具有重频故障自诊断的多级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具有重频故障自诊断的多级marx电路及脉冲功率系统，该多级marx电路包括触发电路、故障检测电路和多级marx电路，故障检测电路包括阈值比较器及用于给阈值比较器供电的直流电压源，每级mark电路均包括限流电阻、雪崩晶体管和电容，触发电路接地后连接一级多级marx电路中的雪崩晶体管的基极和故障检测电路中阈值比较器的输出端。本实用新型专利技术通过在极易产生热损坏的第二级marx电路中的雪崩晶体管ABJT2两端增加故障检测电路，能有效阻止整个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，从而提高后级marx电路中ABJT3～ABJTn在marx电路中的使用可靠性。可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
具有重频故障自诊断的多级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，涉及一种具有重频故障自诊断的多级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，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。
[0003]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。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，如何及时避免热损坏现象从第二级逐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

[0005]针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种具有重频故障自诊断的多级marx电路及脉冲功率系统，能及时避免热损坏现象从第二级逐级传递使器件逐级损坏的问题。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种具有重频故障自诊断的多级marx电路，包括触发电路、故障检测电路和依次级联的多级marx电路，所述故障检测电路包括阈值比较器及用于给阈值比较器供电的直流电压源，每级mark电路均包括限流电阻、雪崩晶体管和电容；
[0007]其中，触发电路接地后，与一级marx电路中的雪崩晶体管的基极和阈值比较器的输出端相连；各级marx电路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marx电路中的电容的一端和雪崩晶体管的集电极相连，一级marx电路中的雪崩晶体管的发射极接地，除一级marx电路外的各级marx电路中的雪崩晶体管的发射极均
通过一脉冲负载电阻接地；除最后一级marx电路外的各级marx电路中的电容的另一端均与其相邻的后一级marx电路中的雪崩晶体管的基极和发射极相连，二级marx电路中的电容的一端与阈值比较器的一输入端相连，阈值比较器的另一输入端接地，最后一级marx电路中的电容的另一端通过负载电阻RL接地。
[0008]在其中一个实施例中，所述marx电路的级数为5～30级。
[0009]在其中一个实施例中，所述触发电路由驱动模块QD组成，用于提供0～15V的电压信号。
[0010]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。
[0011]第二方面，本技术还提供了一种脉冲功率系统，包括上述所述的具有重频故障自诊断的多级marx电路。
[0012]本技术提供的具有故障自诊断的多级marx电路及脉冲功率系统，在重频工况下，通过在极易产生热损坏的第二级marx电路中的雪崩晶体管ABJT2两端增加故障检测电路，在整个marx电路正常工作时不起作用，在重频脉冲过程中发现ABJT2由于热损坏导致短路后第一时间切断整个电路的重频脉冲过程，有效阻止整个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，从而提高ABJT3～ABJTn在marx电路中的使用可靠性。
附图说明
[0013]图1是传统多级marx电路的电路原理图；
[0014]图2是图1中ABJT2在重频脉冲工况下热损坏并形成短路之后的多级marx电路的电路原理图；
[0015]图3是本技术一实施例提供的具有故障自诊断的多级marx电路的电路原理图。
具体实施方式
[0016]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。
[0017]图1是传统多级marx电路的电路原理图，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，在限流电阻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，使得电容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，在限流电阻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。
[0018]图2是图1中ABJT2在重频脉冲工况下热损坏并形成短路之后的多级marx电路示意
图，如图2所示，由于ABJT2集电极和发射极端形成短路，造成放电电容C2两端形成等电位，电容C2并不能充电。充电过程中，整个marx电路由高压电源DC通过限流电阻Rx(1，3～n)对脉冲放电电容C(1，3～n)充电，使得ABJT(1，3～n)工作在临界雪崩区。此时触发电路QD在没有外界干扰的情况下继续触发ABJT1基极，ABJT1开通后，瞬态放电工况下，电容C2相当于短路，限流电阻Rs2与Rs3相当于并联，电容C1通过ABJT1放电形成回路C1
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ABJT1
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Rs2(Rs3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有重频故障自诊断的多级marx电路，其特征在于，包括触发电路、故障检测电路和依次级联的多级marx电路，所述故障检测电路包括阈值比较器及用于给阈值比较器供电的直流电压源，每级mark电路均包括限流电阻、雪崩晶体管和电容；其中，触发电路接地后，与一级marx电路中的雪崩晶体管的基极和阈值比较器的输出端相连；各级marx电路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marx电路中的电容的一端和雪崩晶体管的集电极相连，一级marx电路中的雪崩晶体管的发射极接地，除一级marx电路外的各级marx电路中的雪崩晶体管的发射极均通过一脉冲负载电阻接地；除最后一级marx电路外的各级marx电路中的电容的另一端均与其相邻的后一级m...

【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：