[发明专利]一种基于并联固态开关的超宽谱强电磁脉冲产生电路

说明书

本发明属于脉冲功率技术领域，提供一种基于并联固态开关的超宽谱强电磁脉冲产生电路。直流充电电源，用于向脉冲源电路提供直流偏置电压，充电隔离电阻用于调节主回路充电速度；设置n级并联固态开关，每一级并联固态开关由两个相同型号雪崩三极管组成，主回路级间电容，作为脉冲产生电路的储能元件，触发信号输入端口，为第一级并联固态开关输入触发信号，随后各级并联固态开关的导通都以此类推，所有主回路级间电容串联形成放电回路；在高压脉冲输出端口连接负载，即可在负载上获得高压时域脉冲输出。本发明可以根据输出脉宽、工作重频、输出幅值等实际要求，对电路中的电阻值、电容值、Marx级数、输出波形参数等内容进行定制设计，满足多种应用需求。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于并联固态开关的超宽谱强电磁脉冲产生电路。

背景技术

超宽谱电磁脉冲包含非常丰富的频率分量，其在短距离高速通信、雷达识别、地下探测、目标成像、医疗等国防和民用领域都受到广泛关注并具有十分广阔的应用前景。为获得更远的作用距离，超宽谱电磁脉冲通常需要具有较高的峰值电压，所以需要专门设计超宽谱强电磁脉冲的产生电路。

基于电容并联充电、串联放电的Marx电路能够获得高于电源电压数倍的输出电压，因此常被用于产生超宽谱强电磁脉冲；随着半导体技术的发展，Marx电路也与高速固态开关器件相结合，以便提升脉冲源的输出稳定性、工作重频以及电路的紧凑性。其中，雪崩三极管作为一种具有响应速度快、抖动小、寿命长、成本低、体积小、重频上限高等优点的固态开关器件，在脉冲源设计中应用较多。

由于单个雪崩三极管的耐压和通流能力有限，实际脉冲源电路设计会采用多管串联、多管并联、Marx电路等结构的组合形式，不同组合形式则具有不同的优缺点。多管串联Marx电路能够显著提高输出幅值，但会增大电路内阻、降低输出效率，需对雪崩三极管设计均压电路，某只雪崩三极管短路就可能造成其他三极管永久损坏；多路Marx电路并联输出能够有效降低脉冲源整体的等效内阻、提高输出幅值，但工作中需要保证各支路同步良好，且脉冲源整体紧凑性较差。

发明内容

本发明的目的在于，针对提高雪崩三极管通流能力、降低多级Marx电路内阻、获得高输出幅值的脉冲源设计与应用需求，提供一种基于并联固态开关的超宽谱强电磁脉冲产生电路。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于并联固态开关的超宽谱强电磁脉冲产生电路，包括直流充电电源、充电隔离电阻、并联固态开关、主回路级间电容、触发信号输入端口、高压脉冲输出端口；

直流充电电源，用于向脉冲源电路提供直流偏置电压，在并联固态开关未导通时，对主回路级间电容充电，并使固态开关处于临界雪崩状态；

充电隔离电阻用于调节主回路充电速度；在并联固态开关导通时，其作为放电回路中的隔离电阻；

设置n级并联固态开关，并联固态开关的级数决定了Marx电路的级数，每一级并联固态开关由两个相同型号雪崩三极管组成，两个雪崩三极管的基极与发射极分别短接，并连接到前一级间电容；两个雪崩三极管集电极相连后，连接到后一级间电容；其未导通时，电路处于充电状态，直流充电电源对级间电容并联充电，雪崩三极管集电极与发射极之间导通后，级间电容对负载串联放电，进而形成高压脉冲输出；

n根据需要输出脉冲的幅值大小设置，依据公式(1)估算：

其中：V_out为输出电压幅值；R_L为负载电阻；

R_Q为每一级并联固态开关导通时的等效内阻，单个雪崩三极管导通内阻为r时，则由2个雪崩三极管并联而成的每级固态开关等效内阻R_Q＝2/a，应用中r取值为2～3Ω；