[发明专利]一种全固态方波脉冲发生器

说明书

本发明涉及一种方波脉冲发生器，具体涉及一种基于分数比可饱和脉冲变压器和Marx发生器的全固态方波脉冲发生器，属于脉冲功率领域。所述脉冲发生器由充电模块、脉冲升压模块、脉冲形成模块、负载模块组成；本发明不仅可以降低脉冲变压器原边工作电压和副边饱和电感，实现脉冲变压器和磁开关的紧凑集成；而且使用磁开关取代传统Marx发生器中的气体开关，使得整个系统的寿命和重复频率大大提升；利用高压硅堆取代传统Marx发生器中的隔离电感，有效消除了预脉冲问题；同时通过反谐振网络能够输出质量较高，平顶度好的准方波脉冲，做到系统的完全固态化、小型化，体积小，重量轻，便于运输和实用，且避免了高压脉冲发生器的多开关串联结构，可提高使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种方波脉冲发生器，具体涉及一种基于分数比可饱和脉冲变压器(fractional-turn ratio saturable pulse transformer,FRSPT)和Marx发生器的全固态方波脉冲发生器，属于脉冲功率领域。

背景技术

脉冲功率技术是一种把“慢”存储起来的具有较高密度的电场或磁场能量进行快速压缩、转换或直接释放给负载的电物理技术，受当前及未来发展需求的牵引，脉冲功率技术的发展方向包括高功率、高效率、高重复频率、固态化、集成紧凑化等。其中，高功率、高重复频率、长寿命的开关技术是实现脉冲功率装置高重复频率、长寿命的关键。按脉冲功率装置的储能形式分类，可以将开关分为两类：闭合开关和断开开关；按照使用的绝缘材料分类，又可以分为气体开关、液体开关和固态开关等等。目前脉冲功率装置中常用的开关主要有气体火花间隙开关、半导体开关(包括晶闸管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)等)以及磁开关。综合来看，气体开关、真空开关电极易烧蚀，且寿命较短(10⁵次)、抖动大、绝缘恢复较慢，重复频率工作时，需要引入外部吹气系统以辅助开关恢复绝缘能力；对于大功率半导体开关而言，受目前技术水平和制作工艺的限制，单管大功率开关很难直接应用到几十kV/几十kA的高电压/大电流场合，通常需要几十甚至几百只开关管串、并联配合使用，这不仅提高了脉冲功率装置的造价，也对开关的同步控制提出了挑战。相较而言，磁开关具有高重复频率、长寿命、通流能力强等优势，特别适合几十kV/几十kA以上的高电压/大电流领域，符合未来脉冲功率技术发展的方向。