基于MARX原理的脉冲功率源技术

目录1.固态开关应用于脉冲功率的几个关键技术问题2.固态开关脉冲电压叠加技术3.固态开关脉冲压缩和陡化技术4.大电流固态开关在脉冲功率应用发展趋势1.固态开关应用于脉冲功率

几个关键技术问题固态开关应用于脉冲功率的优势可靠性高，稳定1使用寿命长2附加设备少，基本免维护3较高的重复频率4新型半导体脉冲功率器件的特性比较现有的半导体开关参数器件类型电压电流额定频率额定功率上升沿脉宽SCR6kV3.5kA300Hz100’sMW500A/μs10msGTO4.5kV3kA500Hz10’sMW1kA/μs1msIGCT6kV6kA1kHz100’sMW2kA/μs1msBJT1.2kV800A10kHz1MW1kA/μs1μsMOSFET1.2kV50A1MHz100kW2kA/μs200nsIGBT3.3kV400A20kHz100’skW1kA/μs600nsSIT1.2kV300A100kHz10’skW1kA/μs500nsSITH1.5kV300A10kHz10’skW500A/μs1μsMCT3kV2kA20-100kHz10’skW1kA/μs500nsThyristorGTO固态半导体器件作为脉冲

功率系统主开关存在的问题上升沿慢通流能力有限单个器件耐压低脉冲电压叠加技术固态开关几个关键技术问题脉冲压缩与陡化技术脉冲大电流技术脉冲电压叠加技术开关串联全固态Marx感应电压叠加脉冲变压器脉冲放电半导体开关两个重要参数半导体开关在脉冲功率应用的两种方式二、固态开关脉冲电压叠加技术2-1、固态开关代替气体开关的产生脉冲电压固态开关：BJT、MOSFET、IGBT、SCR、GTO、IGCT2-1、固态开关直接串联开关直接串联存在的问题承受关断时的直流高压高压击穿危险，开关之间需加均压保护同时触发导通，同时关断

2-1、通过二极管钳位的固态开关串联脉冲电压叠加课后思考题：该电路如何工作？嵌位二极管如何设计？传统气体开关的MARX发生器基于MARX原理的升压电路充电时间常数：Tc=R1+n*R*n*C放电时要求：C*R>=(10~20)C/n*RL

气体开关MARX发生器并联充电串联放电气体开关Marx发生器V0RLC1C2C3C4气体开关Marx发生器原理V0RLC1C2C3C4固态开关Marx发生器V0RLC1C2C3C4采用MOSFET的Marx发生器采用MOSFET的Marx发生器FWHM~200nsTrise~40nsTfall~80ns采用MOSFET的Marx发生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx发生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx发生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx发生器MOSFETGateVoltage固态开关MARX发生器相关技术驱动负载类型输出电压极性充电隔离波形调节开关驱动短路保护输出波形特性固态开关Marx发生器负载能力电阻------C对R放电电容------C1对C2充电电感------C对L谐振或C驱动变压器等离子体放电间隙（电弧放电）------短路保护介质阻挡间隙负载------充电+放电截止负载单极性全固态Marx电路:电感隔离采用分布式限流电感进行充电、放电隔离采用集中式限流电感进行充电、放电隔离负脉冲电路正脉冲电路负脉冲电路分布式电感隔离Marx发生器集中式电感隔离型Marx发生器半导体开关隔离固态Marx发生器采用半导体开关进行充电、放电隔离正脉冲电路负脉冲电路变压器隔离充电Marx发生器双极性全固态H-半桥和H-全桥逆变式电压叠加器双极性全固态H-半桥和H-全桥电路半桥级联电路全桥级联电路多电平级联式逆变器双极性全固态Marx电路：半导体开关隔离半桥电路b)全桥电路隔离充电型全固态脉冲叠加器：单向脉冲正向脉冲产生电路负向脉冲产生电路隔离充电型全固态脉冲叠加器：双向脉冲半桥脉冲叠加器b)全桥脉冲叠加器隔离充电全固态双向脉冲叠加器全固态Marx发生器驱动及短路保护固态Marx发生器波形调节

电压过冲和上升沿校正基于IGBT的单极性全固态Marx发生器输出电压上升、顶降及下降沿的影响因素顶降