工作的热积累效应，提高ABJT器件和电路的工作可靠性。
[0020]图2是本申请一实施例提供的单级多支路marx电路的电路原理示意图，如图2所示，本实施例提供的用于重频脉冲的单级多支路marx电路，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于重频脉冲的单级多支路marx电路，其特征在于，包括触发电路和依次级联的多级雪崩单元，其中，多级雪崩单元中的二级雪崩单元包括二级限流电阻、二级电容和多条并联的雪崩支路，每条雪崩支路包括串联连接的半导体开关器件和雪崩晶体管，各雪崩支路的一端均分别与二级限流电阻的一端和二级电容的一端相连，二级限流电阻的另一端与偏置电压VCC端相连；除二级雪崩单元外的其余各级雪崩单元均包括限流电阻、雪崩晶体管和电容，一级雪崩单元中的雪崩晶体管的基极和二级雪崩单元中的各半导体开关器件的控制端均分别与触发电路的一触发端相连，所述其余各级雪崩单元中的限流电阻的一端均与偏置电压VCC端相连，该限流电阻的另一端分别与本级雪崩单元中的电容的一端和雪崩晶体管的集电极相连，一级雪崩单元中的雪崩晶体管的发射极接地，除一级雪崩单元外的各级雪崩晶体管的发射极均通过一脉冲负载电阻接地；一级雪崩单元中的电容的另一端分别与二级雪崩单元中的各雪崩晶体管的基极和发射极相连，二级雪崩单元中的二级电容的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：温凯俊，项卫光，
申请(专利权)人：武汉脉冲芯电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：