【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功率脉冲，更具体地，涉及一种marx发生器的顶降补偿电路、脉冲电源及控制方法。
技术介绍
1、目前很多工业、医学、科研、航天行业的脉冲负载对脉冲电压的质量有较高的要求，尤其是脉冲电压顶部形状，要求其稳定、平坦，但是marx发生器实际上是通过电容串联放电来产生高压脉冲，在电容放电过程中其两端电压随着电荷的流失而自然下降，这意味着脉冲电压顶部跌落是无法避免的，放电电流越大、放电时间越长，高压脉冲顶部降落就越大。通常放电脉冲时间很短，脉冲顶部近线性降落。为了消除电容放电两端电压下降的影响，实现稳定平坦的脉冲顶部，常见的解决办法是在marx发生器中增加补偿电路，补偿串联电容放电过程中产生的电压降落。
2、现有的marx发生器补偿方法如图1所示，整个电路由谐振补偿单元和marx电路两部分组成，这两部分电路都可实现模块化来进行多级叠加。每级谐振补偿单元都由谐振控制开关、充电控制开关qari、放电控制开关qbri、二极管dri、谐振电容cri和谐振电感lri组成，而每级marx电路则由充电控制开关qai、放电控制开关qbi、二极管di和电容ci组成。每个谐振单元的无源器件参数都是相同的。
3、谐振补偿电路利用lc串联谐振时产生的正弦电压波形，波形在正过零点往后的一小段时间内近似线性，将其叠加到放电脉冲上，正好补偿marx电路中储能电容的线性电压降落。具体实施过程有三步：(1)充电：打开主开关qdc、marx电路充电控制开关qai、谐振单元充电控制开关qari，关断其余开关，直流电源通过这些开关和二极管给储
4、然而，现有的谐振补偿电路存在以下问题：(1)电容在谐振时的幅值电压固定为输入电压vdc，当负载较重时，只能在前期设计中通过增加补偿单元的级数来增大补偿电压，成本和体积较大；当负载较轻时，只能在前期设计中通过减小谐振频率来减小补偿电压，谐振元器件的体积较大。(2)补偿电路无反馈控制系统，补偿电路在工作时不能调整顶降补偿电压值，负载发生变化会导致脉冲顶部电压不平坦。(3)marx电路需要等谐振过程进行3/4个周期后才进行放电，导致脉冲频率最大不超过谐振频率，限制了脉冲电源的应用范围。同时由于元器件参数的公差，实际谐振频率与设定值存在偏差，使得不能恰好做到谐振3/4个周期后开始放电，导致顶降补偿不精确。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种marx发生器的顶降补偿电路、脉冲电源及控制方法，通过简单的电路结构，在宽负载范围内自动实现精确地电压顶降补偿，输出脉冲顶部平坦的高压脉冲。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种marx发生器的顶降补偿电路，包括：电感电流控制开关sc、续流二极管dc、谐振电感lr、旁路二极管dr、谐振电容cr、放电电阻rc和补偿开关sf；
3、其中，开关sc的漏极连接输入电源的正极，开关sc的源极连接二极管dc的负极，二极管dc的正极连接输入电源的负极；电感lr一端连接二极管dc的负极，另一端连接开关sf的漏极；开关sf的漏极还与marx发生器中第一级子电路的充电开关管sa1的源极相连，开关sf的源极连接输入电源的负极和负载；二极管dr与电阻rc并联，且二极管dr的正极连接开关sf的漏极，二极管dr的负极连接电容cr，电容cr另一端与输入电源负极相连。
4、第二方面，本专利技术提供了一种脉冲电源，包括：主电路充电控制开关sdc、限流电阻rdc、marx发生器以及如第一方面所述的顶降补偿电路；
5、脉冲电源输入端的正极连接开关sdc的漏极和顶降补偿电路中开关sc的漏极，开关sdc的源极连接电阻rdc的一端，电阻rdc的另一端与marx发生器中第一级子电路的充电二极管d1的正极相连；脉冲电源输入端的负极连接顶降补偿电路中二极管dc的正极，且与脉冲电源输出端的负极相连；脉冲电源输出端的正极与marx发生器中最后一级子电路的充电开关管san的漏极相连。
6、第三方面，本专利技术提供了一种闭环控制方法，应用于如第一方面或第二方面所述的顶降补偿电路，包括：
7、在每个放电阶段采集负载电流io，io乘以ntp/ci得到输出端脉冲顶降vo_drop，vo_drop再除以sin(θ)得到谐振电压幅值vm，vm除以特征阻抗zr得到谐振电流幅值，谐振电流幅值加上负载电流io得到电感电流最大值im，im乘以谐振电感lr再除以输入电压vdc得到每个周期电感所需的充电时间ton；根据ton生成对应脉宽的开关sc的pwm控制波形，实现顶降补偿电路每次补偿电压值的闭环控制；
8、其中，n为marx发生器子电路的级数，tp为每次放电时间，ci为marx发生器中储能电容容值，θ为每次放电时间对应谐振的度数，
9、进一步地，当负载电流io发生变化时，充电时间ton自动调整，改变每次电感电流最大值im，以此改变谐振电容cr每次的谐振电压幅值vm，间接改变每次的补偿电压，使得补偿电压根据负载大小自动调整，在宽负载范围内补偿电压都基本等于脉冲压降，在负载端得到平坦的高压脉冲。
10、第四方面，本专利技术提供了另一种marx发生器的顶降补偿电路，包括：高频斩波开关sbf、续流二极管dbf、储能电感lo、充电控制开关sdc2、谐振电容cres、谐振电感lres、谐振控制开关sres、充电开关管sar、放电开关管sbr和二极管dbr；
11、其中，开关sbf的漏极连接输入电源的正极，开关sbf的源极与二极管dbf的负极相连，二极管dbf的正极连接输入电源的负极；电感lo一端连接二极管dbf的负极，另一端连接开关sdc2的漏极；开关sdc2的源极与开关sres的漏极相连，开关sres的源极与电感lres串联连接到输入电源的负极；电容cres与开关sres和电感lres所在支路并联；二极管dbr的正极连接开关sdc2的源极，二极管dbr的负极连接放电开关管sbr的漏极，放电开关管sbr的源极连接充电开关管sar的漏极，充电开关管sar的源极连接输入电源的负极，且充电开关管sar的漏极与marx发生器中第一级子电路的充电开关管sa1的源极相连。
12、第五方面，本专利技术提供了一种脉冲电源，包括：主电路充电控制开关sdc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种Marx发生器的顶降补偿电路，其特征在于，包括：电感电流控制开关Sc、续流二极管Dc、谐振电感Lr、旁路二极管Dr、谐振电容Cr、放电电阻Rc和补偿开关Sf；
2.一种脉冲电源，其特征在于，包括：主电路充电控制开关Sdc、限流电阻Rdc、Marx发生器以及如权利要求1所述的顶降补偿电路；
3.一种闭环控制方法，应用于如权利要求1或2所述的顶降补偿电路，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的闭环控制方法，其特征在于，当负载电流io发生变化时，充电时间Ton自动调整，改变每次电感电流最大值im，以此改变谐振电容Cr每次的谐振电压幅值Vm，间接改变每次的补偿电压，使得补偿电压根据负载大小自动调整，在宽负载范围内补偿电压都基本等于脉冲压降，在负载端得到平坦的高压脉冲。
5.一种Marx发生器的顶降补偿电路，其特征在于，包括：高频斩波开关Sbf、续流二极管Dbf、储能电感Lo、充电控制开关Sdc2、谐振电容Cres、谐振电感Lres、谐振控制开关Sres、充电开关管Sar、放电开关管Sbr和二极管Dbr；
6.一种脉
7.一种闭环控制方法，应用于如权利要求5或6所述的顶降补偿电路，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种marx发生器的顶降补偿电路，其特征在于，包括：电感电流控制开关sc、续流二极管dc、谐振电感lr、旁路二极管dr、谐振电容cr、放电电阻rc和补偿开关sf；
2.一种脉冲电源，其特征在于，包括：主电路充电控制开关sdc、限流电阻rdc、marx发生器以及如权利要求1所述的顶降补偿电路；
3.一种闭环控制方法，应用于如权利要求1或2所述的顶降补偿电路，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的闭环控制方法，其特征在于，当负载电流io发生变化时，充电时间ton自动调整，改变每次电感电流最大值im，以此改变谐振电容cr每次的谐振电压幅值vm，间接改变每次的...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪昊，闵闰，童乔凌，张德生，张文佳，黄保强，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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