為實現(xiàn)高重復(fù)頻率納秒級脈沖輸出,提出了采用射頻功率MOSFET,基于感應(yīng)疊加拓撲的脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器采用15個模塊化組件,每個組件輸出670 V/50 A脈沖,每個組件的輸出脈沖在感應(yīng)變壓器次級串聯(lián)疊加,得到10 kV/50 A高壓脈沖。為實現(xiàn)脈沖前沿小于5 ns,必須盡量降低脈沖變壓器漏感以及組件和系統(tǒng)的回路電感。感應(yīng)脈沖變壓器采用圓柱形同軸結(jié)構(gòu),初次級均為單匝,并且和脈沖發(fā)生器單元一體化設(shè)計,以減小漏感以及組件分布電感。采用大功率驅(qū)動電路和同步觸發(fā)器,實現(xiàn)MOSFET開關(guān)的快速導(dǎo)通和關(guān)斷,以及觸發(fā)的一致性。仿真結(jié)果顯示設(shè)計能夠滿足指標(biāo)要求。 

【文章來源】：微波學(xué)報. 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

感應(yīng)疊加拓撲

為獲得納秒級脈沖前沿,必須要盡量減小脈沖變壓器的漏感。因此,感應(yīng)脈沖變壓器的初級和次級均設(shè)計成單匝,并且采用圓柱形同軸結(jié)構(gòu)形式。除了變壓器的漏感,對脈沖前沿影響較大的還有回路的引線電感,以及每個脈沖發(fā)生器單元的電容和開關(guān)的寄生電感。因此,脈沖發(fā)生器單元和感應(yīng)脈沖變壓器采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計。為脈沖變壓器設(shè)計了合適尺寸的鍍銀銅板金屬罩,將磁芯環(huán)繞封閉在金屬罩中間,金屬罩的上下層之間留有間隙,作為變壓器的初級繞組。金屬罩的間隙處,上下層均伸出帶有緊固孔的銅板作為脈沖變壓器的外部接口,與脈沖發(fā)生器單元直接連接。該設(shè)計一方面最大化減小放電回路的路徑,一方面起到對脈沖發(fā)生器單元的支撐固定作用。每一個脈沖發(fā)生器單元和對應(yīng)的感應(yīng)脈沖變壓器形成一個脈沖發(fā)生器組件,單個脈沖發(fā)生器組件可輸出一定的脈沖電壓和脈沖電流。多個脈沖發(fā)生器組件依次堆疊后,采用金屬桿穿過所有脈沖變壓器磁芯的中央,作為變壓器的次級繞組,次級繞組上輸出的脈沖電壓為所有脈沖發(fā)生器組件輸出電壓的疊加。采用緊湊型設(shè)計的脈沖發(fā)生器布局如圖2所示。2.2 開關(guān)管選擇

為減小每個脈沖發(fā)生器組件的分布電感,并降低單個射頻MOSFET開關(guān)的電流應(yīng)力,每個組件包括兩個相同的脈沖發(fā)生器單元,如圖3所示。這種設(shè)計,相當(dāng)于兩個脈沖發(fā)生器單元共同分擔(dān)50 A的負載脈沖電流以及變壓器勵磁電流。需要指出的是,為防止在負載短路或觸發(fā)信號不同步時造成的瞬態(tài)高壓損壞MOSFET開關(guān),在MOSFET開關(guān)的漏極和源極并聯(lián)了緩沖吸收電路,并在脈沖變壓器初級設(shè)置了電壓鉗位電路。為保證電流平均分配,兩個脈沖發(fā)生器單元采用對稱排布,緊緊圍繞脈沖變壓器的環(huán)形磁芯,并利用金屬罩接口分別固定在脈沖變壓器的兩端,每個單元和脈沖變壓器初級繞組形成的放電回路的路徑嚴(yán)格相等,如圖4所示。

【參考文獻】：
期刊論文
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