电感隔离型固态Marx脉冲功率源的研究.pdf

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1、第56卷第1期农业装备与车辆工程2018年1月Vol.56No.1AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERINGJanuary2018doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2018.01.011电感隔离型固态Marx脉冲功率源的研究毛吉灿，饶俊峰，李孜，姜松（200093上海市上海理工大学）[摘要]基于现场可编程门阵列(FPGA)和串联谐振充电电路，设计了一款参数可调、结构紧凑的固态Marx高压脉冲电源。采用FPGA提供时序可调的控制信号，可产生电压幅值、脉宽和频率均可调的高压脉冲。

2、采用串联谐振充电电路作为充电电源，能够更高效快速地对Marx电路充电，且故障状态下具有一定的抗短路能力。实验中搭建了一台12级Marx电路，能稳定输出电压幅值10kV，重复频率10kHz，脉宽5μs的高压重频脉冲，且脉冲参数可调。[关键词]固态Marx；FPGA；串联谐振[中图分类号]TM919[文献标识码]A[文章编号]1673-3142(2018)01-0046-04ResearchonInductivelyIsolationSolidStateMarxPulsedPowerSourceMaoJican,RaoJunfeng,LiZ

3、i,JiangSong(UniversityofShanghaiforScienceandTechnology,Shanghai200093,China)[Abstract]Basedonfieldprogrammablegatearray(FPGA)andseriesresonantchargingcircuit,ahighvoltageMarxpowersupplywithadjustableparametersandcompactstructureisdesigned.Thefieldprogrammablegatearray(F

4、PGA)isusedtoprovidethetimingadjustablecontrolsignal,whichcangeneratehighvoltagepulsewithadjustablevoltageamplitude,pulsewidthandfrequency.Theseriesresonantchargingcircuitisusedaschargingpowersupply,whichcanbeusedtochargetheMarxcircuitmoreefficientlyandquickly.Andunderthe

5、conditionoffault,ithastheabilityofshortcircuit.Intheexperiment,a12stageMarxcircuitisdesigned,whichcanstabilizetheoutputvoltageamplitudeof10kV,therepetitionfrequency10kHz,thepulsewidthofthe5μspulse,andthepulseparameterscanbeadjusted.[Keywords]solidstateMarx;FPGA;seriesres

6、onantcircuit0引言分考虑开关管的通态压降以及线路阻抗压降。采用12级级联方式组成一个脉冲放电单元，单元输近年来，由于固态开关技术在脉冲功率系统出10kV脉冲。每一级由一个储能电容、一个二中的广泛应用，脉冲功率源的重复频率、可靠性、[1]极管和一个开关管组成。直流电源是由全桥串联紧凑性以及寿命都得到了极大的提升。随着脉谐振电容器充电电源提供，用于给储能电容充电，冲功率技术的发展，Marx已经广泛应用于工业、用集中式电感方式隔离放电对充电源的冲击。农业等领域。例如利用高压窄脉冲处理污水、杀该Marx发生器工作时序有以下两种工作模

7、死有害细菌对食物保鲜、产生等离子体射流杀死[2-5]式。充电模式下，开关管处于关断状态，直流电人体内致病菌、空气净化等。试验中搭建的源通过二极管给储能电容充电，负载电阻电压为12级Marx电路，稳定输出10kV高压。零；当处于放电模式时，开关管导通。储能电1脉冲功率源的设计容通过开关管被串联起来，在负载上输出一个正Marx电路的基本原理为电容器的并联充电、脉冲电压。[6]串联放电。紧凑型全固态Marx发生器系统结当系统处于放电状态，即开关管处于开通状构及Marx电路结构如图1所示。储能电容参数态，前一级电容的上端和后一级电容的下端等电选

8、择为220nf/1200V，IGBT参数选择为1200位。由于电容两端的电压不能突变，因此，C1V/90A，每一级储能电容充电不超过1000V，充下端电位为0，C1上端电位为U0，C2下端和C1上端等电位为