CN218920397U - 高压脉冲发生器装置及1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置 - Google Patents

高压脉冲发生器装置及1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置 Download PDF

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胡远首
何鹏
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Abstract

本实用新型公开了一种高压脉冲发生器装置及1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，包括高压脉冲成形电路，高压脉冲成形电路包括至少两级结构相同并依次连接的Marx升压电路；Marx升压电路设置有截尾回路；高压脉冲成形电路连接有相应的高隔离光触发驱动电路；还包括主控和触发电路，主控和触发电路设置有微控制器，微控制器连接有光触发输出模块，微控制器输出PWM信号给相应的光触发输出模块，光触发输出模块输出光触发信号给相应的高隔离光触发驱动电路；高压脉冲成形电路的信号输出端连接有内部测量单元。本实用新型用于产生标准高准确度的矩形波高压脉冲，可用于高压探头的校准比对，或者用于其他脉冲幅度准确度要求较高的场合。

Description

高压脉冲发生器装置及1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置
技术领域
本实用新型涉及电子设备技术领域，特别是涉及一种高压脉冲发生器装置及1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置。
背景技术
高压脉冲发生器一般指可输出脉冲幅度1kV以上的一类特殊的脉冲信号发生器，一般用于脉冲功率、电磁兼容试验、半导体测试等领域，如典型的脉冲功率科学研究领域包含了大量的高电压、大电流、高功率短脉冲的产生及测量。高压脉冲幅度校准装置作为一种特定的高压脉冲发生器，可产生高准确度脉冲幅度量值的高压脉冲，可用于高压探头的校准或者其他对脉冲幅度准确度要求较高的场合。
高压脉冲信号包括脉冲幅度、上升时间、下降时间、脉冲宽度等多个波形特征参数，除脉冲幅度外其他参数的测量及校准方法较为明确。脉冲幅度作为高压脉冲信号最重要的波形特征，直接表征了脉冲功率中瞬态信号的量值准确性和一致性，其准确测量及量值溯源仍具有一定难度，也一直是脉冲参数计量、高压计量的重要研究内容。目前高压脉冲的测量一般采用高压探头、示波器组合测量的方法实现仪器的计量校准，但高压探头的测量误差限一般约为±3％。高压脉冲的产生一般由高压脉冲发生器等源设备产生，如典型的雷电冲击发生器一般可产生最高300kV，误差限±1％的标准雷电波(1.2μs/50μs)。
计量校准中一般采用高一级(量传比4:1)源校准测量系统，或用高一级测量系统校准源。目前高压探头的校准一般仅给出了高压直流/工频下的增益准确度，低压下的频率相应及阶跃信号时域响应，未直接进行高压脉冲下的测试及校准。目前国内外除标准的冲击高压校准源外，仍缺乏该类可有效输出矩形波、双指数波等的标准波形脉冲的高压脉冲源，虽然国内外进行了很多高压脉冲源的设计及研究，但一般均关注其功率输出或后级物理效应。
高压脉冲校准源为一种特殊的高压脉冲信号发生器，根据不同的波形特征，不同的上升时间、脉冲幅度、脉冲宽度范围可采用多种不同的技术方式。针对脉冲幅度1kV～20kV，上升时间＜100ns，脉宽1us～100us的高压脉冲，目前相关专利及公开资料中，一般采用Marx结构、高压开关模块或变压器等方式产生。
目前传统技术中要么波形标准、准确度高但脉冲幅度较低(一般不超过3kV)，要么脉冲幅度可达到20kV及以上，但输出波形不标准，输出重复性差。
因此，现有技术的缺陷是，缺少一种高压脉冲发生器装置，用于产生标准高准确度的矩形波高压脉冲。
实用新型内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型的目的是提供一种高压脉冲发生器装置，用于产生标准高准确度的矩形波高压脉冲，可用于高压探头的校准比对，或者用于其他脉冲幅度准确度要求较高的场合。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高压脉冲发生器装置，其关键在于，包括高压脉冲成形电路，高压脉冲成形电路包括至少两级结构相同并依次连接的Marx升压电路；第一级Marx升压电路包括电阻R1、电容C1、场效应管MOSFET1，场效应管MOSFET1内部含体二极管，电阻R1的一端作为第一级Marx升压电路的正输入端连结高压直流电源的DC-IN端，高压直流电源的GND端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端作为第一级Marx升压电路的负输入端接地，电阻R1的另一端还连接场效应管MOSFET1的D极，场效应管MOSFET1的S极经截尾回路接地，截尾回路包括电阻R7和场效应管MOSFET7；场效应管MOSFET7内部含体二极管，电阻R7的一端连接场效应管MOSFET1的S极，电阻R7的另一端连接场效应管MOSFET7的D极，场效应管MOSFET7的S极接地，场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极分别连接有相应的高隔离光触发驱动电路；
电阻R1的另一端作为第一级Marx升压电路的正输出端连接第二级Marx结构升压电路的正输入端，电阻R7的一端作为第一级Marx升压电路的负输出端连接第二级Marx升压电路的负输入端，以此类推；
最后一级Marx升压电路作为末级，其负输出端作为高压脉冲成形电路的信号输出端。
其中，电阻R1是充电限流电阻，电阻R7是放电限流电阻。
体二极管也就是续流二极管。
对于只有两级的Marx升压电路来说，第二级Marx升压电路作为末级，其正输出端由于不需要连接下一级的Marx升压电路，因此，不需要将其电压信号引出。以此类推，如果有6级Marx升压电路，第6级Marx升压电路作为末级，其负输出端作为高压脉冲成形电路的信号输出端，其正输出端由于不需要连接下一级的Marx升压电路，不需要引出。
通过高隔离光触发驱动电路给Marx升压电路中的场效应管发送通断控制信号，首先控制高压直流电源给各级Marx升压电路中的电容充电，然后控制相应的场效应管保持相应的脉冲宽度时间实现高压脉冲输出，最后再通过高隔离光触发驱动电路向Marx升压电路中相应的场效应管发送放电控制信号，各级Marx升压电路中的电容经截尾回路放电，高压脉冲输出完毕。
所述高压直流电源为100V～4kV可调输入直流电源。
通过100V～4kV可调输入直流电源可以调节输出高压脉冲信号的脉冲幅度。
所述高压脉冲成形电路的信号输出端经负载电阻R13接地。这里的负载电阻R13起到输出高压脉冲信号负载的作用。
场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极连接的高隔离光触发驱动电路的电路结构相同，所述高隔离光触发驱动电路包括驱动电源模块、光信号接收器FC1以及MOSFET驱动芯片U3，驱动电源模块包括高隔离度DC/DC模块，高隔离度DC/DC模块的两个输入端连接24V直流电源；高隔离度DC/DC模块的两个输出端连接电源转换模块U1的两个输入端，电源转换模块U1的-V0端连接MOSFET驱动芯片U3的GND端，电源转换模块U1的+V0端连接MOSFET驱动芯片U3的VCC端，光信号接收器FC1的接收二极管用于获取光触发信号，光信号接收器FC1的输出端连接MOSFET驱动芯片U3的IN端，光信号接收器FC1的输出端还经电阻R2连接其VCC端；MOSFET驱动芯片U3的OUT端连接场效应管MOSFET1的G极，电源转换模块U1的0V端连接场效应管MOSFET1的S极。
其中，高隔离度DC/DC模块获取24V直流电源的信号并隔离输出24V直流电压，电源转换模块U1获取24V直流电压通过-V0端输出-4V直流电压给MOSFET驱动芯片U3的GND端，通过+V0端输出20V直流电压给MOSFET驱动芯片U3的VCC端，给MOSFET驱动芯片U3提供-4V和20V直流电压，MOSFET驱动芯片U3通过-4V和20V直流电压控制相应的场效应管关断和导通。
当光信号接收器FC1有光触发信号输入时，光信号接收器FC1给MOSFET驱动芯片U3的IN端高电平信号，MOSFET驱动芯片U3的OUT端输出20V电压，场效应管MOSFET1导通；当光信号接收器FC1的接收二极管无触发光信号时，光信号接收器FC1给MOSFET驱动芯片U3的IN端低电平信号，MOSFET驱动芯片U3的OUT端输出-4V电压，场效应管MOSFET1关断。场效应管MOSFET1的接通时间和频率由光输入信号的脉冲宽度和周期决定。
所述高隔离度DC/DC模块包括高隔离度DC/DC芯片P2，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端经电感L1连接24V直流电源的电源端，高隔离度DC/DC芯片P2的GND端连接24V直流电源的GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端还经电容C14连接其GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的两个输出端之间还连接有滤波电容C3；电源转换模块U1的-V0端经电容C2连接其0V端，电源转换模块U1的+V0端经电容C4连接其0V端。
电容C14对24V直流电源起滤波作用，滤波电容C3对高隔离度DC/DC芯片P2的输出电压起滤波作用，电容C2和电容C4分别对电源转换模块U1输出的-4V直流电压和20V直流电压起滤波作用。
一种包含所述高压脉冲发生器装置的1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，其关键在于：还包括主控和触发电路，主控和触发电路设置有微控制器，微控制器连接有光触发输出模块，微控制器输出PWM电信号给光触发输出模块，光触发输出模块输出光触发信号给高隔离光触发驱动电路；高压脉冲成形电路的信号输出端连接有内部测量单元，内部测量单元包括高压探头，高压探头的一端连接高压脉冲成形电路的信号输出端，其另一端连接数据采集卡。
光触发输出模块输出光触发信号给光信号接收器FC1。
高压探头采集高压脉冲成形电路输出的高压脉冲信号发送给数据采集卡，经数据采集卡传递给示波器显示。
微控制器的型号为GD32F407，光触发输出模块的型号为HFBR1414TZ。
显著效果:本实用新型提供了一种高压脉冲发生器装置，用于产生标准高准确度的矩形波高压脉冲，可用于高压探头的校准比对，或者用于其他脉冲幅度准确度要求较高的场合。
附图说明
图1为本实用新型的模块结构图；
图2为多级Marx升压电路的电路图；
图3为多级Marx升压电路充电阶段的状态图；
图4为多级Marx升压电路脉冲成型阶段的状态图；
图5为多级Marx升压电路放电阶段的状态图；
图6为高隔离光触发驱动电路的电路图；
图7为典型1kV～20kV(1us脉宽)的高压脉冲输出波形图；
图8为典型1us～100us(10kV)的高压脉冲输出波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
如图1-图8所示，一种高压脉冲发生器装置，包括高压脉冲成形电路，高压脉冲成形电路包括至少两级结构相同并依次连接的Marx升压电路；第一级Marx升压电路包括电阻R1、电容C1、场效应管MOSFET1，场效应管MOSFET1内部含体二极管，电阻R1的一端作为第一级Marx升压电路的正输入端连结高压直流电源的DC-IN端，高压直流电源的GND端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端作为第一级Marx升压电路的负输入端接地，电阻R1的另一端还连接场效应管MOSFET1的D极，场效应管MOSFET1的S极经截尾回路接地，截尾回路包括电阻R7和场效应管MOSFET7；场效应管MOSFET7内部含体二极管，电阻R7的一端连接场效应管MOSFET1的S极，电阻R7的另一端连接场效应管MOSFET7的D极，场效应管MOSFET7的S极接地，场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极分别连接有相应的高隔离光触发驱动电路；
电阻R1的另一端作为第一级Marx升压电路的正输出端连接第二级Marx结构升压电路的正输入端，电阻R7的一端作为第一级Marx升压电路的负输出端连接第二级Marx升压电路的负输入端，以此类推；
最后一级Marx升压电路作为末级，其负输出端作为高压脉冲成形电路的信号输出端。
其中，电阻R1是充电限流电阻，电阻R7是放电限流电阻。
对于只有两级的Marx升压电路来说，第二级Marx升压电路作为末级，其正输出端由于不需要连接下一级的Marx升压电路，因此，不需要将其电压信号引出。以此类推，如果有6级Marx升压电路，第6级Marx升压电路作为末级，其负输出端作为高压脉冲成形电路的信号输出端，其正输出端由于不需要引出。
通过高隔离光触发驱动电路给Marx升压电路中的场效应管发送充电控制信号，控制高压直流电源给各级Marx升压电路中的电容充电，保持相应的脉冲宽度时间，再通过高隔离光触发驱动电路给Marx升压电路中相应的场效应管发送放电控制信号，各级Marx升压电路的电容经截尾回路放电。
所述高压直流电源为100V～4kV可调输入直流电源。
通过100V～4kV可调输入直流电源可以调节输出高压脉冲信号的脉冲幅度。
所述高压脉冲成形电路的信号输出端经负载电阻R13接地。这里的负载电阻R13起到输出高压脉冲信号的负载的作用。
场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极连接的高隔离光触发驱动电路的电路结构相同，所述高隔离光触发驱动电路包括驱动电源模块、光信号接收器FC1以及MOSFET驱动芯片U3，驱动电源模块包括高隔离度DC/DC模块，高隔离度DC/DC模块的两个输入端连接24V直流电源；高隔离度DC/DC模块的两个输出端连接电源转换模块U1的两个输入端，电源转换模块U1的-V0端连接MOSFET驱动芯片U3的GND端，电源转换模块U1的+V0端连接MOSFET驱动芯片U3的VCC端，光信号接收器FC1的接收二极管用于获取光触发信号，光信号接收器FC1的输出端连接MOSFET驱动芯片U3的IN端，光信号接收器FC1的输出端还经电阻R2连接其VCC端；MOSFET驱动芯片U3的OUT端连接场效应管MOSFET1的G极。
其中，高隔离度DC/DC模块获取24V直流电源的信号并隔离输出24V直流电压，电源转换模块U1获取24V直流电压通过-V0端输出-4V直流电压给MOSFET驱动芯片U3的GND端，通过+V0端输出20V直流电压给MOSFET驱动芯片U3的VCC端，给MOSFET驱动芯片U3提供-4V和20V直流电压，MOSFET驱动芯片U3通过-4V和20V直流电压控制相应的场效应管关断和导通。
当接收二极管有光触发信号输入时，光信号接收器FC1给MOSFET驱动芯片U3的IN端高电平信号，MOSFET驱动芯片U3的OUT端输出20V电压，场效应管MOSFET1导通；当接收二极管无触发光信号时，光信号接收器FC1给MOSFET驱动芯片U3的IN端低电平信号，MOSFET驱动芯片U3的OUT端输出-4V电压，场效应管MOSFET1关断。场效应管MOSFET1的接通时间和频率由光输入信号的脉冲宽度和周期决定。
所述高隔离度DC/DC模块包括高隔离度DC/DC芯片P2，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端经电感L1连接24V直流电源的电源端，高隔离度DC/DC芯片P2的GND端连接24V直流电源的GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端还经电容C14连接其GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的两个输出端之间还连接有滤波电容C3；电源转换模块U1的-V0端经电容C2连接其0V端，电源转换模块U1的+V0端经电容C4连接其0V端，电源转换模块U1的0V端连接场效应管MOSFET1的S极。
电容C14对24V直流电源起滤波作用，滤波电容C3对高隔离度DC/DC芯片P2的输出电压起滤波作用，电容C1和电容C4分别对电源转换模块U1输出的-4V直流电压和20V直流电压起滤波作用。
如图1所示，一种包含所述高压脉冲成形装置的1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，还包括主控和触发电路，主控和触发电路设置有微控制器，微控制器连接有光触发输出模块，微控制器输出PWM信号给光触发输出模块，光触发输出模块输出光触发信号给高隔离光触发驱动电路；高压脉冲成形电路的信号输出端连接有内部测量单元，内部测量单元包括高压探头，高压探头的一端连接高压脉冲成形电路的信号输出端，其另一端连接数据采集卡。
由于，场效应管MOSFET1和场效应管MOSFET7的导通和关闭时间不一样，微控制器连接有两路光触发输出模块，其中，光触发输出模块A输出光触发信号给高隔离光触发驱动电路A，用于控制场效应管MOSFET1，光触发输出模块B输出光触发信号给高隔离光触发驱动电路B，用于控制场效应管MOSFET7。每一级的场效应管也可以连接单独的高隔离光触发驱动电路。
高压探头采集高压脉冲成形电路输出的高压脉冲信号发送给数据采集卡，经数据采集卡传递给示波器显示。
微控制器的型号为GD32F407，光触发输出模块的型号为HFBR1414TZ。
传统技术中一般采用Marx结构、高压开关模块或变压器等方式，一般用于制作特定用途的高压脉冲发生器，往往不关注波形的标准性和重复性。用于计量校准用途的标准脉冲幅度校准装置，除了需要关注常规输出电气参数(脉冲电压、脉冲宽度、上升时间、下降时间)以外，还需重点关注其脉冲幅度的准确度、顶降、重复性和稳定性。常见脉冲功率领域更关注特定阻抗下的信号输出及功率密度，而计量校准关注标准测量条件下的高压脉冲波形特征。因此与常见的高功率输出Marx结构不同，本专利核心Marx结构中拓扑模式、参数设计均有所不同，从而能达到输出标准高压脉冲波形。
如图1-图8所示，一种1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，包括MOSFET管高隔离光触发驱动电路：
如图6所示，MOSFET为整个装置的核心器件，首先进行MOSFET的驱动设计，图6为典型的Marx单层电路板原理图，其中包括2个MOSFET的驱动电路，因MOSFET工作过程中Source端电位会发生变化，原理图采用标准N沟道MOSFET画法，SOURCE未标出，因此需对触发信号和驱动电路供电进行隔离设计，首先高隔离度度DC/DC模块P2对供电24V进行隔离，输出24V直流供电，触发信号为820nm光信号，经光信号接收器FC1转换为电信号。MOSFET驱动信号为20V导通，-4V关断，U1电源模块为24V输入20V/-4V输出，专用MOSFET驱动芯片U3连接至MOSFET。当光信号输入时，MOSFET驱动芯片U3输出20V电压，MOSFET1打开；当无光信号时，MOSFET驱动芯片U3输出-4V电压，MOSFET1关断。MOSFET的接通时间和频率由光输入信号的脉冲宽度和周期决定。
同步触发与高压隔离也直接影响了装置正常工作及高压脉冲波形特征，一般的光耦隔离、磁隔离一般不超过6kV，本装置设计采用光信号进行隔离。驱动电路将电脉冲信号转换为光信号，Marx发生器的每级采用光信号接收器FC1将光信号转变为触发电信号。触发电路经测试初始电触发脉冲至MOSFET上升沿延时约120ns，多路测试延时差不超过5ns，不影响Marx结构的多级同步性，因此Marx中各级的光信号均可由同一路电信号触发。光隔离可有效保证装置的同步性和触发信号完整型，但采用光信号隔离需进行单独的隔离供电，选用RECOM的20kV高隔离度DC/DC模块供电，有效对Marx各级进行了电气隔离。
高压脉冲成型电路如图2所示。
本实用新型设计装置中关键的多级固态Marx结构如图2所示，设计为6级Marx结构，粗线表示为独立高压线缆，通过高压线缆实现各单模块、高压直流电源、放电负载的连接，高压脉冲为正向脉冲，最终在负载电阻R13两端成型，其中负端为GND。高压探头或高阻负载连接于PULSE-OUTPUT、GND间即可实现装置的高压脉冲输出。
装置设计中根据高压电容、MOSFET安全工作范围要求，高压电源DC-IN端输入设计为100V～4kV可调输入，电阻R1～R6为电容充电限流电阻，MOSFET1～MOSFET6为脉冲成型主开关，MOSFET7～MOSFET12为截尾开关实现下降沿时间降低，R7～R12为截尾放电的限流电阻。装置的主要工作过程如下：
a)充电阶段
如图3所示，MOSFET1～MOSFET6通过驱动电路保持断开状态，MOSFET7～MOSFET12通过驱动电路保持接通状态，通过高压直流电源对电容C1-C6进行充电，其中电阻R1～R6为充电限流电阻，装置充电时间由器件各参数计算可知。充电完成后，高压直流电源不再有电流输入，所有单模块均处于相同状态，其中单模块高电压为电源电压，单模块低端为地。电容C1-C6均为充满电的状态。
b)脉冲成型阶段
如图4所示，首先将MOSFET7～MOSFET12断开，延时大于1us后，MOSFET1～MOSFET6通过驱动电路实现固定时间的导通，电容C1-C6通过MOSFET1～MOSFET6实现了串联，实现固定脉冲宽度的高压脉冲输出，整个过程中MOSFET7～MOSFET12仍处于断开状态。高压脉冲成型为典型的Marx串联放电，如第二级的高压端因开关导通升压至充电电压的2倍，依次类推，第N级的高压端升压至充电电压的N倍，最后电压通过整体负载实现放电回路，实现各级脉冲电压的叠加。
c)截尾回路放电阶段
如图5所示，MOSFET1～MOSFET6断开，断开约100ns后MOSFET7～MOSFET12导通约1μs的时间，高压脉冲成型结束，电压降低至初始状态。各级MOSFET的残余电容通过低阻抗回路实现快速放电，大大缩短下降沿时间。高压脉冲完成一个波形的输出，所有固态开关恢复到断开状态，此时装置再次进入充电状态，等待下一次触发。
传统的Marx结构中R7～R12一般为高压电阻或者高压二极管，多级回路造成大量的杂散电容和电感的存在，同时还包括了固态开关的残余电容，当高压脉冲输出完毕后电容与脉冲成型负载共同构成了RC放电回路，脉冲下降沿约为30μs～100μs，使得输出脉冲偏离矩形波。本装置增加截尾设计，高压脉冲关断时打开截尾回路，各固态开关的残余电容通过R7～R12快速释放到地端，R7～R12为对应的电流限制电阻，可将下降沿有效减小至300ns～800ns，满足了系统的设计需求。系统截尾设计在原基础上增加了一倍的MOSFET器件及相应的触发驱动设计，截尾回路开关在主开关接通时需处于关断状态。
装置集成：
校准装置在Marx结构上进行整体装置的设计实现如图1所示，主控和触发电路选择GD32F407微控制器实现2路PWM电信号的输出，通过定时器比较模式实现2路脉冲信号的频率、脉宽及时间间隔可调，时间间隔调节分辨力为10ns。每路电信号输出选用AVAGO的HFBR1414TZ将电信号转换为6路820nm光信号，Marx中通过AVAGO的HFBR2412TZ接收光信号，将光信号转换为电信号控制MOSFET驱动器。高压模块电源选择100V～4kV可调电压输出，通过高压模块电源的电压调节控制装置的高压脉冲幅度。
高压脉冲幅度校准装置的核心为脉冲幅度的准确度，为了提高其准确度，本装置中高压脉冲成形电路设计为激励源，通过内部测试单元实现脉冲的测量作为装置输出的标准量值。内部测试单元采用高压探头与数据采集卡直接测量，对比20kV内主流的各高压探头，选取标称准确度最高的北极星PVM-1探头，数据采集卡可选择100MHz带宽内12位采集卡。装置测量值不确定度来源主要包含了高压探头测量不准、数据采集卡测量不准以及测量结果的重复性。北极星PVM-1高压探头的脉冲幅度测量误差限为±1.5％，数据采集卡选取典型的NI5164，其脉冲幅度测量误差限为±0.65％，测量重复性实测约为0.3％。取典型10次重复测量值平均值为装置标准量值，根据不确定度评定方法可得到测量值的不确定度为2％。
本专利技术的保护点：
1、MOSFET隔离驱动设计：包括供电隔离和触发信号隔离，供电隔离采用电转光，光再转电的方式；供电隔离采用高隔离度的DC/DC模块实现。
2、Marx电路的回路设计：高压电源DC-IN端输入设计为100V～4kV可调输入，R1～R6为电容充电限流电阻，负载电阻R13的参数设计。
3、Marx电路的截尾回路设计：MOSFET7～MOSFET12为截尾开关实现下降沿时间降低，R7～R12为截尾放电的限流电阻。
4、装置实物的整体设计：本装置为实物装置，多个部分组成。其中Marx为高压成型核心电路，主控电路实现触发信号的产生与电光转换，高压探头和数据采集卡实现输出波形幅度的测量作为装置的示值。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种高压脉冲发生器装置，其特征在于，包括高压脉冲成形电路，高压脉冲成形电路包括至少两级结构相同并依次连接的Marx升压电路；第一级Marx升压电路包括电阻R1、电容C1、场效应管MOSFET1，场效应管MOSFET1内部含体二极管，电阻R1的一端作为第一级Marx升压电路的正输入端连结高压直流电源的DC-IN端，高压直流电源的GND端接地，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端作为第一级Marx升压电路的负输入端接地，电阻R1的另一端还连接场效应管MOSFET1的D极，场效应管MOSFET1的S极经截尾回路接地，截尾回路包括电阻R7和场效应管MOSFET7；场效应管MOSFET7内部含体二极管，电阻R7的一端连接场效应管MOSFET1的S极，电阻R7的另一端连接场效应管MOSFET7的D极，场效应管MOSFET7的S极接地，场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极分别连接有相应的高隔离光触发驱动电路；
电阻R1的另一端作为第一级Marx升压电路的正输出端连接第二级Marx结构升压电路的正输入端，电阻R7的一端作为第一级Marx升压电路的负输出端连接第二级Marx升压电路的负输入端，以此类推；
最后一级Marx升压电路的负输出端作为高压脉冲成形电路的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲发生器装置，其特征在于：所述高压直流电源为100V～4kV可调输入直流电源。
3.根据权利要求1所述的高压脉冲发生器装置，其特征在于：所述高压脉冲成形电路的信号输出端经负载电阻R13接地。
4.根据权利要求1所述的高压脉冲发生器装置，其特征在于：场效应管MOSFET1的G极和场效应管MOSFET7的G极连接的高隔离光触发驱动电路的电路结构相同，所述高隔离光触发驱动电路包括驱动电源模块、光信号接收器FC1以及MOSFET驱动芯片U3，驱动电源模块包括高隔离度DC/DC模块，高隔离度DC/DC模块的两个输入端连接24V直流电源；高隔离度DC/DC模块的两个输出端连接电源转换模块U1的两个输入端，电源转换模块U1的-V0端连接MOSFET驱动芯片U3的GND端，电源转换模块U1的+V0端连接MOSFET驱动芯片U3的VCC端，光信号接收器FC1的接收二极管用于获取光触发信号，光信号接收器FC1的输出端连接MOSFET驱动芯片U3的IN端，光信号接收器FC1的输出端还经电阻R2连接其VCC端；MOSFET驱动芯片U3的OUT端连接场效应管MOSFET1的G极，电源转换模块U1的0V端连接场效应管MOSFET1的S极。
5.根据权利要求4所述的高压脉冲发生器装置，其特征在于：所述高隔离度DC/DC模块包括高隔离度DC/DC芯片P2，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端经电感L1连接24V直流电源的电源端，高隔离度DC/DC芯片P2的GND端连接24V直流电源的GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的VIN端还经电容C14连接其GND端，高隔离度DC/DC芯片P2的两个输出端之间还连接有滤波电容C3；电源转换模块U1的-V0端经电容C2连接其0V端，电源转换模块U1的+V0端经电容C4连接其0V端。
6.一种包含如权利要求1所述高压脉冲发生器装置的1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，其特征在于：还包括主控和触发电路，主控和触发电路设置有微控制器，微控制器连接有光触发输出模块，微控制器输出PWM电信号给光触发输出模块，光触发输出模块输出光触发信号给高隔离光触发驱动电路；高压脉冲成形电路的信号输出端连接有内部测量单元，内部测量单元包括高压探头，高压探头的一端连接高压脉冲成形电路的信号输出端，其另一端连接数据采集卡。
7.根据权利要求6所述1kV～20kV高压脉冲幅度校准装置，其特征在于：微控制器的型号为GD32F407，光触发输出模块的型号为HFBR1414TZ。
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