[发明专利]一种基于磁开关的近方波Marx发生器

说明书

本发明公开了一种基于磁开关的近方波Marx发生器，依次包括初级放电单元、可饱和脉冲变压器单元、Marx发生器单元以及放电单元四部分。其中，主体部分用于产生近似方波脉冲，采用附加调整电容结合反转电压叠加的Marx发生器的技术方案，实现方波脉冲的输出，并且结合脉宽调节开关，实现了输出方波脉冲宽度的调整。简化现有能够产生近似方波脉冲Marx发生器的结构及原理，实现了百纳秒量级方波Marx发生器的紧凑固态化，填补了国内外该类型脉冲发生器的空白。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种基于磁开关的近方波Marx发生器。

背景技术

小型紧凑化是高功率脉冲驱动源的重要发展方向，能够产生近似方波脉冲的Marx发生器受到了广泛的关注。Marx发生器具有模块化运行、原理简单的典型优势，采用高储能密度脉冲电容器能够使得整个装置非常紧凑。通过一定的改造，例如将传统Marx发生器中的电容器改为脉冲形成网络，则可使得发生器输出近似方波脉冲。通过多级叠加可增加输出功率，可达数十GW级。但该类Marx发生器结构原理复杂，使得其制造成本较高。

近年来出现的各类高功率近方波Marx发生器中，大多仍采用气体开关作为控制开关。气体开关具有功率大、通流能力强等特点，但是由于其气体放电的本质属性，此类开关在寿命以及稳定性方面存在一定的局限性，尤其是在Marx发生器中，需要大量的使用气体开关，导致出现故障的概率成倍上升。除此之外，为了提高Marx发生器的工作稳定性，减小输出抖动，需要配属专门的触发器，用以触发发生器中的前几级气体开关，增加了系统的复杂性。

发明内容

为了简化现有能够产生近似方波脉冲Marx发生器的结构及原理，本发明提出了提出一种基于公共磁芯可饱和脉冲变压器、LC反转电压叠加与附加调整电容实现输出近似方波脉冲的Marx发生器，摒弃了传统发生器中的气体开关与触发系统，利用磁开关的磁场的同步控制，保证各级开关同步导通并实现固态化；同时，基于多倍频电压脉冲的叠加原理，使得发生器具备输出方波脉冲的能力。填补了脉冲功率技术相关领域的空白。

本发明的技术解决方案是提供一种基于磁开关的近方波Marx发生器，其特殊之处在于：包括初级放电单元、可饱和脉冲变压器单元、Marx发生器单元及放电单元；

上述初级放电单元包括初级储能电容和初级储能电容放电控制开关；

上述可饱和脉冲变压器单元包括可饱和变压器初级电感，变压器磁芯和n个可饱和变压器次级电感；该可饱和脉冲变压器单元用于放大初级储能电容的充电电压，并为调整电容与次级电容进行充电；可饱和脉冲变压器在充电完成之后磁芯达到饱和状态，初次级之间失去关联，且初级电感与次级电感之值降至很低；

上述Marx发生器单元包括串联的a个调整单元及与调整单元串联的b个电压叠加单元，其中，a≦b，n＝a+b；调整单元与电压叠加单元的总单元数由输出电压决定，具体通过电路模拟确定；

每个调整单元包括调整电容、次级电容及接地电感，接地电感并联在调整电容与次级电容串联的电路两端；a个可饱和变压器次级电感分别并联在由接地端开始的第偶数个或者第奇数个电容器(此处电容器为调整电容与次级电容的统称)两端；

每个电压叠加单元包括接地电感及两个次级电容，接地电感并联在两个次级电容串联的电路两端；b个可饱和变压器次级电感分别并联在由接地端开始的第偶数个或者第奇数个次级电容两端；

Marx发生器单元中相邻电容器充电电压极性相反；

上述放电单元包括相互串联的放电主开关与负载电阻，Marx发生器单元的输出端与放电主开关连接；其中n大于等于2；

上述调整电容的电容值小于次级电容的电容值，具体电容值应通过电路模拟加以确定。