1．目的及意义

1.1 研究目的及意义

脉冲功率技术是世纪初由于国防科研的需要而发展起来的一门新兴科学技术，是一门以电物理技术为主的交叉学科。脉冲功率技术的实质是将能量在时、空尺度上进行压缩,以获得在极短时间内的高峰值功率输出。随着功率半导体技术的发展，以体积小、重频高、易触发、可控性强、寿命长、可靠性高等优点，逐渐取代气体开关而成为了脉冲功率源中的主导开关，脉冲功率发生器全固态化也成为脉冲功率技术的研究热点和发展趋势。高功率快脉冲在工业应用、环保和医疗领域中的应用也越来越广泛，这些应用对脉冲功率源的要求是小型化、高电压、高重频、快脉冲和高效率。

Marx发生器技术作为产生高功率脉冲的技术手段,其应用已有近百年的历史。近二十年来随着高功率微波、激光等技术研究的兴起和深入发展,出现了一种新兴发生器技术,即全固态重复频率发生器技术。它的主要发展方向是产生高平均功率和高重复频率的脉冲,在高功率微波、高性能雷达以及加速器等研究领域存在着强烈的应用需求。

由于此类技术的军事应用背景,美、俄等拥有此类先进技术的国家均采取了严格的技术封锁。而国内目前研制的发生器一般为单次或较低重复频率接近单次装置,多数基于气体开关技术,装置体积大,稳定性较差绝缘介质多为变压器油或非流动的气体,散热性能较差,不能满足高重复频率的工作要求。因此,开展基于固态开关的重复频率发生器技术研究是十分必要的。

1.2 国内外研究现状

由于闪光照相、聚变研究、微波技术的应用需求,美、俄等国家的科学家早在七八十年代就开始了重复频率发生器技术及其应用的研究。美国Maxwell实验室于1979年建造了一台PFN型重复频率Marx发生器，其输出电压达200kV、平均功率高达500kW,重复频率可达100Hz。美国Sandia国家实验室在1987年建造了一台峰值脉冲功率1MW、脉冲能量22kJ、重复频率为10Hz的发生器,并把它用于重复频率Blumlein开关、液体介质击穿以及高电压传输线标定等实验中。1992年俄罗斯的科学家也建造了一台500kV、45kJ,，重复频率为10Hz的发生器。上述研究主要以重复频率较低，规模较大的气体开关式的发生。

随着固态开关尤其是半导体功率器件的发展，1994年，E.L.Neau等人首先提出了全固态重复频率脉冲功率技术的概念。经过近二十年的发展,高重复频率脉冲功率技术己经广泛应用在诸如高功率微波、粒子束加速器、闪光照相、材料加工、环境保护、食品杀菌等军事及工业领域中。

近年来国内外学术界针对固态Marx发生器技术的研究包括了固态Marx发生器所涉及的隔离充电技术、陡化技术以及负载能力等关键技术问题,其未来发展的趋势趋向于固态Marx发生器的固态开关采用独立触发方式,每个开关可分别控制开通和关断,具有多参数特制、高频化、寿命长3方面的突出技术优势.通过采用隔离充电方式,可以实现低压充电电源和高压脉冲输出之间的电气隔离;通过陡化技术,可以实现数十ns脉冲上升沿输出;结合特定设计,固态Marx发生器可适用于驱动电阻、电容、电感以及它们的组合型非线性负载,在一定范围内调制出需要的电压、电流波形,具有较大的灵活性.伴随着半导体开关器件以及电力电子技术水平的发展,固态Marx发生器将向小型化、集成化和模块化方向发展,满足脉冲功率技术未来不断提高的应用需求.{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1研究内容、目标

Marx发生器在输出高压脉冲时上升沿的陡度时一项非常重要的指标，当Marx发生器应用在负载为容性负载的场景时，由于电容电压无法突变，电容在最初使充电情况下，会持续一段时间的大电流直至电压上升到一定程度，在这一时间内，若电流大小持续时间超过额定值，很可能对负载进行损坏，传统情况下是与容性负载串联一个电阻来进行限流，但是串联电阻不仅大大降低了陡度而且功耗非常大，在本论文中提供了一种新的思路，在IGBT的驱动回路中添加限流电阻，通过控制IGBT的驱动回路在过流时关闭IGBT，既可以保护负载又不会影响上升沿的陡度，研究主要围绕这一种新思路进行理论分析计算与实验验证。

目标即搭建一台10级，输出电压1kV,输出上升沿小于1us，过充幅度小于5%的全固态Marx发生器，用于测试10nF与22nF在两种限流方案中输出脉冲波形的比较。