基于MARX原理的脈沖功率源技術(shù)

目錄1.固態(tài)開關(guān)應(yīng)用于脈沖功率的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題2.固態(tài)開關(guān)脈沖電壓疊加技術(shù)3.固態(tài)開關(guān)脈沖壓縮和陡化技術(shù)4.大電流固態(tài)開關(guān)在脈沖功率應(yīng)用發(fā)展趨勢1.固態(tài)開關(guān)應(yīng)用于脈沖功率

幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題固態(tài)開關(guān)應(yīng)用于脈沖功率的優(yōu)勢可靠性高，穩(wěn)定1使用壽命長2附加設(shè)備少，基本免維護(hù)3較高的重復(fù)頻率4新型半導(dǎo)體脈沖功率器件的特性比較現(xiàn)有的半導(dǎo)體開關(guān)參數(shù)器件類型電壓電流額定頻率額定功率上升沿脈寬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固態(tài)半導(dǎo)體器件作為脈沖

功率系統(tǒng)主開關(guān)存在的問題上升沿慢通流能力有限單個(gè)器件耐壓低脈沖電壓疊加技術(shù)固態(tài)開關(guān)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題脈沖壓縮與陡化技術(shù)脈沖大電流技術(shù)脈沖電壓疊加技術(shù)開關(guān)串聯(lián)全固態(tài)Marx感應(yīng)電壓疊加脈沖變壓器脈沖放電半導(dǎo)體開關(guān)兩個(gè)重要參數(shù)半導(dǎo)體開關(guān)在脈沖功率應(yīng)用的兩種方式二、固態(tài)開關(guān)脈沖電壓疊加技術(shù)2-1、固態(tài)開關(guān)代替氣體開關(guān)的產(chǎn)生脈沖電壓固態(tài)開關(guān)：BJT、MOSFET、IGBT、SCR、GTO、IGCT2-1、固態(tài)開關(guān)直接串聯(lián)開關(guān)直接串聯(lián)存在的問題承受關(guān)斷時(shí)的直流高壓高壓擊穿危險(xiǎn)，開關(guān)之間需加均壓保護(hù)同時(shí)觸發(fā)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷

2-1、通過二極管鉗位的固態(tài)開關(guān)串聯(lián)脈沖電壓疊加課后思考題：該電路如何工作？嵌位二極管如何設(shè)計(jì)？傳統(tǒng)氣體開關(guān)的MARX發(fā)生器基于MARX原理的升壓電路充電時(shí)間常數(shù)：Tc=R1+n*R*n*C放電時(shí)要求：C*R>=(10~20)C/n*RL

氣體開關(guān)MARX發(fā)生器并聯(lián)充電串聯(lián)放電氣體開關(guān)Marx發(fā)生器V0RLC1C2C3C4氣體開關(guān)Marx發(fā)生器原理V0RLC1C2C3C4固態(tài)開關(guān)Marx發(fā)生器V0RLC1C2C3C4采用MOSFET的Marx發(fā)生器采用MOSFET的Marx發(fā)生器FWHM~200nsTrise~40nsTfall~80ns采用MOSFET的Marx發(fā)生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx發(fā)生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx發(fā)生器V0RLC1C2C3C4+-+-+-+-采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage采用MOSFET的Marx發(fā)生器MOSFETGateVoltage固態(tài)開關(guān)MARX發(fā)生器相關(guān)技術(shù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載類型輸出電壓極性充電隔離波形調(diào)節(jié)開關(guān)驅(qū)動(dòng)短路保護(hù)輸出波形特性固態(tài)開關(guān)Marx發(fā)生器負(fù)載能力電阻------C對R放電電容------C1對C2充電電感------C對L諧振或C驅(qū)動(dòng)變壓器等離子體放電間隙（電弧放電）------短路保護(hù)介質(zhì)阻擋間隙負(fù)載------充電+放電截止負(fù)載單極性全固態(tài)Marx電路:電感隔離采用分布式限流電感進(jìn)行充電、放電隔離采用集中式限流電感進(jìn)行充電、放電隔離負(fù)脈沖電路正脈沖電路負(fù)脈沖電路分布式電感隔離Marx發(fā)生器集中式電感隔離型Marx發(fā)生器半導(dǎo)體開關(guān)隔離固態(tài)Marx發(fā)生器采用半導(dǎo)體開關(guān)進(jìn)行充電、放電隔離正脈沖電路負(fù)脈沖電路變壓器隔離充電Marx發(fā)生器雙極性全固態(tài)H-半橋和H-全橋逆變式電壓疊加器雙極性全固態(tài)H-半橋和H-全橋電路半橋級聯(lián)電路全橋級聯(lián)電路多電平級聯(lián)式逆變器雙極性全固態(tài)Marx電路：半導(dǎo)體開關(guān)隔離半橋電路b)全橋電路隔離充電型全固態(tài)脈沖疊加器：單向脈沖正向脈沖產(chǎn)生電路負(fù)向脈沖產(chǎn)生電路隔離充電型全固態(tài)脈沖疊加器：雙向脈沖半橋脈沖疊加器b)全橋脈沖疊加器隔離充電全固態(tài)雙向脈沖疊加器全固態(tài)Marx發(fā)生器驅(qū)動(dòng)及短路保護(hù)固態(tài)Marx發(fā)生器波形調(diào)節(jié)

電壓過沖和上升沿校正基于IGBT的單極性全固態(tài)Marx發(fā)生器輸出電壓上升、頂降及下降沿的影響因素頂降開關(guān)速度+回路電感驅(qū)動(dòng)信號的同步性回路雜散電感和分布電容?U=i?t/C輸出脈沖電壓頂降與電容關(guān)系固態(tài)開關(guān)MARX發(fā)生器分布電容及波形截尾技術(shù)

分布電容既影響上升沿；也影響下降沿！固態(tài)MARX發(fā)生器驅(qū)動(dòng)介質(zhì)阻擋放電固態(tài)開關(guān)MARX發(fā)生器波形截尾技術(shù)脈寬、幅值可調(diào)方波高壓脈沖雙極性半橋固態(tài)Marx發(fā)生器電路分析雙極性半橋固態(tài)MARX電路2:Negativeswitches1:Positiveswitches正負(fù)脈沖極性工作模式充電開關(guān)及放電開關(guān)工作模式雙極納秒脈沖源LanGao，etc.“Allsolid-statepulsedadderwithbipolarhighvoltagefastnarrowpulsedoutput”IEEETrans.onDielectricsandElectricalInsulation，June2011,Vol.18,No.3.pp775-782負(fù)載參數(shù)對輸出波形的影響獲得窄脈沖移相控制技術(shù)獲得窄脈沖的移相控制技術(shù)獲得較窄脈沖方波固態(tài)Marx發(fā)生器和磁開關(guān)結(jié)合的

脈沖壓縮與陡化技術(shù)磁脈沖壓縮的基本原理電壓時(shí)間0多級磁脈沖壓縮電路磁脈沖壓縮電路中各級電容和負(fù)載上的電壓波形一級磁脈沖壓縮的數(shù)值計(jì)算假設(shè)：輸入電壓上升時(shí)間1μs不飽和電感1000μH飽和電感1μH負(fù)載電阻100Ω基于磁開關(guān)和全固態(tài)Marx的

脈沖壓縮與陡化電路：一級磁脈沖壓縮優(yōu)點(diǎn)：1、開關(guān)損耗減少，軟開關(guān)工作狀態(tài)；2、減少開關(guān)過流損壞；3、脈寬壓縮缺點(diǎn)：1、增加了飽和電感二級磁脈沖壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同的銳化電容對負(fù)載電壓波形的影響(1)(2)(3)(4)重頻實(shí)驗(yàn)結(jié)果負(fù)載電阻對負(fù)