[发明专利]一种基于谐振电路的Marx发生器的脉冲顶降补偿电路

说明书

本发明公开了一种基于谐振电路的Marx发生器的脉冲顶降补偿电路，包括：用于补偿不同负载、不同脉宽下的脉冲顶降。在诸如粒子加速器等应用中，要求高压脉冲的电压、电流顶降尽可能低；在Marx发生器中，当谐振电感和补偿开关串联起来与普通单元中的主电容并联时，就得到了补偿单元。在放电过程中，将正弦电压的近线性部分加到负载上作为脉冲补偿，实现了几乎无顶降的矩形脉冲。不同的补偿单元数可以对电压顶降进行不同程度的补偿，补偿效果也是可调的。此外，只要关断谐振控制开关，这些补偿单元也可以作为Marx发生器中的普通单元工作，从而加以利用。根据本发明，可以调节补偿的程度，还可以大幅降低电容量和系统成本，具备良好的可行性与应用前景。

技术领域

本发明涉及脉冲功率的技术领域，特别涉及一种基于谐振电路的Marx发生器的脉冲顶降补偿电路。

背景技术

随着半导体开关被广泛应用于Marx发生器中，使其具有能够产生方波脉冲，控制脉冲数量、宽度、幅值、频率和处理不同负载的能力，这让Marx发生器可以应用于生物医疗、环保、低温等离子体产生、军事等各个领域。多工业应用中往往对于输出电压的平坦度有着较高要求，而Marx发生器的储能电容串联放电时，电容上的电压会随着对负载放电而逐渐降低，需要成倍增大电容的容量，导致系统的成本、体积和重量显著增加，并且效率降低。

美国国家加速器实验室的T.Tang给单极性Marx发生器额外加了一级命名为“Vernier”的迷你Marx电路，内含多个“Vernier”单元，依次导通，分时补偿，但这种方案需要非常复杂的控制系统和多个辅助电源充电，且补偿后的波形在平顶阶段不连续，呈锯齿波，参见《Tang T,Burkhart C,Nguyen M.A vernier regulator for ILC Marx droopcompensation[C].2009IEEE Pulsed Power Conference,2009:1402-1405》。美国费米国家实验室为他们的Marx调制器增加了一个“bouncer”电路，内含一个电容和电感，以产生谐振电压加到放电脉冲来进行电压顶降补偿，但这种方案也需要一个辅助电源给“bouncer”电路中的电容充电，且体积巨大，成本昂贵，参见《Pfeffer H,et al.A long pulsemodulator for reduced size and cost[C].Twenty-First International PowerModulator Symposium Conference,1994:48-51》。美国Stangenes工业的R.L.Cassel在此基础上利用电容电感型滤波器和升压变压器免除了辅助充电源的需要，同时减小了体积，降低了成本，参见《Cassel R L.Pulsed voltage droop compensation for solid stateMarx modulator[C].2008IEEE International PowerModulators and High-VoltageConference,2008:117-119》。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于谐振电路的Marx发生器的脉冲顶降补偿电路，可以调节补偿的程度，还可以大幅降低电容量和系统成本，具备良好的可行性与应用前景。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于谐振电路的Marx发生器的脉冲顶降补偿电路，包括：

至少一个谐振补偿单元；

至少一个普通单元，所述普通单元与谐振补偿单元串联连接，所述普通单元包括至少一个二极管、与所述二极管并联的电容、与所述二极管串联的充电控制开关及与所述充电控制开关串联的放电控制开关；

直流电源，所述直流电源与谐振补偿单元及普通单元串联，且所述直流电源用于给普通单元和补偿单元中的电容充电；

与谐振补偿单元和普通单元并联的负载，所述谐振补偿单元用于对负载放电，且通过对补偿单元数量的控制对放电脉冲出现的脉冲顶降进行不同程度的补偿。