[发明专利]一种MARX发生器

说明书

本发明公开了一种MARX发生器，包括直流电源、电感、n个二极管D1a～Dna和多级充放电路(1～n)。其中，第一级充放电路一端经电感与直流电源相连，每级电路之间经二极管D1a～Dna并联，第n级充放电路一端接地，多级充放电路(1～n)的两端用于连接负载。多级充放电路(1～n)中每一级的电路结构相同，第一级电路包括第一储能电容C1、第一开关管S1、第一二极管D1和第一电阻R1。本发明的电路结构简单、成本低，解决短路等故障状态或接入容性负载等情况导致的瞬态电流过大的问题，可靠性高、简单易行，具有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及一种电力电子技术，特别涉及一种MARX(马克思)发生器。

背景技术

随着半导体电力电子器件的发展，以及高功率激光、国防军工、污水处理等行业的应用需求，出现了一种全固态MARX发生器技术，全固态MARX发生器采用半导体功率器件作为充放电开关。全固态MARX发生器技术的应用，使得脉冲功率技术的发展向高电压、大电流、快脉冲、高重复频率迈进了一大步，但是在纯容性负载场合由于MARX发生器的输出电压快速上升特性，瞬时电压非常大，所以流经放电回路的瞬态电流非常大，而且在短路等故障状态也会造成瞬时电流很大，容易造成开关器件的损坏而使系统瘫痪，且经常工作在大电流情况下，储能电容器的寿命会大大降低。

目前，为了限制过大的瞬态电流，需要根据实际情况来加入限流电阻或者限流电感对开关管进行保护。而实际情况下负载参数往往不是恒定不变的，而一个固定参数的限流器件很难兼顾输出脉冲上升沿的速度和限流的效果。如果需要达到最好的限流效果并同时实现最快的上升速度则需要根据不同的负载参数选取不同的限流器件参数，但工程实践中限流参数的值都是固定的，因此存在这一局限。

发明内容

本发明是针对MARX发生器在容性负载下由于输出脉冲波形瞬时电压较大或MARX发生器发生短路等故障状态导致很大的瞬态电流，容易造成开关器件的损坏而使系统瘫痪，且经常工作在大电流情况下，储能电容器的寿命会大大降低。

本发明提供一种MARX发生器，包括直流电源、电感、n个二极管D1a～Dna和多级充放电路(1～n)。第一级充放电路一端经电感L与直流电源VDC相连，每级电路之间经二极管D1a～Dna并联，第n级充放电路一端接地，多级充放电路(1～n)的两端用于连接负载。

优选的，n为大于等于2的整数。

所述多级充放电路(1～n)中每一级的电路结构相同。

所述多级充放电路(1～n)中第一级电路包括第一储能电容C1、第一开关管S1、第一二极管D1和第一电阻R1。其中，第一储能电容C1经第一二极管D1与第一开关管S1并联。第一储能电容C1的阳极和第一开关管S1的输入端相连，第一储能电容C1的阴极和第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极接第一电阻R1以及下一级充电电路中第二储能电容C2的阴极，第一开关管S1的输入端经二极管D2a与下一级电路中的第二储能电容C2的阳极相连，第一开关管的控制端和第一二极管D1的负极相连，第一开关管S1的输出端与第一电阻R1串联。

当所述开关管为IGBT时，所述第一储能电容C1的阳极和第一开关管S1的集电极相连，第一储能电容C1的阴极和第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极接第一电阻R1以及下一级充电电路中第二储能电容C2的阴极，第一开关管S1的集电极经二极管D2a与下一级电路中的第二储能电容C2的阳极相连，第一开关管的栅极和第一二极管D1的负极相连，第一开关管S1的发射级与第一电阻R1串联。

当所述开关管为MOSFET时，所述第一储能电容C1的阳极和第一开关管S1的漏极相连，第一储能电容C1的阴极和第一二极管D1的正极相连，第一二极管D1的负极接第一电阻R1以及下一级充电电路中第二储能电容C2的阴极，第一开关管S1的漏极经二极管D2a与下一级电路中的第二储能电容C2的阳极相连，第一开关管的栅极和第一二极管D1的负极相连，第一开关管S1的源极与第一电阻R1串联。