[发明专利]一种PFN-Marx发生器输出波形的整形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的Marx发生器技术，具体涉及一种通过单级网络参数调整PFN-Marx输出波形的整形方法，属于脉冲功率技术领域，主要用于高电压脉冲方波的产生和整形。

背景技术

脉冲功率技术是以一种较低的功率储存能量，将其以高得多的功率变换为脉冲电磁能量并释放到特定负载上的电物理技术。Marx是脉冲功率装置中形成高压脉冲的重要方式之一。

Marx发生器的基本原理可以简单地概括为：若干电容器通过并联充电后再以串联方式放电产生高电压脉冲。其相关概念于1923年由Marx E教授提出，因而被命名为“Marx发生器”，最早被用于雷电冲击电压实验。PFN-Marx，是利用脉冲形成网络(Pulse forming network，简称PFN)代替传统Marx发生器中的级电容，在获取电压叠加的同时，利用PFN可以输出方波的特性来获取良好的输出电压波形。此类装置具有电压倍增和长脉冲输出的特点，在长脉冲输出时具有与脉冲形成线类似的特性，其将升压模块和脉冲形成模块整合起来，降低了脉冲功率系统的复杂度，减小了装置体积并提高了可移动性。

PFN有多种网络结构形式，在脉冲功率技术中，常见的有等电容等电感网络以及Guillemin网络。由于Guillemin网络中多采用特定容值电容器，制造和采购的难度加大，难以广泛应用。而等电容等电感网络得益于脉冲电容器的商品化和较低的造价，目前仍是最常用的网络形式。在实际应用中，等电容等电感PFN一旦L和C确定，其网络的输出特性也确定，而当其应用到Marx发生器中时，又常常受结构尺寸限制以及寄生参数的影响，很难获得理想的输出波形，这时再对相关参数做改动将变得非常困难。另外，在需要降低PFN-Marx输出阻抗时，各种寄生参数影响变得更为严重，为此需要减少节数以换取低阻输出，此时更是难以获得较好的方波输出。因此寻求简易调整Marx输出波形特性的方法对于Marx的模块化、紧凑化以及应用范围的拓展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术难点是通过一种合适的方法，解决PFN-Marx中等电容等电感网络输出波形调整困难以及PFN节点数过少时输出波形质量差等问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种PFN-Marx发生器输出波形的整形方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、构建一个相等节电容和相等节电感的n级m节PFN-Marx发生器，所述m节(一般m≤5)脉冲电容器(称为节电容，C₀)依次并联组成单级PFN，相邻的节电容之间采用电感(称为节电感，L₀)进行连接，所述单级PFN均包含两个电极，n个(一般n≤20)单级PFN通过n个开关进行串联：第一级PFN的两个电极，其中一个电极和第一级开关的一端相连，另一个电极和负载接地端相连；第二级PFN的一个电极和第一级开关的另外一端相连，同时通过一个电感或电阻(称为隔离电感L_g或隔离电阻R_g)和第一级PFN的接地端相连，第二级PFN的另外一个电极和第二级开关的一端相连，同时通过电感或电阻同第一级PFN的非接地端相连；……；依此类推，第n级PFN的一个电极和第(n-1)个PFN的开关一端相连，同时和第(n-1)级PFN的接地端通过一个电感或者电阻相连，第n级PFN的另外一个电极和第n个开关的一端相连，第n个开关的另一端和负载R_L相连；

步骤二、将上述PFN-Marx中的任意一级单元(在实际中为了方便调试，通常选用第一级，并将其命名为调整级，其它各级命名为非调整级)调整为k节PFN(一般k≥m)，采用非等节电容形式，每节电容分别为C₁、C₂、…、C_k，电感仍为L₀，即除该单元采用等节电感非等节电容的网络形式外，其他各级的PFN网络依然采用等节电容等节电感网络形式；