[发明专利]一种快Marx发生器型感应电压叠加器

说明书

本发明提供一种快Marx发生器型感应电压叠加器，解决现有中储型和形成线型感应电压叠加器存在兆伏级触发开关多、触发系统复杂、运行维护难度大等方面的问题。该快Marx发生器型感应电压叠加器包括依次连接的快Marx发生器、混波网络和脉冲压缩成形线；多台快Marx发生器的输出端电连接至混波网络，混波网络将多台快Marx发生器的输出电脉冲混合后再并联输出至一条或多条脉冲压缩成形线，使得快Marx发生器通过混波网络直接对形成线充电；快Marx发生器、混波网络用于控制感应腔馈入电压脉冲的时间顺序，形成线、形成开关和峰化开关用于控制脉冲成形。该感应电压叠加器兼具现有感应电压叠加器在时序控制精度高、波形质量好、功率耦合效率高、结构简单紧凑等方面的优点。

技术领域

本发明涉及一种感应电压叠加器(Induction voltage adder,IVA)，具体涉及一种快Marx发生器型感应电压叠加器，应用于感应电压叠加原理的脉冲功率装置中，特别是IVA型高能脉冲X射线装置的研制中。

背景技术

感应电压叠加器是一种典型的高电压、大电流产生技术，其基本工作原理为原边多匝串联、复边单匝输出的脉冲变压器。前级驱动源所产生的电压脉冲(又称馈入电压)按特定时间顺序馈入至感应腔，再通过感应腔耦合至次级，并在次级上近似线性叠加，进而实现高电压、大电流的输出。

目前，国际上已建设完成一批具有代表性的IVA型脉冲功率装置，如 Hermes-III、Sygnus、RITS-3、Mercury、剑光一号等，并正在研制的数台同类型装置，如HRF、RITS-12等。对于IVA型脉冲功率装置而言，其核心技术难点在于馈入感应腔电压脉冲的时序控制和脉冲成形两个方面，据此，至今主要提出两种类型感应电压叠加器，分别为中储型和形成线型：

第一、中储型感应电压叠加器，以Hermes-III装置为典型代表，详见《Performanceof the Hermes-III Gamma Ray Simulator》(7th IEEE International Pulsed PowerConference,Monterey,California,1989,pp.26-31.)。中储型感应电压叠加器的时序控制和脉冲成形分别由两组单元部件完成，基本原理如图1所示。时序控制由激光触发主开关实现，脉冲成形由形成线、形成开关和峰化开关实现，整体采用三级脉冲压缩成形，其优点在于时序控制精度高、波形质量好、技术相对成熟；但也存在众多不足，主要有：①脉冲压缩环节多，总体功率耦合效率偏低；②大通流兆伏级主开关寿命较低，运行维护困难；③触发系统采用激光触发方式，系统复杂；④装置体积庞大、造价偏高。

第二、形成线型感应电压叠加器，以URSA装置为典型代表，《Induction VoltageAdder Architectures and Electrical Characteristics》(14th IEEE InternationalPulsed Power Conference,Dallas,Texas,2003,pp.371-378.)。形成线型感应电压叠加器的时序控制和脉冲成形功能集中于形成开关单一组件中，整体采用两级脉冲压缩成形，如图2所示。较之中储型感应电压叠加器，形成线型感应电压叠加器波形质量较高，压缩环节少、总体功率耦合效率高，装置结构紧凑、造价低。但仍然存在众多不足，主要包括：①形成开关技术难度大(低电感、低抖动和高可靠)，最高工作电压受限；②形成开关绝缘限于直径方向，明显增大脉冲压缩成形线空间需求；③兆伏级开关触发控制多、触发系统复杂；④脉冲顺序控制精度差，对前级Marx工作状态非常敏感。

综上所述，虽然针对感应电压叠加器提出了两种总体技术方案，并已获得具体工程实践，但现有方案均存在着明显的不足，尚不能完全满足大型感应电压叠加器研制需求。

发明内容