一种冲击电离波模式触发的Marx发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种冲击电离波模式触发的Marx发生器，涉及脉冲功率技术领域，包括多个依次级联的子Marx发生器单元，每个子Marx发生器单元均包括：半导体开关和储能单元，该半导体开关为采用冲击电离波模式导通的半导体元件，部分子Marx发生器单元内还包括触发单元，该触发单元为半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的触发脉冲，以使半导体开关从阻断状态转换为导通状态，当各半导体开关处于阻断状态各储能单元并联充电，当各半导体开关处于导通状态各储能单元串联放电输出高压脉冲。本方案以采用冲击电离波模式导通的半导体元件作为Marx发生器的开关，使得该Marx发生器可同时实现高电压、大电流、快前沿、高重复频率、长寿命以及隔离驱动较为简单的效果。命以及隔离驱动较为简单的效果。命以及隔离驱动较为简单的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种冲击电离波模式触发的Marx发生器


[0001]本专利技术涉及脉冲功率
，特别涉及一种冲击电离波模式触发的Marx发生器。

技术介绍

[0002]目前，脉冲功率技术是指把慢储存起来的具有较高密度的能量经过时间尺度上的压缩、空间上的传输和汇聚并有效释放给负载的电物理技术。脉冲功率技术是大国高科技竞争的重要内容，也是当前国际上很活跃的前沿科技，具有重要的战略地位。
[0003]现如今，Marx发生器在脉冲功率技术中被广泛应用，Marx发生器的建立有赖于开关的同步或者时序放电，因此开关的性能直接决定着Marx发生器的输出特性。传统的Marx发生器主要使用气体开关，其优点是电压高、通流大，在大型脉冲功率装置中得到了广泛的应用并在未来很长一段时间将依旧是脉冲功率技术的主流方向之一，但其缺点是体积大、寿命短、重频性能受限。当前Marx发生器的一个重要发展趋势是采用半导体开关实现重复频率运行，目前国内外已经提出了MOSFET、IGBT、晶闸管、光导开关、雪崩三极管等半导体器件的Marx发生器。
[0004]其中，采用全控型半导体器件，如MOSFET、IGBT、IGCT都可以构成Marx发生器。其优点是可以方便控制脉冲的宽度。MOSFET和IGBT的动作速度相对较快，易于形成前沿数十纳秒至数百纳秒的脉冲，但功率容量相对有限。IGCT功率容量大，但动作速度较慢。基于MOSFET和IGBT的Marx发生器在脉冲功率技术和医疗中已经有应用。此类器件应用于Marx发生器主要的问题是隔离驱动非常复杂。
[0005]而采用半控型半导体器件，如晶闸管也可以构成Marx发生器。已有的基于晶闸管的Marx发生器采用传统的控制极触发。其优点是功率容量相对较大，缺点是产生的前沿较慢，多数时候还需要与可饱和电感联合应用，同样需要采用隔离驱动，或者采用光触发晶闸管。此外，采用雪崩三级管也可以构成Marx发生器，这种Marx发生器经常用于小容量快前沿领域。优点是前沿可以做到纳秒量级，甚至百皮秒量级，工作时抖动极小。这种Marx发生器通常只需要在第一级触发，后级采用Marx发生器建立时产生的过电压触发，或者采用辅助触发拓扑结构，利用Marx发生器建立时产生的过电压形成触发信号，使得雪崩三极管在过压和触发双重作用下导通。采用雪崩三极管构成的Marx发生器不需要采用隔离驱动，相对而言驱动比较简单，但其功率容量很难做到很大。
[0006]另外，还可以采用光导开关构成Marx发生器，其优点是由于采用光触发，不需考虑电位隔离的问题。缺点是光导开关通流容量受限，寿命较短。
[0007]综上可知，目前亟需一种同时具备高电压、大电流、快前沿以及使用寿命长性能的Marx发生器。

技术实现思路

[0008]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种冲击电离波模式触发的Marx发生器。
[0009]本说明书采用下述技术方案：
[0010]本说明书提供了一种冲击电离波模式触发的Marx发生器，包括：
[0011]多个依次级联的子Marx发生器单元；每个所述子Marx发生器单元均包括：半导体开关和储能单元；所述半导体开关为采用冲击电离波模式导通的半导体元件；
[0012]部分所述子Marx发生器单元内还包括触发单元，所述触发单元与对应的所述半导体开关电性连接；所述触发单元为所述半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的触发脉冲，以使所述半导体开关从阻断状态转换为导通状态；
[0013]其中，当所述各半导体开关处于阻断状态时，所述各储能单元和所述各半导体开关为并联结构，同时通过外部高压电源对所述各储能单元进行充电；
[0014]当所述各半导体开关处于导通状态时，所述各储能单元和所述各半导体开关为串联结构，并通过所述各储能单元放电输出高压脉冲。
[0015]可选地，以包括所述触发单元的子Marx发生器单元作为所述Marx发生器的一类级、不包括所述触发单元的子Marx发生器单元作为所述Marx发生器的二类级，所述Marx发生器由若干一类级和若干二类级按照先后顺序级联组成。
[0016]可选地，当所述各一类级中的半导体开关处于导通状态时，通过所述各一类级为后序各二类级中的半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的导通电压。
[0017]可选地，所述半导体开关为晶闸管、二极管以及n
+
‑
n
‑
n
+
结构器件中的至少一种。
[0018]可选地，所述半导体开关为晶闸管时，所述晶闸管控制极为开路状态。
[0019]可选地，所述半导体开关由若干同种半导体器件串并联构成。
[0020]可选地，所述储能单元为电容、脉冲形成线和脉冲形成网络中的其中一种。
[0021]可选地，所述高压电源，输出幅值可变的高压直流或高压脉冲。
[0022]可选地，所述触发单元，输出重复频率、脉宽、幅值、起始时间可变的触发脉冲。
[0023]可选地，所述Marx发生器还包括：充电隔离单元；所述各充电隔离单元与所述各储能单元为串联结构；
[0024]当所述各半导体开关处于阻断状态时，通过外部高压电源经过所述各充电隔离单元对所述各储能单元进行充电；
[0025]当所述各半导体开关处于导通状态时，通过所述各储能单元经过所述各充电隔离单元以串联放电输出高压脉冲。
[0026]可选地，所述充电隔离单元为电阻元件、电感元件以及二极管中的至少一种。
[0027]本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0028]多个依次级联的子Marx发生器单元，每个子Marx发生器单元均包括：半导体开关和储能单元，该半导体开关为采用冲击电离波模式导通的半导体元件，部分子Marx发生器单元内还包括触发单元，该触发单元与对应的半导体开关电性连接，该触发单元为该半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的触发脉冲，以使该半导体开关从阻断状态转换为导通状态，当各半导体开关处于阻断状态时，各储能单元和各半导体开关为并联结构，同时通过外部高压电源对各储能单元进行充电，当各半导体开关处于导通状态时，各储能单元和各半导体开关为串联结构，并通过各储能单元放电输出高压脉冲。
[0029]本方案以采用冲击电离波模式导通的半导体元件作为Marx发生器的开关，使得该Marx发生器可同时实现高电压、大电流、快前沿、高重复频率、长寿命以及隔离驱动较为简
单的效果。
附图说明
[0030]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031]图1为本说明书提供的一种冲击电离波模式触发的Marx发生器示意图；
[0032]图2为本说明书提供的一种包含充电隔离单元的冲击电离波模式触发的Marx发生器示意图；
[0033]图3为本说明书提供的一种冲击电离波模式触发的Marx发生器的实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冲击电离波模式触发的Marx发生器，其特征在于，包括：多个依次级联的子Marx发生器单元；每个所述子Marx发生器单元均包括：半导体开关和储能单元；所述半导体开关为采用冲击电离波模式导通的半导体元件；部分所述子Marx发生器单元内还包括触发单元，所述触发单元与对应的所述半导体开关电性连接；所述触发单元为所述半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的触发脉冲，以使所述半导体开关从阻断状态转换为导通状态；其中，当所述各半导体开关处于阻断状态时，所述各储能单元和所述各半导体开关为并联结构，同时通过外部高压电源对所述各储能单元进行充电；当所述各半导体开关处于导通状态时，所述各储能单元和所述各半导体开关为串联结构，并通过所述各储能单元放电输出高压脉冲。2.如权利要求1所述的冲击电离波模式触发的Marx发生器，其特征在于，以包括所述触发单元的子Marx发生器单元作为所述Marx发生器的一类级、不包括所述触发单元的子Marx发生器单元作为所述Marx发生器的二类级，所述Marx发生器由若干一类级和若干二类级按照先后顺序级联组成。3.如权利要求2所述的冲击电离波模式触发的Marx发生器，其特征在于，当所述各一类级中的半导体开关处于导通状态时，通过所述各一类级为后序各二类级中的半导体开关提供达成冲击电离波模式导通的导通电压。4.如权利要求1所述的冲击电离波模式触发的Marx发生器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁卫东，路敬宇，殷子强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：