緊湊固態(tài)化PFN-Marx工作特性研究.pdf

1、PFN-Marx發(fā)生器兼具升壓與脈沖形成的優(yōu)點(diǎn)，是高功率微波技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。隨著高儲(chǔ)能密度高壓陶瓷電容技術(shù)的發(fā)展，利用陶瓷電容作為儲(chǔ)能介質(zhì)的PFN-Marx發(fā)生器為脈沖功率平臺(tái)的緊湊小型化、模塊化提供了一種重要的技術(shù)手段。本文在闡述單級(jí)PFN充放電理論和對(duì)其仿真分析的基礎(chǔ)上，完成了脈沖變壓器對(duì)Marx充電過(guò)程分析，PFN-Marx放電過(guò)程分析以及仿真研究了系統(tǒng)雜散參數(shù)和級(jí)間電磁耦合對(duì)PFN-Marx輸出特性的影響。利用搭建的PF

2、N-Marx平臺(tái)開(kāi)展了單級(jí)、10級(jí)輸出實(shí)驗(yàn)，對(duì)比研究了各種寄生參數(shù)對(duì)PFN-Marx輸出波形以及測(cè)量波形的影響，實(shí)驗(yàn)研究了隔離電感連接方式和紫外光耦合對(duì)系統(tǒng)建立時(shí)間的影響。論文主要工作與結(jié)果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　　1、闡述推導(dǎo)了基于LC梯形網(wǎng)絡(luò)的單級(jí)PFN充放電特性并進(jìn)行了仿真計(jì)算。PFN網(wǎng)絡(luò)延時(shí)作用使其具有類似PFL的傳輸特性。推導(dǎo)得到等電感、等電容PFN特征阻抗為(L/C)1/2。其在匹配負(fù)載上輸出幅值為V/2，脈寬2n(L

3、C)1/2的方波脈沖。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)LC單元依次充電與放電。分析仿真表明每個(gè)單元的電容、電感越小，信號(hào)上升沿越陡；節(jié)點(diǎn)數(shù)增多使得脈寬變長(zhǎng)、下降沿變緩。
　　2、對(duì)基于變壓器充電的三種隔離電感接法進(jìn)行了研究，重點(diǎn)分析了“串聯(lián)”接法時(shí)脈沖變壓器對(duì)Marx充電過(guò)程。基于KVL和微分方程降階法、歐拉法計(jì)算了Marx各級(jí)電流與電壓。增大原邊電容Cp和電感Lp、減小隔離電感Li和級(jí)電容Ci、減少級(jí)數(shù)n都能改善各級(jí)充電一致性；對(duì)于“并聯(lián)”連接方法，由于

4、充電回路參數(shù)一致，其充電一致性與各參數(shù)無(wú)關(guān)；對(duì)于“串聯(lián)-并聯(lián)”方式，則需要合理優(yōu)化各參數(shù)才能達(dá)到較好充電一致性。計(jì)算表明，在隔離電感大于8C0RL2/n2時(shí)，Marx輸出波形與電阻隔離型發(fā)生器的基本相同。在放電過(guò)程中，“并聯(lián)”和“串聯(lián)-并聯(lián)”方式均可利用自身電感增強(qiáng)開(kāi)關(guān)過(guò)電壓，而對(duì)于“串聯(lián)”方式，需依靠分布電容來(lái)提供瞬態(tài)過(guò)電壓。
　　3、研究了PFN-Marx發(fā)生器結(jié)構(gòu)寄生參數(shù)等對(duì)發(fā)生器輸出特性的影響。研究表明發(fā)生器輸出端引線與開(kāi)

5、關(guān)電感減緩脈沖前沿，雜散電阻降低脈沖幅度；負(fù)載自身耦合電容減小了脈沖寬度。級(jí)間寄生電容組成的耦合傳輸線會(huì)在負(fù)載上疊加衰減的高頻振蕩，并縮短脈沖寬度。開(kāi)展的耦合傳輸線波過(guò)程以及電路仿真分析均表明其特征阻抗越大，對(duì)輸出波形影響越小。
　　4、設(shè)計(jì)了PFN-Marx實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案并搭建了實(shí)驗(yàn)裝置，重點(diǎn)開(kāi)展了PFN-Marx在結(jié)構(gòu)較為緊湊，儲(chǔ)能固態(tài)化條件下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)比分析研究了實(shí)驗(yàn)中PFN-Marx輸出波形上疊加振蕩的原因：負(fù)載對(duì)地