CN204886900U - 一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源 - Google Patents

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钟旭
李征
赵政
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陈文忠
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李涛
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Abstract

本实用新型公开了一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,包括触发单元、负载电阻、接地板、电源、N个Marx电路、N个第一开关、N个第二开关及N个第三开关;触发单元的电源接口与电源相连接,触发单元的输出端通过第i个第一开关与第i个Marx电路的输入端相连接,第i个Marx电路的电源端通过第i个第二开关与电源相连接,第i个Marx电路的输出端通过第i个第三开关与负载电阻的一端相连接,负载电阻的另一端与接地板相连接;所述触发电路的输出端与各Marx电路的输入端之间的路径长度相同,各Marx电路的输出端到负载电阻之间的路径长度相同。本实用新型能够实现多路脉冲信号的同步叠加,同时便于控制,灵活性较好,并且利于模块化扩展。

Description

一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种脉冲源,具体涉及一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源。
背景技术
[0002] 在高电压技术领域,脉冲功率技术一直占据着举足轻重的地位。近年来,等离子体物理的发展又为脉冲功率技术开拓了很多新的应用领域,例如工业上的等离子体浸入离子注入(P III)、脉冲电子束表面改性、废气处理等,军事上的等离子体隐身技术、微波武器等。为满足这些应用的要求,脉冲源已不再只追求高输出功率与高脉冲能量,其输出脉冲波形和重复频率也逐渐成为了关注的重点。输出脉冲波形(上升时间、下降时间、脉冲宽度等)直接影响具体应用是否能够达到预期的效果,而脉冲的重复频率通常决定系统的工作速率和效益。此外,脉冲源的小型化、模块化也是其主要的发展趋势。
[0003] 基于雪崩三极管Marx电路的脉冲源具有上升时间短、抖动小、脉冲宽度窄、结构紧凑等优点,近年来已引起广泛关注。但是,Marx电路的输出效率会随着级数的增加而迅速下降,从而限制了脉冲源输出幅值的提高。为进一步提高输出幅值,一种有效的办法是采用多路Marx电路同步叠加。然而,目前国内外关于多路Marx电路同步叠加的实施方法尚不成熟,所提出的触发时延控制、平面微带传输线等方案,虽然可以得到输出幅值较高的窄脉冲,但实现其同步触发和同步输出的技术难度大、控制复杂,难以实现,不利于模块化扩展。
实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,该脉冲源能够实现多路脉冲信号的同步叠加,同时便于控制,灵活性较好,并且利于模块化扩展。
[0005] 为达到上述目的,本实用新型所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源包括触发单元、负载电阻、接地板、电源、N个Marx电路、N个第一开关、N个第二开关及N个第三开关;
[0006] 触发单元的电源接口与电源相连接,触发单元的输出端通过第i个第一开关与第i个Marx电路的输入端相连接,第i个Marx电路的电源端通过第i个第二开关与电源相连接,第i个Marx电路的输出端通过第i个第三开关与负载电阻的一端相连接,负载电阻的另一端与接地板相连接,其中,N大于等于2,N为正整数,
[0007] 所述触发电路的输出端与各Marx电路的输入端之间的路径长度相同,各Marx电路的输出端到负载电阻之间的路径长度相同。
[0008] 所述触发单元包括控制器及触发电路,控制器的输出端与触发电路的输入端相连接,触发电路的输出端与各第一开关相连接。
[0009] 所述触发电路包括隔离线圈、MOSFET驱动模块及MOSFET单管正脉冲发生电路,控制器的输出端与隔离线圈的输入端相连接,隔离线圈的输出端与MOSFET驱动模块的输入端相连接,MOSFET驱动模块的输出端与MOSFET单管正脉冲发生电路的输入端相连接,MOSFET单管正脉冲发生电路的输出端与各第一开关相连接。
[0010] 各Marx电路均为16级Marx电路。
[0011] 所述电源为高压直流充电电源。
[0012] 所述控制器为MCU芯片或单片机。
[0013] 本实用新型具有以下有益效果:
[0014] 本实用新型所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源包括触发单元、负载电阻、电源、N个Marx电路、N个第一开关、N个第二开关及N个第三开关,触发单元的输出端通过N个第一开关分别与N个Marx电路的输入端相连接,Marx电路的输出端通过第三开关与负载电阻相连接,电源通过N个第二开关分别与N个Marx电路的电源接口相连接,通过闭合对应的第一开关、第二开关及第三开关即可实现相应Marx电路输出的脉冲信号叠加,同时由于所述触发电路的输出端与各Marx电路的输入端之间的路径长度相同,各Marx电路的输出端到负载电阻之间的路径长度相同,可保证多路脉冲信号的同步叠加,且操作简单,实用性强,同时便于控制,灵活性较好,利于模块化扩展,脉冲源的稳定性较高。
附图说明
[0015] 图1为本实用新型的结构示意图;
[0016] 图2为本实用新型中当N等于4时各元件的位置关系图;
[0017] 图3为本实用新型中触发单元10的电路图;
[0018] 图4为本实用新型中Marx电路5的电路图。
[0019] 其中,I为控制器、2为触发电路、3为第一开关、4为第二开关、5为Marx电路、6为第三开关、7为负载电阻、8为接地板、9为电源、10为触发单元。
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0021] 参考图1,本实用新型所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源包括触发单元10、负载电阻7、接地板8、电源9、N个Marx电路5、N个第一开关3、N个第二开关4及N个第三开关6 ;触发单元10的电源接口与电源9相连接,触发单元10的输出端通过第i个第一开关3与第i个Marx电路5的输入端相连接,第i个Marx电路5的电源端通过第i个第二开关4与电源9相连接,第i个Marx电路5的输出端通过第i个第三开关6与负载电阻7的一端相连接,负载电阻7的另一端与接地板8相连接,其中,N大于等于2,N为正整数,I ^ i ;触发电路2的输出端与各Marx电路5的输入端之间的路径长度相同,各Marx电路5的输出端到负载电阻7之间的路径长度相同。
[0022] 所述触发单元10包括控制器I及触发电路2,控制器I的输出端与触发电路2的输入端相连接,触发电路2的输出端与各第一开关3相连接。具体的,所述触发电路2包括隔离线圈、MOSFET驱动模块及MOSFET单管正脉冲发生电路,控制器I的输出端与隔离线圈的输入端相连接,隔离线圈的输出端与MOSFET驱动模块的输入端相连接,MOSFET驱动模块的输出端与MOSFET单管正脉冲发生电路的输入端相连接,MOSFET单管正脉冲发生电路的输出端与各第一开关3相连接。
[0023] 各Marx电路5均为16级Marx电路;电源9为高压直流充电电源,所述控制器I为MCU芯片或单片机。
[0024] 本实用新型在具体操作时,通过第一开关3、第二开关4及第三开关6的闭合或打开来控制触发电路2产生的触发信号、电源9、及负载电阻7是否接入,从而改变参与脉冲信号叠加的Marx电路5的数量,实现最终输出的脉冲信号的灵活调节。
[0025] 参考图3,工作时,MCU芯片发出单次或重复频率的TTL信号,再由MOSFET驱动模块进行功率放大并输出驱动信号,从而驱动MOSFET单管正脉冲发生电路中的Q。导通,在可变电阻Rei上得到幅值约100V的正触发信号,最后经过电容C ιη.合到各Marx电路5中,实现Marx电路5的触发。
[0026] 参考图2,触发脉冲从各第一开关3输入,并同时施加给径向长度相等的各Marx电路5,实现同步触发;四路输出脉冲信号同样经过对称路径后在负载电阻7上汇聚,实现同步输出与叠加。
[0027] 参见图4,电源电压Vee= 300V,负载电阻7的电阻值L= 50 Ω,静态时,直流源通过充电隔离电阻R„〜Rci6和Ra’〜&16’给电容C1-C16充电到Va,雪崩三极管Q1-Q16均处于临界雪崩状态,没有导通;触发信号到来时,Q1首先导通,C i的左端瞬间接地,右端电位跃变为-Vee,此时Q2会在快速过电压作用下导通,即C2左端电位瞬间跃变为-V a,右端电位则跃变为-2Vra;以此类推,Q 3〜Q 16依次导通,最终在C 16的右端即负载上产生幅值为-16V cc的电压脉冲。由于三极管不能进入完全理想的导通状态,这使得Marx电路5具有一定的输出阻抗,所以实际在负载上得到的脉冲幅值要略低于16VCC。

Claims (6)

1.一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,包括触发单元(10)、负载电阻(7)、接地板(8)、电源(9)、N个Marx电路(5)、N个第一开关(3)、N个第二开关⑷及N个第三开关(6); 触发单元(10)的电源接口与电源(9)相连接,触发单元(10)的输出端通过第i个第一开关(3)与第i个Marx电路(5)的输入端相连接,第i个Marx电路(5)的电源端通过第i个第二开关⑷与电源(9)相连接,第i个Marx电路(5)的输出端通过第i个第三开关(6)与负载电阻(7)的一端相连接,负载电阻(7)的另一端与接地板(8)相连接,其中,N大于等于2,N为正整数,KiSN; 所述触发电路(2)的输出端与各Marx电路(5)的输入端之间的路径长度相同,各Marx电路(5)的输出端到负载电阻(7)之间的路径长度相同。
2.根据权利要求1所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,所述触发单元(10)包括控制器(I)及触发电路(2),控制器(I)的输出端与触发电路(2)的输入端相连接,触发电路(2)的输出端与各第一开关(3)相连接。
3.根据权利要求2所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,所述触发电路(2)包括隔离线圈、MOSFET驱动模块及MOSFET单管正脉冲发生电路,控制器(I)的输出端与隔离线圈的输入端相连接,隔离线圈的输出端与MOSFET驱动模块的输入端相连接,MOSFET驱动模块的输出端与MOSFET单管正脉冲发生电路的输入端相连接,MOSFET单管正脉冲发生电路的输出端与各第一开关(3)相连接。
4.根据权利要求1所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,各Marx电路(5)均为16级Marx电路。
5.根据权利要求1所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,所述电源(9)为高压直流充电电源。
6.根据权利要求2所述的基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源,其特征在于,所述控制器(I)为MCU芯片或单片机。
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CN111082695A (zh) * 2019-12-23 2020-04-28 上海空间电源研究所 一种空间纳秒级脉冲供电电路

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CN105007063B (zh) * 2015-07-27 2018-07-17 西安交通大学 一种基于Marx电路的空间对称型高压纳秒脉冲源
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