本發(fā)明涉及一種微秒脈沖發(fā)生器，具體涉及一種基于分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器(fractional-turnratiosaturablepulsetransformer,frspt)和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器，屬于脈沖功率領(lǐng)域，主要用于大功率微波調(diào)制器，也可以應(yīng)用于大功率微波源、食品、殺菌消毒、廢水處理等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

脈沖功率技術(shù)是一種把“慢”存儲起來的具有較高密度的電場或磁場能量進行快速壓縮、轉(zhuǎn)換或直接釋放給負(fù)載的電物理技術(shù)，隨著現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、生物電子學(xué)和國防等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，研究具有高功率、長脈寬、固態(tài)化、長使用壽命等特點的脈沖發(fā)生器成為脈沖功率領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。

一般來說，脈沖功率裝置根據(jù)儲能方式不同可分為電容儲能型和電感儲能型。電感儲能型的裝置以磁場的方式儲能，其優(yōu)勢在于儲能密度高，容易實現(xiàn)系統(tǒng)的小型化，但是這一類型的系統(tǒng)往往需要有能夠提供大電流的電源，且能夠穩(wěn)定工作的大容量斷路開關(guān)，同時電感儲能型的裝置單級能量轉(zhuǎn)化效率很低，且很難實現(xiàn)重復(fù)頻率運行；相比之下，電容儲能型的裝置具有轉(zhuǎn)換效率高，脈沖寬度可調(diào)，重頻運行能力強等優(yōu)點，當(dāng)前仍然是使用最多的儲能方式。

從功能上區(qū)分，電容儲能型脈沖發(fā)生器主要分為四大塊：初級儲能裝置、升壓裝置、脈沖形成裝置和負(fù)載。按照不同的升壓裝置，電容儲能型脈沖發(fā)生器主要可分為三種類型：marx發(fā)生器型、傳輸線倍壓器型和脈沖變壓器型。傳統(tǒng)的電容儲能型脈沖發(fā)生器主要采用marx發(fā)生器給脈沖形成線(pfl)充電的形式，多級串聯(lián)的marx發(fā)生器電容器組將初級儲能和電壓倍增的功能合二為一，通過并聯(lián)充電和串聯(lián)放電，可以在pfl和負(fù)載上輸出幾百kv，甚至mv級的長脈沖。marx發(fā)生器型的優(yōu)勢在于高電壓和高功率輸出；但由于裝置體積普遍都很龐大，受自身固有電感的限制，輸出脈沖前沿一般較長，且重頻運行能力非常有限，marx發(fā)生器型脈沖發(fā)生器應(yīng)用范圍受到了較大的限制。

傳輸線變壓器型脈沖發(fā)生器是一種將電壓倍壓功能和脈沖形成功能合二為一的脈沖發(fā)生器形式，它通過對多個傳輸線進行并聯(lián)充電和串聯(lián)放電，在負(fù)載上獲得高于傳輸線充電電壓的電脈沖。傳輸線變壓器型脈沖發(fā)生器克服了marx發(fā)生器型脈沖發(fā)生器體積龐大的缺陷，由于同軸電纜線和平板傳輸線的使用，系統(tǒng)裝置體積減小，但受絕緣問題的影響，其升壓能力有限，多級疊加后輸出脈沖前沿變緩，波形變差。

目前，應(yīng)用最廣泛的是脈沖變壓器型脈沖發(fā)生器，其基本原理是：初級儲能電容給變壓器初級繞組放電，從而在初級回路產(chǎn)生諧振，通過初、次級繞組之間的緊密耦合，在次級繞組中輸出脈沖信號給脈沖形成線充電。當(dāng)形成線充電到一定的電壓值時，主開關(guān)導(dǎo)通，形成線給負(fù)載放電，在負(fù)載上獲得幾百千伏以上的高電壓脈沖。這種脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)緊湊，可以實現(xiàn)100hz以上的高重頻運行。

脈沖變壓器不僅可與脈沖形成線集成緊湊化，而且可與磁開關(guān)集成緊湊化，其典型裝置即為普通的可飽和脈沖變壓器(spt)，基本工作原理為：當(dāng)變壓器磁芯處于非飽和狀態(tài)時，spt次級繞組正常耦合升壓；磁芯飽和后，次級繞組作為磁開關(guān)飽和導(dǎo)通，控制其所在支路的放電過程。因此，spt兼具脈沖變壓器和磁開關(guān)的功能。中科院電工技術(shù)研究所采用兩級spt脈沖壓縮系統(tǒng)和具有陡化作用的磁開關(guān)研制了一臺脈沖調(diào)制器，在307～1000ω負(fù)載上輸出幅度為45～62kv、脈寬70ns、前沿30ns的高電壓脈沖，重復(fù)頻率達到2khz【zhangdd,zhouy,wangj,etal.acompact,highrepetition-rate,nanosecondpulsegeneratorbasedonmagneticpulsecompressionsystem[j].ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2011,18(4):1151-1157.】。上述spt采用普通變壓器的繞組結(jié)構(gòu)，然而，為了獲得大于10倍的升壓倍數(shù)，普通的spt次級繞組的匝數(shù)將會大于10匝，從而導(dǎo)致次級繞組飽和電感大于5μh甚至達到10μh量級，故電容器放電周期較長，影響輸出脈沖的前沿；而由于陡化開關(guān)ms的存在，不利于系統(tǒng)的緊湊化、集成化。

脈沖形成模塊有兩大類：脈沖形成線(pfl)和脈沖形成網(wǎng)絡(luò)(pfn)。在輸出超過200ns的長脈沖時，pfl由于成本高、體積巨大，較少被采用；而pfn具有儲能密度高、阻抗調(diào)節(jié)方便等優(yōu)勢，是產(chǎn)生長脈沖輸出的主要技術(shù)途徑。h.akiyama等人研究了一種基于pfn和磁開關(guān)的微秒級脈沖電源【h.akiyama,s.sakai,t.sakugawa,t.namihira.environmentalapplicationsofrepetitivepulsedpower[j],ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2007,14(4):825-833】，用于環(huán)境保護等方面的研究，其通過pfn形成高壓脈沖后，再通過變壓器進一步升壓，實現(xiàn)高壓輸出，輸出電壓約100kv，脈沖寬度1μs，但由于其是對方波脈沖再進一步升壓，導(dǎo)致輸出波形較差，且更進一步提高電壓，對磁開關(guān)和脈沖變壓器要求很高。

上述背景技術(shù)中，利用spt升壓再利用磁開關(guān)抖化前沿，可實現(xiàn)幾十納秒脈沖，要實現(xiàn)微秒級方波脈沖非常困難；而利用pfn形成微秒級方波脈沖，再利用脈沖變壓器實現(xiàn)升壓，往往輸出波形平頂質(zhì)量較差，且一般采用氣體開關(guān)，很難實現(xiàn)全固態(tài)化。故需要尋找具備升壓、脈沖形成、固態(tài)開關(guān)的全固態(tài)微秒脈沖發(fā)生器技術(shù)，對于實現(xiàn)脈沖功率裝置系統(tǒng)的全固態(tài)化、緊湊化具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有脈沖升壓方式不能集成緊湊化、脈沖形成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)過多、壽命短、輸出波形平頂質(zhì)量較差等缺點，提出一種基于分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器(frspt)和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器壽命長、運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了脈沖發(fā)生器的全固態(tài)緊湊集成，且輸出方波質(zhì)量好，可用于大功率微波源、食品、殺菌消毒、廢水處理等領(lǐng)域。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器，所述脈沖發(fā)生器由充電模塊、脈沖升壓模塊、脈沖形成模塊和負(fù)載組成。所述充電模塊主要用于對脈沖發(fā)生器充電，其通過脈沖升壓模塊對脈沖形成模塊充電；所述脈沖升壓模塊為分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器，其一方面作為脈沖升壓模塊的變壓器，另一方面作為脈沖形成模塊的開關(guān)；所述脈沖形成模塊用于形成波形前后沿時間合理、平頂度好的準(zhǔn)方波脈沖。

所述充電模塊由穩(wěn)壓電源dc、限流電阻rc，一號高壓硅堆d1、二號高壓硅堆d2，回收電感l(wèi)r，隔離電感l(wèi)01、l02、…、l0n、原邊電容c01、c02、…、c0n和開關(guān)s01、s02、…、s0n組成。所述穩(wěn)壓電源dc為高壓直流電源，根據(jù)原邊電容c01、c02、…、c0n的充電電壓確定穩(wěn)壓電源dc的工作電壓、工作電流；一號高壓硅堆d1用于保證原邊電容c01、c02、…、c0n不會反向放電；隔離電感l(wèi)01、l02、…、l0n用來起保護作用，在一路原邊電容c0n(n＝1,2,…,n)發(fā)生故障時，可以保護其它路原邊電容的安全；隔離電感l(wèi)01、l02、…、l0n與原邊電容c01、c02、…、c0n，回收電感l(wèi)r，二號高壓硅堆d2構(gòu)成能量回收回路，當(dāng)原邊電容給分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器完成一次充電后，原邊電容電壓反向，原邊電容與回收電感l(wèi)r構(gòu)成了振蕩回路，將絕大部分能量以磁場的方式暫時儲存在回收電感l(wèi)r中；原邊電容c01、c02、…、c0n用作分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的原邊儲能電容；開關(guān)s01、s02、…、s0n用于控制原邊電容對分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器放電的時間。所述充電模塊的工作過程為：穩(wěn)壓電源dc通過隔離電感l(wèi)01、l02、…、l0n和限流電阻rc對原邊電容c01、c02、…、c0n充電，當(dāng)需要對分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器充電時，開關(guān)s01、s02、…、s0n同步導(dǎo)通，使原邊電容放電。

所述脈沖升壓模塊為分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器，所述分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器由n個相同的子磁芯構(gòu)成變壓器磁芯，n≥2，分別在每個子磁芯上用高壓線繞制n1匝，構(gòu)成分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的原邊(初級繞組)，在所有子磁芯上用高壓線繞制n2匝，構(gòu)成分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的副邊(次級繞組)，這樣分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的變比理論上為次級匝數(shù)n2與初級匝數(shù)n1比值的n倍。所述分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的工作過程為：在脈沖電壓的作用下，初級繞組產(chǎn)生脈沖電流，從而在磁芯內(nèi)激發(fā)變化的磁通量，變化的磁通量又在次級繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，它反過來通過互感磁通影響初級繞組。初級和次級繞組之間能量通過磁芯中的互感磁通來傳遞，當(dāng)分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器磁芯處于非飽和狀態(tài)時，其次級繞組正常耦合升壓；當(dāng)磁芯飽和后，次級繞組作為磁開關(guān)飽和導(dǎo)通，控制其所在支路的放電過程。在本發(fā)明中，frspt初級繞組與原邊電容c01、c02、…、c0n連接，為其提供初級能源，通過所述frspt為次級電容c1諧振充電。若frspt初次級電感分別為lp，ls，其互感為k為所述frspt耦合系數(shù)，磁芯選定、初次級匝數(shù)確定后，上述lp，ls，k可以分別確定，原邊電容c01、c02、…、c0n，次級電容c1通過需要輸出的電壓值確定。與傳統(tǒng)脈沖變壓器相比，這種分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可實現(xiàn)脈沖變壓器和磁開關(guān)的小型化、集成化，同時能夠降低原邊工作電壓，且具有次級飽和電感小、高升壓比等優(yōu)點，可以用于小型化的脈沖功率裝置中，在升壓的同時其磁芯在飽和與非飽和態(tài)之間快速轉(zhuǎn)化，用作主開關(guān)，對負(fù)載進行放電。

所述脈沖形成模塊由一節(jié)充電網(wǎng)絡(luò)、(m-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)和一個主電感l(wèi)1組成的m節(jié)反諧振網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中，充電網(wǎng)絡(luò)為分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的次級電容c1，整形網(wǎng)絡(luò)由并聯(lián)的整形電容c2與整形電感l(wèi)2、并聯(lián)的整形電容c3與整形電感l(wèi)3、…、并聯(lián)的整形電容cm與整形電感l(wèi)m再串聯(lián)組成；所述充電網(wǎng)絡(luò)的次級電容c1一端與分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器的輸出端相連接，另一端與第一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端連接，第一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的另一端連接下一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端，(m-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)連接；最后一節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)的一端與前級整形網(wǎng)絡(luò)相連接，另一端與負(fù)載模塊的升壓變壓器pt的原邊連接。主電感l(wèi)1與次級電容c1以及(m-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，在實際工程中，一般不需要實際連接電感，電路中的回路電感可以用作主電感l(wèi)1，主電感l(wèi)1用于脈沖調(diào)制。由于此脈沖形成模塊只需對次級電容c1進行充電，其他電容或電感只用于調(diào)整脈沖輸出波形，無需對其進行充電，可大大降低對電容器的絕緣要求，實現(xiàn)了平頂穩(wěn)定性好的高電壓準(zhǔn)方波脈沖的輸出。

所述負(fù)載模塊由升壓變壓器pt和負(fù)載組成，所述升壓變壓器pt為方波變壓器，用于將脈沖形成模塊輸出的微秒級方波脈沖進一步升壓；當(dāng)升壓變壓器的升壓比為1:s時，升壓變壓器pt輸出阻抗與脈沖形成模塊的阻抗之比為s²:1，所述負(fù)載為電阻性負(fù)載，根據(jù)脈沖形成模塊的阻抗以及升壓變壓器pt的變比可以確定負(fù)載的阻值。

進一步地，實際應(yīng)用中，為減小實施難度，可采用兩節(jié)或三節(jié)反諧振網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)較高質(zhì)量高壓準(zhǔn)方波輸出，所述次級電容、整形電容和主電感、整形電感可以根據(jù)所需輸出的脈沖寬度和特性阻抗確定。兩節(jié)反諧振網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，輸出波形電路參數(shù)調(diào)節(jié)方便，所述電路參數(shù)可由下式計算：

三節(jié)反諧振網(wǎng)絡(luò)相較兩節(jié)網(wǎng)絡(luò)，其輸出波形前后沿時間更短，但其需要調(diào)節(jié)的電路參數(shù)更多，所述電路參數(shù)可由下式確定：

其中：τ為輸出準(zhǔn)方波的脈沖寬度，ρ為脈沖形成模塊的特性阻抗。可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求合理地選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)數(shù)。

進一步地，在次級電容c1和整形網(wǎng)絡(luò)之間，設(shè)置有可變電感l(wèi)v，用于減小脈沖形成模塊輸出脈沖的預(yù)脈沖(原邊電容通過frspt向次級電容c1充電時，會不可避免地通過脈沖形成模塊在負(fù)載上形成一定的脈沖信號，這就是預(yù)脈沖；設(shè)置可變電感l(wèi)v在充電時為小電感可以起到抑制預(yù)脈沖的作用)，所述可變電感l(wèi)v由繞制在閉合磁芯上的高壓線圈組成，閉合磁芯上同時繞制有復(fù)位線圈，復(fù)位線圈與直流復(fù)位電源vr相連。當(dāng)frspt對電容器c1充電時，直流復(fù)位電源vr使閉合磁芯飽和，從而使可變電感l(wèi)v為小電感，當(dāng)frspt飽和時，次級電容c1放電，使得閉合磁芯由飽和態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉秋柡蛻B(tài)，從而使可變電感l(wèi)v變?yōu)榇箅姼小Ｔ谶@種變化過程中，當(dāng)充電時可變電感l(wèi)v為小電感，可減小充電時負(fù)載上的預(yù)脈沖；而在放電時可變電感l(wèi)v為大電感，可保證脈沖整形形成模塊正常工作，從而在負(fù)載上得到方波脈沖。

進一步地，為提高脈沖形成模塊的工作電壓，可使frspt輸出為marx結(jié)構(gòu)，次級電容c1為marx的等效放電電容。

本發(fā)明的工作過程如下：充電模塊對原邊電容c01、c02、…、c0n充電至一定電壓，開關(guān)s01、s02、…、s0n閉合，原邊電容對脈沖升壓模塊的可飽和脈沖變壓器放電，經(jīng)可飽和脈沖變壓器升壓后，對脈沖形成模塊的儲能電容c1充電，當(dāng)儲能電容電壓c1到一定電壓時，可飽和脈沖變壓器磁飽和，儲能電容c1放電，并通過調(diào)制電容c1、c2、…、cm，調(diào)制電感l(wèi)1、l2、…、lm調(diào)制后輸出微秒級方波脈沖，最后經(jīng)過升壓變壓器pt進一步升壓，從而在負(fù)載上獲得微秒級高壓脈沖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的主要技術(shù)優(yōu)點為：

1、本發(fā)明利用分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器實現(xiàn)脈沖變壓器和磁開關(guān)的雙重功能，做到了大變比的脈沖變壓器和磁開關(guān)的緊湊集成，同時避免了采用多個開關(guān)串聯(lián)方式提高發(fā)生器工作電壓的均壓問題；

2、本發(fā)明中由于使用分?jǐn)?shù)比可飽和變壓器，有效降低了變壓器原邊的工作電壓，使得原邊采用igbt或晶閘管等大功率開關(guān)成為可能，有利于系統(tǒng)的固態(tài)化、緊湊化；同時減小了變壓器次級的飽和電感，能夠?qū)崿F(xiàn)有效地脈沖壓縮；

3、本發(fā)明中分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器次級飽和后的磁開關(guān)功能使得變壓器副邊能夠承受較高的工作電壓，避免了氣體開關(guān)的電極燒蝕和抖動，提高了脈沖發(fā)生器的壽命；

4、本發(fā)明中的脈沖形成模塊采用反諧振網(wǎng)絡(luò)克服了傳統(tǒng)的脈沖形成網(wǎng)絡(luò)輸出波形平頂穩(wěn)定性較差的缺點，實現(xiàn)了平頂穩(wěn)定性好的高電壓準(zhǔn)方波脈沖輸出；

5、整個系統(tǒng)均由固態(tài)元件和開關(guān)構(gòu)成，實現(xiàn)了脈沖功率發(fā)生器的固態(tài)化。緊湊化、集成化，大大減小了系統(tǒng)的體積和重量，提高了重頻運行能力，可以應(yīng)用于大功率微波源、食品、殺菌消毒、廢水處理等領(lǐng)域。

附圖說明

本發(fā)明將通過實施例并通過附圖的方式說明，其中：

圖1為背景技術(shù)【zhangdd,zhouy,wangj,etal.acompact,highrepetition-rate,nanosecondpulsegeneratorbasedonmagneticpulsecompressionsystem[j].ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2011,18(4):1151-1157.】中研制的基于兩級spt脈沖壓縮單元的脈沖調(diào)制器電路原理圖；

圖2為背景技術(shù)【h.akiyama,s.sakai,t.sakugawa,t.namihira.environmentalapplicationsofrepetitivepulsedpower[j],ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2007,14(4):825-833】中研究的基于pfn和磁開關(guān)的微秒級脈沖電源的電路示意圖。

圖3為本發(fā)明基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器電路原理圖；

圖4為本發(fā)明基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器實施例結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器實施例的實驗輸出波形，其中圖5(a)為充電波形，圖5(b)為負(fù)載輸出波形。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地說明。

圖1為背景技術(shù)【zhangdd,zhouy,wangj,etal.acompact,highrepetition-rate,nanosecondpulsegeneratorbasedonmagneticpulsecompressionsystem[j].ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2011,18(4):1151-1157.】中研制的基于兩級spt脈沖壓縮單元的脈沖調(diào)制器電路原理圖，仍然采用傳統(tǒng)的繞組結(jié)構(gòu)，為了獲得大的升壓比，他們使用兩級spt脈沖壓縮單元進行升壓，在307～1000ω負(fù)載上輸出幅度為45～62kv、脈寬70ns、前沿30ns的高電壓脈沖，高阻抗負(fù)載和起陡化作用的磁開關(guān)是獲得快前沿脈沖的關(guān)鍵。同樣，陡化開關(guān)ms的存在，不利于系統(tǒng)的固態(tài)化、緊湊化。

圖2為背景技術(shù)【h.akiyama,s.sakai,t.sakugawa,t.namihira.environmentalapplicationsofrepetitivepulsedpower[j],ieeetransactionsondielectricsandelectricalinsulation,2007,14(4):825-833】中研究的基于pfn和磁開關(guān)的微秒級脈沖電源的電路示意圖。但由于其采取先成形，再升壓的方式，對方波進行升壓，容易導(dǎo)致輸出波形變差，若要進一步升壓，對磁開關(guān)和脈沖變壓器要求很高。

圖3為本發(fā)明基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器電路原理圖。該脈沖發(fā)生器由充電模塊，脈沖升壓模塊、脈沖形成模塊和負(fù)載組成。該發(fā)生器的工作過程如下：充電模塊由穩(wěn)壓電源dc通過隔離電感l(wèi)01、l02、…、l0n對原邊電容c01、c02、…、c0n直流充電，當(dāng)充電至設(shè)定電壓時，開關(guān)s01、s02、…、s0n導(dǎo)通，原邊電容c01、c02、…、c0n對frspt放電，并經(jīng)frspt升壓后對次級電容c1充電，當(dāng)frspt的磁芯飽和后，frspt次級作為磁開關(guān)控制次級電容c1向脈沖形成模塊放電，經(jīng)過由整形電容c2與整形電感l(wèi)2、整形電容c3與整形電感l(wèi)3、…、整形電容cm與整形電感l(wèi)m組成的(m-1)節(jié)整形網(wǎng)絡(luò)調(diào)制后，輸出方波脈沖至升壓變壓器pt進一步升壓，最后在負(fù)載上形成平頂度好，穩(wěn)定性強的準(zhǔn)方波脈沖信號?？勺冸姼衛(wèi)v作為隔離電感，用于減小脈沖形成模塊輸出脈沖的預(yù)脈沖，其工作過程為：當(dāng)次級電容c1充電時，可變電感l(wèi)v的電感值很小，避免次級電容c1向后級放電，在負(fù)載上產(chǎn)生預(yù)脈沖；當(dāng)次級電容c1充電達到一定值后，frspt的磁芯飽和，可變電感l(wèi)v電感值增大，使次級電容c1順利向后級放電，避免向前級的放電過程，提高能量傳輸效率。

圖4為本發(fā)明基于frspt和反諧振網(wǎng)絡(luò)的全固態(tài)高電壓微秒脈沖發(fā)生器實施例結(jié)構(gòu)圖。國防科技大學(xué)基于本發(fā)明設(shè)計了一個2μs全固態(tài)高電壓脈沖發(fā)生器，其整體布局分三層，由三張電木板通過四根帶螺絲的通桿連接。第一層由穩(wěn)壓電源1，限流電阻2，一號高壓硅堆3、二號高壓硅堆5，回收電感4組成。穩(wěn)壓電源1由兩個0-250v的開關(guān)電源串聯(lián)構(gòu)成；限流電阻2由兩個阻值為51ω的電阻并聯(lián)構(gòu)成；兩組高壓硅堆3和5均由四個高壓整流二極管兩個并聯(lián)為一組，再兩組串聯(lián)構(gòu)成。第二層由隔離電感6，原邊電容7，分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器8，晶閘管開關(guān)9以及觸發(fā)控制模塊10組成。原邊電容7分為兩組，每組有五路，每路由5個3μf的薄膜電容并聯(lián)構(gòu)成；分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器8的磁芯由五個環(huán)形子磁芯疊放組成，每個環(huán)形磁芯內(nèi)直徑7.32cm，外直徑11.69cm，高度2.78cm，用高壓線沿子磁芯圓周方向繞制，初級在每個磁芯上分別用高壓線繞制一匝，次級也使用高壓線，繞制10匝，包圍所有子磁芯；晶閘管開關(guān)9也有兩組，每組由五個晶閘管開關(guān)同步觸發(fā)控制五路原邊電容7的充、放電過程。第三層由次級電容11，整形電容12，整形電感13，可變電感14，直流復(fù)位電源15以及具有良好方波響應(yīng)的脈沖變壓器16構(gòu)成。次級電容11由四個2nf的陶瓷電容兩個串聯(lián)為一組再并聯(lián)連接而成；整形電容12由一組兩個串聯(lián)的2nf陶瓷電容與一組三個串聯(lián)的2nf陶瓷電容并聯(lián)構(gòu)成；整形電感13由螺線管密繞而成，電感值為45μh；可變電感14是由高壓線沿磁芯圓周方向繞制而成；直流復(fù)位電源15同樣是一個0-250v的開關(guān)電源；脈沖變壓器16變比為1:3。具體工作過程為：穩(wěn)壓電源1通過隔離電感6和限流電阻2對原邊電容7充電，當(dāng)需要對分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器8充電時，兩組晶閘管開關(guān)9同步導(dǎo)通，使原邊電容7放電，通過分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器8對次級電容11充電。當(dāng)分?jǐn)?shù)比可飽和脈沖變壓器8的磁芯飽和后，次級繞組作為磁開關(guān)飽和導(dǎo)通，控制次級電容11向整形網(wǎng)絡(luò)放電。通過整形電容12和整形電感13的調(diào)制以及脈沖變壓器16的進一步升壓，最終在負(fù)載上輸出脈沖平頂度好的準(zhǔn)方波脈沖。設(shè)計輸出阻抗為3500歐姆，輸出脈沖寬度τ為2μs，故脈沖整形模塊的阻抗ρ約為389歐姆，故通過計算得到次級電容c1＝2nf，主電感l(wèi)1＝259μh，整形電容c2＝1.6nf，整形電感l(wèi)2＝45μh。

為了驗證此實施例的特性，根據(jù)設(shè)計進行了實驗驗證，直流穩(wěn)壓電源輸出電壓400v，其中主電容c1上的充電波形如圖5(a)所示，充電時間約為4.7μs，充電最高電壓約為18kv，最終在3500ω負(fù)載上得到了脈寬約1.6μs，電壓約27kv的準(zhǔn)方波脈沖，由于系統(tǒng)整體電感略大于整形模塊主電感值，因此輸出脈寬較設(shè)計值略有減小。脈沖平頂約為700ns,如圖5(b)所示。

由上述結(jié)果可知，本發(fā)明這種實施方式不僅可以降低脈沖變壓器原邊工作電壓和副邊飽和電感，實現(xiàn)脈沖變壓器和磁開關(guān)的緊湊集成，而且通過反諧振網(wǎng)絡(luò)能夠輸出質(zhì)量較高，平頂度好的準(zhǔn)方波脈沖，做到了系統(tǒng)的完全固態(tài)化、小型化，體積小，重量輕，便于運輸和實用，且避免了高壓脈沖發(fā)生器的多開關(guān)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，可提高使用壽命。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。