CN217849394U

CN217849394U - 一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置

Info

Publication number: CN217849394U
Application number: CN202221827181.1U
Authority: CN
Inventors: 赵昭; 高子兴; 李洁
Original assignee: China Electronics Standardization Institute
Current assignee: China Electronics Standardization Institute
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2022-07-15
Publication date: 2022-11-18
Anticipated expiration: 2032-07-15

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，涉及电压发生装置技术领域。所述程控脉冲电压发生装置包括核心控制单元、程控充电单元和Marx脉冲电压发生单元，所述核心控制单元包括单片机；所述程控充电单元包括电源整流电路、高频变压器电路、电源管理电路和电压输出电路；所述Marx脉冲电压发生单元包括Marx发生电路和驱动电路，所述Marx发生电路不采用升压电感。本实用新型实施例能够解决输出脉冲电压无法同时控制脉冲电压幅值和宽度的问题。

Description

一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置

技术领域

本实用新型涉及电压发生装置技术领域，特别是指一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置。

背景技术

近年来随着功率半导体技术的发展，传统Marx电路中气体开关逐渐被固态开关替代以实现高重复频率、高可靠性脉冲设计。为提高Marx发生器的效率，用电感和二极管替代充电电阻，利用电感的储能作用，通过控制固态开关通断时间和频率，来实现对储能电容的升压充电。当固态开关截止时，储能电容处于并联状态，电感储存的电能和电源通过二极管同时向储能电容充电，此时充电电压高于电源电压，实现对储能电容的升压充电；当固态开关导通时，储能电容串联向负载放电，其电压幅值等于n倍的储能电容的电压值(n为储能电容的个数)。

在此方案中，固态开关处于不断的导通和关断的状态下，所以在负载的两端就会被施加无数个重复的脉冲，因此就无法应用在需要单次脉冲电压的场合；在实际运行中，固态开关的通断频率一般是固定的，其储能电容的充电电压取决于固态开关通断的时间。若要得到不同幅值的脉冲电压，就需要不断的改变固态开关的通断时间，因此施加在负载两端的脉冲电压的宽度也是变化的。所以如果想得到固定的脉冲电压幅值，就得不到固定的脉冲电压宽度；想得到固定的脉冲电压宽度，就无法得到固定的脉冲电压幅值。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，以解决输出脉冲电压无法同时控制脉冲电压幅值和宽度的问题。

一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，包括核心控制单元、程控充电单元和Marx脉冲电压发生单元，其中：

所述核心控制单元包括单片机；

所述程控充电单元包括电源整流电路、高频变压器电路、电源管理电路和电压输出电路；

所述Marx脉冲电压发生单元包括Marx发生电路和驱动电路，所述Marx 发生电路不采用升压电感；

所述电源整流电路用于将交流电转换为稳定直流电提供给所述高频变压器电路；所述电源管理电路包括脉冲宽度调制芯片，所述电源管理电路用于接收所述单片机提供的电压数据并向所述高频变压器电路输出脉冲信号；所述高频变压器电路采用反激式电源原理，根据所述电源管理电路输出的脉冲信号的输出频率和占空比将电能储存在所述高频变压器电路中的高频变压器中，并通过所述电压输出电路将电能提供给所述Marx发生电路；所述驱动电路接收所述单片机的控制信号，以控制所述Marx发生电路中的固态开关通断的时间。

进一步的，所述电源整流电路包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端之间串联有第一滤波电容C₁₃和第二滤波电容C₁₄，还串联有第一均压电阻R₁和第二均压电阻R₂，所述第一滤波电容C₁₃和第一均压电阻R₁并联连接，所述第二滤波电容C₁₄和第二均压电阻R₂并联连接。

进一步的，所述电源整流电路经过X安规电容CX₁、CX₃、Y安规电容 CY₁、CY₂、共模电感L₂共同滤波，再通过整流桥D₂进行整流，最后经过所述第一滤波电容C₁₃、第二滤波电容C₁₄、第一均压电阻R₁和第二均压电阻R₂得到稳定直流电。

进一步的，所述高频变压器电路包括第一变压器L₅、第二变压器L₃、第一NPN晶体管Q₁、第二NPN晶体管Q₂、第三NPN晶体管Q₃和第四NPN晶体管Q₄；

所述脉冲宽度调制芯片包括第一脉冲信号输出端和第二脉冲信号输出端，所述第一脉冲信号输出端连接所述第四NPN晶体管Q₄的基极，所述第二脉冲信号输出端连接所述第三NPN晶体管Q₃的基极；

直流电源经保护电阻R₁₂后分为三路，一路连接所述第四NPN晶体管Q₄的基极，所述第四NPN晶体管Q₄的发射极接地；另一路连接所述第一变压器 L₅的初级绕组的中间引线，所述第一变压器L₅的初级绕组的两端引线分别连接所述第三NPN晶体管Q₃的集电极和第四NPN晶体管Q₄的集电极；最后一路连接所述第三NPN晶体管Q₃的基极，所述第三NPN晶体管Q₃的发射极接地；

所述电源整流电路的第一输出端连接所述第一NPN晶体管Q₁的集电极，所述第一NPN晶体管Q₁的发射极连接所述第二NPN晶体管Q₂的集电极，所述第二NPN晶体管Q₂的发射极连接所述电源整流电路的第二输出端；

所述第一变压器L₅的次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一次级绕组的一端引线经二极管D₄和保护电阻R₆后连接所述第二NPN晶体管Q₂的基极，另一端引线连接所述第二NPN晶体管Q₂的发射极；所述第二次级绕组具有三端引线，其中一端引线经所述第二变压器L₃的初级绕组连接至所述第一滤波电容C₁₃和第二滤波电容C₁₄之间，另一端引线经二极管D₃和保护电阻R₃后连接所述第一NPN晶体管Q₁的基极，中间引线连接所述第一NPN晶体管Q₁的发射极；

所述电压输出电路用于对所述第二变压器L₃的次级绕组的输出进行整流和滤波后提供给所述Marx发生电路。

进一步的，所述第一脉冲信号输出端输出的第一脉冲信号和所述第二脉冲信号输出端输出的第二脉冲信号为一对互补脉冲信号；

和/或，所述第二变压器L₃的初级绕组两端并联有电阻R₉和电容C₁₈。

进一步的，所述脉冲宽度调制芯片包括从所述电压输出电路的两输出端之间采集输出电压的输出电压采集端和从所述单片机获取基准电压的基准电压接收端，所述脉冲宽度调制芯片将得到的输出电压与基准电压进行比较，来调整输出脉冲信号的占空比。

进一步的，所述电源管理电路还包括数模转换芯片，所述数模转换芯片的输入端连接至所述单片机，输出端连接至所述脉冲宽度调制芯片以向所述脉冲宽度调制芯片提供基准电压。

进一步的，所述电压输出电路中，所述第二变压器L₃的次级绕组依次经过整流桥D₇、储能电感L₄、滤波电容C₁₉～C₂₂后输出提供给所述Marx发生电路；

和/或，所述电压输出电路的两输出端之间串联有两个分压电阻R₁₀、R₁₁，该两个分压电阻之间的连接点连接至所述脉冲宽度调制芯片的输出电压采集端。

进一步的，所述驱动电路包括控制开关U₅，所述控制开关U₅的控制端连接所述单片机的控制信号输出端，所述控制开关U₅连接有串联的多个光电耦合器U₆～U₉，所述多个光电耦合器U₆～U₉的输出端分别控制所述Marx发生电路中的一个固态开关Q₅～Q₈。

进一步的，所述控制开关U₅为光电耦合器；

和/或，所述Marx发生电路中的固态开关Q₅～Q₈均为NPN晶体管。

本实用新型实施例提供的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，一方面，电源管理电路包括脉冲宽度调制芯片，电源管理电路用于接收单片机提供的电压数据并向高频变压器电路输出脉冲信号，高频变压器电路采用反激式电源原理，根据电源管理电路输出的脉冲信号的输出频率和占空比将电能储存在高频变压器电路中的高频变压器中，并通过电压输出电路将电能提供给 Marx发生电路，由此，电源管理电路能够借助于脉冲宽度调制芯片调整输出脉冲信号的占空比，从而调整高频变压器的蓄能时间，进而调节输出电压的幅值，实现控制脉冲电压幅值的目的；另一方面，Marx发生电路不采用升压电感，因此电路本身就失去通过控制固态开关通断升压的功能，正因为如此，驱动电路接收单片机的控制信号，以控制Marx发生电路中的固态开关通断的时间，这样输出脉冲宽度就取决于固态开关的导通时间，由此实现了控制脉冲电压宽度的目的。因此，本实用新型实施例是在Marx发生原理的基础上进行改进得到，能够解决输出脉冲电压无法同时控制脉冲电压幅值和宽度的问题，以达到可由上位机直接控制输出脉冲电压幅值和宽度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型中电源供给单元的电路图；

图2为本实用新型中核心控制单元的电路图；

图3为本实用新型中程控充电单元的电路图；

图4为本实用新型中Marx脉冲电压发生单元的驱动电路的电路图；

图5为本实用新型中Marx脉冲电压发生单元的Marx发生电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，如图1-5所示，包括核心控制单元11、程控充电单元12和Marx脉冲电压发生单元13，其中：

核心控制单元11包括单片机，单片机可以为各种型号的单片机，图中所示实施例中为STM32单片机；单片机可通过串口通讯方式与上位机进行数据传递，并以SPI通讯协议完成与相关单元之间的数据传输；

程控充电单元12包括电源整流电路121、高频变压器电路122、电源管理电路123和电压输出电路124；

Marx脉冲电压发生单元13包括Marx发生电路131和驱动电路132，Marx 发生电路131不采用升压电感；

电源整流电路121用于将交流电转换为稳定直流电提供给高频变压器电路 122；电源管理电路123包括脉冲宽度调制芯片，电源管理电路123用于接收单片机提供的电压数据并向高频变压器电路122输出脉冲信号；高频变压器电路122采用反激式电源原理，根据电源管理电路123输出的脉冲信号的输出频率和占空比将电能储存在高频变压器电路122中的高频变压器中，并通过电压输出电路124将电能提供给Marx发生电路131；驱动电路132接收单片机的控制信号，以控制Marx发生电路131中的固态开关通断的时间。

本实用新型实施例的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，一方面，电源管理电路包括脉冲宽度调制芯片，电源管理电路用于接收单片机提供的电压数据并向高频变压器电路输出脉冲信号，高频变压器电路采用反激式电源原理，根据电源管理电路输出的脉冲信号的输出频率和占空比将电能储存在高频变压器电路中的高频变压器中，并通过电压输出电路将电能提供给Marx 发生电路，由此，电源管理电路能够借助于脉冲宽度调制芯片调整输出脉冲信号的占空比，从而调整高频变压器的蓄能时间，进而调节输出电压的幅值，实现控制脉冲电压幅值的目的；另一方面，Marx发生电路不采用升压电感，因此电路本身就失去通过控制固态开关通断升压的功能，正因为如此，驱动电路接收单片机的控制信号，以控制Marx发生电路中的固态开关通断的时间，这样输出脉冲宽度就取决于固态开关的导通时间，由此实现了控制脉冲电压宽度的目的。因此，本实用新型实施例是在Marx发生原理的基础上进行改进得到，能够解决输出脉冲电压无法同时控制脉冲电压幅值和宽度的问题，以达到可由上位机直接控制输出脉冲电压幅值和宽度的目的。

电源供给单元

考虑到电路中存在较多不同的芯片，供电电压有所不同，故为方便供电，可以设置电源供给单元10，用于将交流电转换为稳定直流电为整个装置供电。

电源供给单元10可以采用本领域的各种设计。例如，图1示出了电源供给单元10实施例的电路图，其主要功能是为给整个系统供电。它将220V市电经过变压器L₁、整流桥D₁转变为所需的直流电压，再通过电源稳压模块U₁、 U₂、U₃、U₄转化为所需电压值。其中U₁用于提供+12V直流电源，U₂用于提供+5V直流电源，U₃用于提供+3.3V直流电源，U₄用于提供+2.048V直流电源；电源稳压模块的数量可根据需要灵活设计，不限于图中所示的4个，也可以更多或更少。为进行滤波和稳压，图中在整流桥D₁的输出端、以及各电源稳压模块的输出端还设计了电容C₁～C₁₀。

核心控制单元

图2示出了核心控制单元11实施例的电路图。此单元是本实用新型的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置的核心控制部分，由STM32单片机、晶振组成，主要功能是将接收到的脉冲幅值和脉冲宽度数据进行处理，然后控制电容并联充电电压和电容串联放电时间。其中PA9和PA10分别和串口的TX 和RX相连，起到与上位机(未示出)之间数据传输的功能；PB0、PB1和PB2 与程控充电单元12的数模DA转换芯片(TLC5618芯片)的DIN、SCLK、CS引脚相连，为其提供数字量数据。PB3和PB4是脉冲宽度输出控制引脚和充电电压反馈引脚。

程控充电单元

图3为程控充电单元12实施例的电路图。此部分基于反激式电源基本原理，结合脉冲宽度调制芯片(TL494电源管理芯片)1、2引脚的电压比较功能，实现电压程控、稳定输出。其主要由电源整流电路121、高频变压器电路122、电源管理电路123以及电压输出电路124四部分组成。

工作原理：当核心控制单元11把预置电压值数字量数据通过SPI通讯协议传输到程控充电单元12时，程控充电单元12的数模转换芯片(TLC5618 芯片)将数字量转变成电压值作为脉冲宽度调制芯片(TL494芯片)的基准电压，同时脉冲宽度调制芯片输出带有死区时间的脉冲信号控制高频变压器工作，从而在高频变压器次级绕组上输出电压，然后脉冲宽度调制芯片将采集到的输出电压值与基准电压进行比较，来调整输出脉冲信号的占空比，从而调整高频变压器的蓄能时间，进而调节输出电压的幅值，使输出电压更加稳定。

(1)电源整流电路

电源整流电路121用于将交流电转换为稳定直流电提供给高频变压器电路 122，其可以采用本领域技术人员容易想到的各种设计。

如图3所示，在输出部分，电源整流电路121优选包括第一输出端和第二输出端，第一输出端和第二输出端之间串联有第一滤波电容C₁₃和第二滤波电容C₁₄，还串联有第一均压电阻R₁和第二均压电阻R₂，第一滤波电容C₁₃和第一均压电阻R₁并联连接，第二滤波电容C₁₄和第二均压电阻R₂并联连接。

具体实施时，电源整流电路121将220VAC经过X安规电容CX₁和CX₃、 Y安规电容CY₁和CY₂、共模电感L₂共同滤波，再通过整流桥D₂进行整流，最后经过滤波电容C₁₃和C₁₄、均压电阻R₁和R₂得到稳定直流电。

(2)高频电压器电路

高频变压器电路122的功能是将电源整流电路121得到的直流电按照脉冲宽度调制芯片(TL494芯片)的输出频率和占空比将电能储存在高频变压器中，然后在次级绕组中将电能输出。

高频变压器电路122可以采用本领域技术人员容易想到的各种设计，一种实施例中，如图3所示，优选包括第一变压器L₅、第二变压器L₃、第一NPN 晶体管Q₁、第二NPN晶体管Q₂、第三NPN晶体管Q₃和第四NPN晶体管Q₄；此处，变压器L₃、L₅即为前述的高频变压器；

脉冲宽度调制芯片(图中为TL494芯片)包括第一脉冲信号输出端(C1、引脚8)和第二脉冲信号输出端(C2、引脚11)，第一脉冲信号输出端连接第四NPN晶体管Q₄的基极，第二脉冲信号输出端连接第三NPN晶体管Q₃的基极；

直流电源+12V经保护电阻R₁₂后分为三路，一路连接第四NPN晶体管Q₄的基极，第四NPN晶体管Q₄的发射极接地(为起保护作用，该发射极可以经电容C₂₃接地，Q₄的基极和R₁₂之间可以串联有电阻R₁₅)；另一路连接第一变压器L₅的初级绕组的中间引线，第一变压器L₅的初级绕组的两端引线分别连接第三NPN晶体管Q₃的集电极和第四NPN晶体管Q₄的集电极；最后一路连接第三NPN晶体管Q₃的基极，第三NPN晶体管Q₃的发射极接地(为起保护作用，该发射极可以经二极管D₁₀接地，Q₃的基极和R₁₂之间可以串联有电阻 R₁₃)；为起保护作用，Q₃和Q₄的基极和发射极之间可以分别连接有电阻R₁₄、 R₁₆，Q₃和Q₄的集电极和发射极之间可以分别连接有二极管D₈、D₉；

电源整流电路121的第一输出端连接第一NPN晶体管Q₁的集电极，第一 NPN晶体管Q₁的发射极连接第二NPN晶体管Q₂的集电极，第二NPN晶体管 Q₂的发射极连接电源整流电路121的第二输出端；为起保护作用，Q₁和Q₂的集电极和发射极之间可以分别连接有二极管D₅、D₆；

第一变压器L₅的次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组，第一次级绕组的一端引线(引脚5)经二极管D₄和保护电阻R₆后连接第二NPN晶体管 Q₂的基极(为起保护作用，D₄和R₆两端可并联有电容C₁₇，R₆和Q₂的基极的之间可以串联有电阻R₇)，另一端引线(引脚4)连接第二NPN晶体管Q₂的发射极；第二次级绕组具有三端引线，其中一端引线(引脚3)经第二变压器 L₃的初级绕组连接至第一滤波电容C₁₃和第二滤波电容C₁₄之间(为起保护作用，可同时串联有电容C₁₅)，另一端引线(引脚1)经二极管D₃和保护电阻 R₃后连接第一NPN晶体管Q₁的基极(为起保护作用，D₃和R₃两端可并联有电容C₁₆，R₃和Q₁的基极的之间可以串联有电阻R₄)，中间引线(引脚2)连接第一NPN晶体管Q₁的发射极；为起保护作用，Q₁和Q₂的基极和发射极之间可以分别连接有电阻R₅、R₈；

电压输出电路124用于对第二变压器L₃的次级绕组的输出进行整流和滤波后提供给Marx发生电路131。

此处，电路工作原理如下：

当Q₃导通、Q₄截止时：直流12V电压经过R₁₂、Q₃在变压器L₅的次级绕组上感应出电动势，其再经过D₃、R₃、R₄、R₅使Q₁导通。此时电源整流电路 121整流后的直流电压从电容C₁₃正极流出经过Q₁、L₅次级绕组、L₃初级绕组流回电容C₁₃的负极，将电能通过L₃次级绕组输出；

当Q₃截止，Q₄导通时：直流12V电压经过R₁₂、Q₄在变压器L₅的次级绕组感应出电动势，其再经过D₄、R₆、R₇、R₈使Q₂导通。此时电源整流电路整流后的直流电压从电容C₁₄正极流出经过L₃初级绕组、L₅次级绕组、Q₂返回电容C₁₄的负极，将电能通过L₃次级绕组输出。

第二变压器L₃的初级绕组两端优选并联有电阻R₉和电容C₁₈，电阻R₉和电容C₁₈的作用是吸收变压器L₃电流换向时的反向感应电动势，以免感应出的高压损坏元器件。

(3)电源管理电路

脉冲宽度调制芯片具体可以为固定频率脉冲宽度调制芯片，可以为各种型号，图中为TL494芯片。该TL494芯片的功能是通过引脚1采集分压电阻R₁₁两端电压与引脚2基准压值进行比较，进而改变引脚8和引脚11的输出脉冲占空比。即，脉冲宽度调制芯片(TL494芯片)包括从电压输出电路124的两输出端之间采集输出电压的输出电压采集端(1IN+，引脚1)和从单片机获取基准电压的基准电压接收端(1IN-，引脚2)，脉冲宽度调制芯片将得到的输出电压与基准电压进行比较，来调整输出脉冲信号的占空比。

为方便采集输出电压，电压输出电路124的两输出端之间可以串联有两个分压电阻R₁₀、R₁₁，该两个分压电阻之间的连接点连接至脉冲宽度调制芯片 (TL494芯片)的输出电压采集端(1IN+，引脚1)。

为方便得到基准电压，该电源管理电路123还包括数模转换芯片，可以为各种型号，图中为TLC5618芯片，TLC5618芯片的输入端连接至单片机，输出端连接至TL494芯片以向TL494芯片提供基准电压。具体的，TL494芯片的引脚2上的电压值由数模转换芯片TLC5618接收核心控制单元11以SPI通讯协议形式发送来的数据转换成的电压来提供，其中TLC5618的1、2、3引脚与核心控制单元11的DIN、SCLK、CS相连。

将TL494芯片的引脚13与引脚14连接后，TL494芯片会以推挽形式输出，即引脚8和11会输出一对互补脉冲信号，也就是说，第一脉冲信号输出端(C1、引脚8)输出的第一脉冲信号和第二脉冲信号输出端(C2、引脚11)输出的第二脉冲信号优选为一对互补脉冲信号。其脉冲频率由引脚5外接的电容C₂₆和引脚6外接的电阻R₂₂共同决定，死区时间由引脚4外接的电压控制，即引脚 14上输出的基准5V电压在电阻R₁₉上的分压决定。

(4)电压输出电路

电压输出电路124可以采用本领域技术人员容易想到的各种设计，一种实施例中，如图3所示，第二变压器L₃的次级绕组依次经过整流桥D₇、储能电感L₄、滤波电容C₁₉～C₂₂后输出提供给Marx发生电路131。

Marx脉冲电压发生单元

Marx脉冲电压发生单元13主要由Marx发生电路131和驱动电路132两部分组成。通过程控充电单元12给并联储能电容充电，当充电到达预置电压时，驱动电路132接收到核心控制单元11的X信号控制固态开关Q₅～Q₈导通，使储能电容串联向负载输出脉冲电压，其输出脉冲宽度取决于固态开关的导通时间。

(1)驱动电路

驱动电路132可以采用本领域技术人员容易想到的各种设计，一种实施例中，如图4所示，主要由光耦隔离器和限流电阻组成。

该驱动电路132包括控制开关U₅(优选也为光电耦合器)，所述控制开关 U₅的控制端连接单片机的控制信号输出端(X信号)，控制开关U₅连接有串联的多个光电耦合器U₆～U₉，多个光电耦合器U₆～U₉的输出端分别控制Marx发生电路131中的一个固态开关Q₅～Q₈。

当光耦隔离器U₅接收到核心控制单元X高电平信号时，其输出端导通。然后通过限流电阻R₂₄向光耦隔离器U₆、U₇、U₈、U₉施加电压，使其输出端导通，输出12V直流电压。

(2)Marx发生电路

图5为Marx发生电路131实施例的电路图，本实施例中，n＝4，n为Marx 发生器的级数，具体可根据实际需要灵活取值。Marx发生电路131中的固态开关(Q₅～Q₈)可以均为NPN晶体管。Marx发生电路131是在以往的Marx 发生器基础上改进而来，去掉了升压电感，因此电路本身就失去通过控制固态开关开断升压的功能。正因为如此，采用程控充电电路12就为并联储能电容充电，实现了输出脉冲宽度可调的功能。

在驱动电路132没有接收到核心控制单元11的X信号之前，Marx发生电路131的固态开关处于关断状态，此时程控充电单元12通过二极管D₁₂～D₁₉向4组并联储能电容充电。当核心控制单元11检测到储能电容充电完毕后，发送控制信号使固态开关导通，4组储能电容串联向负载放电。

综上，本实用新型实施例的技术方案实现了在满足脉冲电压输出幅值要求的前提下，做到了脉冲宽度的可调，并且输出脉冲幅值连续可调。该脉冲电压发生装置使用简便，通过上位机串口直接输入脉冲电压幅值和脉冲宽度即可。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，包括核心控制单元、程控充电单元和Marx脉冲电压发生单元，其中：

所述核心控制单元包括单片机；

所述Marx脉冲电压发生单元包括Marx发生电路和驱动电路，所述Marx发生电路不采用升压电感；

2.根据权利要求1所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述电源整流电路包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端和第二输出端之间串联有第一滤波电容(C₁₃)和第二滤波电容(C₁₄)，还串联有第一均压电阻(R₁)和第二均压电阻(R₂)，所述第一滤波电容(C₁₃)和第一均压电阻(R₁)并联连接，所述第二滤波电容(C₁₄)和第二均压电阻(R₂)并联连接。

3.根据权利要求2所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述电源整流电路经过X安规电容(CX₁、CX₃)、Y安规电容(CY₁、CY₂)、共模电感(L₂)共同滤波，再通过整流桥(D₂)进行整流，最后经过所述第一滤波电容(C₁₃)、第二滤波电容(C₁₄)、第一均压电阻(R₁)和第二均压电阻(R₂)得到稳定直流电。

4.根据权利要求2所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述高频变压器电路包括第一变压器(L₅)、第二变压器(L₃)、第一NPN晶体管(Q₁)、第二NPN晶体管(Q₂)、第三NPN晶体管(Q₃)和第四NPN晶体管(Q₄)；

所述脉冲宽度调制芯片包括第一脉冲信号输出端和第二脉冲信号输出端，所述第一脉冲信号输出端连接所述第四NPN晶体管(Q₄)的基极，所述第二脉冲信号输出端连接所述第三NPN晶体管(Q₃)的基极；

直流电源经保护电阻(R₁₂)后分为三路，一路连接所述第四NPN晶体管(Q₄)的基极，所述第四NPN晶体管(Q₄)的发射极接地；另一路连接所述第一变压器(L₅)的初级绕组的中间引线，所述第一变压器(L₅)的初级绕组的两端引线分别连接所述第三NPN晶体管(Q₃)的集电极和第四NPN晶体管(Q₄)的集电极；最后一路连接所述第三NPN晶体管(Q₃)的基极，所述第三NPN晶体管(Q₃)的发射极接地；

所述电源整流电路的第一输出端连接所述第一NPN晶体管(Q₁)的集电极，所述第一NPN晶体管(Q₁)的发射极连接所述第二NPN晶体管(Q₂)的集电极，所述第二NPN晶体管(Q₂)的发射极连接所述电源整流电路的第二输出端；

所述第一变压器(L₅)的次级绕组包括第一次级绕组和第二次级绕组，所述第一次级绕组的一端引线经二极管(D₄)和保护电阻(R₆)后连接所述第二NPN晶体管(Q₂)的基极，另一端引线连接所述第二NPN晶体管(Q₂)的发射极；所述第二次级绕组具有三端引线，其中一端引线经所述第二变压器(L₃)的初级绕组连接至所述第一滤波电容(C₁₃)和第二滤波电容(C₁₄)之间，另一端引线经二极管(D₃)和保护电阻(R₃)后连接所述第一NPN晶体管(Q₁)的基极，中间引线连接所述第一NPN晶体管(Q₁)的发射极；

所述电压输出电路用于对所述第二变压器(L₃)的次级绕组的输出进行整流和滤波后提供给所述Marx发生电路。

5.根据权利要求4所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述第一脉冲信号输出端输出的第一脉冲信号和所述第二脉冲信号输出端输出的第二脉冲信号为一对互补脉冲信号；

和/或，所述第二变压器(L₃)的初级绕组两端并联有电阻(R₉)和电容(C₁₈)。

6.根据权利要求4所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制芯片包括从所述电压输出电路的两输出端之间采集输出电压的输出电压采集端和从所述单片机获取基准电压的基准电压接收端，所述脉冲宽度调制芯片将得到的输出电压与基准电压进行比较，来调整输出脉冲信号的占空比。

7.根据权利要求6所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述电源管理电路还包括数模转换芯片，所述数模转换芯片的输入端连接至所述单片机，输出端连接至所述脉冲宽度调制芯片以向所述脉冲宽度调制芯片提供基准电压。

8.根据权利要求7所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述电压输出电路中，所述第二变压器(L₃)的次级绕组依次经过整流桥(D₇)、储能电感(L₄)、滤波电容(C₁₉～C₂₂)后输出提供给所述Marx发生电路；

和/或，所述电压输出电路的两输出端之间串联有两个分压电阻(R₁₀、R₁₁)，该两个分压电阻之间的连接点连接至所述脉冲宽度调制芯片的输出电压采集端。

9.根据权利要求1所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述驱动电路包括控制开关(U₅)，所述控制开关(U₅)的控制端连接所述单片机的控制信号输出端，所述控制开关(U₅)连接有串联的多个光电耦合器(U₆～U₉)，所述多个光电耦合器(U₆～U₉)的输出端分别控制所述Marx发生电路中的一个固态开关(Q₅～Q₈)。

10.根据权利要求9所述的基于Marx发生原理的程控脉冲电压发生装置，其特征在于，所述控制开关(U₅)为光电耦合器；

和/或，所述Marx发生电路中的固态开关(Q₅～Q₈)均为NPN晶体管。