一种高压正脉冲发生电路和装置的制作方法

本申请属于脉冲功率，具体涉及一种高压正脉冲发生电路和装置。

背景技术：

1、高压纳秒脉冲技术在现代科技多个关键领域扮演着核心角色。传统上，由雪崩晶体管（avalanche bipolar junction transistor，abjt）构建的marx电路，因其能产生前沿快（可达亚纳秒级）、脉冲窄（纳秒量级）的高压脉冲，而被广泛应用。然而，这类电路的传统拓扑结构在实际应用中，其输出脉冲常为负极性。这种负脉冲输出，在某些应用场景下，例如当被作用物体，如生物细胞、特定材料，对脉冲极性敏感时，或当使用正极性脉冲能有效提升介质击穿场强、优化电极寿命及改善等离子体行为时，就显现出其局限性。

2、更为重要的是，在诸如等离子体射流驱动的磁惯性融合等前沿装置中，驱动等离子体枪的脉冲功率源明确需要正极性纳秒脉冲。而若将传统雪崩晶体管marx电路作脉冲反转后，存在充电时间长，放电能量消耗大的问题。若正脉冲的稳定和高性能产生问题得不到解决，将直接制约这些尖端技术的探索与发展。因此，发展基于雪崩晶体管的marx电路的正极性脉冲产生能力，并非简单的脉冲反转，而是脉冲功率技术领域为满足特定前沿应用需求、克服负脉冲固有局限所必须攻克的技术方向，具有明确且重要的研究价值。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于提供一种高压正脉冲发生装置，旨在解决传统雪崩晶体管marx电路的脉冲反转方案受限于负向脉冲结构，充电时间长且放电能量消耗大，无法适应正极性脉冲场景的问题。

2、本申请的第一方面涉及一种高压正脉冲发生电路，包括：第一储能模块、至少一个包括选通单元的中继储能模块、第一雪崩三极管、与中继储能模块相同数量的中继雪崩三极管、触发模块和脉冲输出模块；触发模块的第一输出端分别连接各选通单元；第一储能模块的输出端连接第一雪崩三极管的集电极；第一雪崩三极管的发射极连接第一级中继储能模块的输入端；第一雪崩三极管的基极连接触发模块的第二输出端；最后一级中继储能模块的输出端连接最后一级中继雪崩三极管的集电极；最后一级中继雪崩三极管的发射极连接脉冲输出模块的输入端；当存在至少两个中继储能模块时，任意两个相邻中继储能模块之间通过前级的输出端连接中继雪崩三极管的集电极，后级的输入端连接同一中继雪崩三极管的发射极的方式连接；其中，中继雪崩三极管的基极与发射极相连；选通单元用于在接收到导通信号时导通以使中继储能模块的储能器件充电回路选通，用于在接收到关断信号时关断以使中继储能模块的储能器件放电回路选通；触发模块用于在充电阶段，向第一雪崩三极管的基极发送关断信号使第一雪崩三极管截止，并向各选通单元发送导通信号，使得第一储能模块与各中继储能模块能独立进行充电；触发模块还用于在放电阶段，向第一雪崩三极管的基极发送导通信号使第一雪崩三极管导通，并向各选通单元发送关断信号；第一雪崩三极管的雪崩击穿通过放电回路触发多个中继雪崩三极管依次发生雪崩击穿，使得各放电回路通过已击穿的雪崩三极管连通至脉冲输出模块形成脉冲发生通路；各级储能单元中储存的电能通过脉冲发生通路串联叠加，最终在脉冲输出模块上产生一个高压正脉冲。

3、在一实施例中，第一储能模块包括：第一电阻和第一电容；第一电阻的第一端连接电源，第一电阻的第二端分别连接所示第一雪崩三极管集电极和第一电容的第一端；第一电容的第二端接地。

4、在一实施例中，中继储能模块还包括：储能单元；储能单元的第一端连接电源，储能单元的第二端连接后一雪崩三极管的集电极，储能单元的第三端分别连接前一雪崩三极管的发射极和选通单元的第一端；选通单元的第二端连接触发模块的第一输出端，选通单元的第三端接地；储能单元，用于在选通单元导通时通过电源进行充电，还用于选通单元断开时通过雪崩三极管放电。

5、在一实施例中，储能单元包括：第二电阻和第二电容；第一电阻的第一端连接电源，第一电阻的第二端分别连接所示后一雪崩三极管的集电极和第二电容的第一端；第一电容的第二端分别连接前一雪崩三极管的发射极和选通单元的第一端。

6、在一实施例中，选通单元包括：继电器、三极管、mos管或绝缘栅双极晶体管的一种；在选通单元为绝缘栅双极晶体管时，绝缘栅双极晶体管的栅极连接触发模块的第一输出端，绝缘栅双极晶体管的集电极连接储能单元的第三端，绝缘栅双极晶体管的发射极接地。

7、在一实施例中，触发模块包括：第一触发单元和第二触发单元；第一触发单元的输出端分别连接各选通单元；第二触发单元的输出端连接第一雪崩三极管的基极；第一触发单元用于控制选通单元的导通关断状态；第二触发单元用于控制第一雪崩三极管的导通关断状态。

8、在一实施例中，第一触发单元包括：第一驱动器；第一驱动器的正端分别连接接各选通单元，第一驱动器的负端接地。

9、在一实施例中，第二触发单元包括：第二驱动器、触发电容和触发电阻；第二驱动器的正端连接触发电容的第一端；触发电容的第二端分别连接第一雪崩三极管的栅极和触发电阻的第一端；触发电阻的第二端分别连接第二驱动器的负端和第一雪崩三极管的发射极；第二驱动器的负端内部悬空。

10、在一实施例中，脉冲输出模块包括：负载电阻；负载电阻的第一端连接最后一级中继雪崩三极管的发射极；负载电阻的第二端接地。

11、本申请的第二方面涉及一种高压正脉冲发生装置，高压正脉冲发生装置包括：第一方面的高压正脉冲发生电路。

12、可以理解的是，上述中继方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

13、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

14、本申请由于采用了第一储能模块和包含选通单元的中继储能模块通过雪崩三极管级联的电路结构，在充电阶段，通过触发模块控制各储能模块独立充电，能提供简化充电回路的基础，从而提高充电效率；在放电阶段，触发模块关断选通单元，使第一雪崩三极管的雪崩击穿通过专门构建的放电回路依次触发后续中继雪崩三极管击穿，形成串联的脉冲发生通路，该通路完全独立于充电回路，避免了传统方案中放电能量被充电路径消耗的问题；最终，通过各级储能单元电能的串联叠加正向输出，在脉冲输出模块上产生高压正脉冲，与现有技术相比，显著提升了能量利用效率和脉冲输出性能。

1.一种高压正脉冲发生电路，其特征在于，包括：第一储能模块、至少一个包括选通单元的中继储能模块、第一雪崩三极管、与中继储能模块相同数量的中继雪崩三极管、触发模块和脉冲输出模块；

2.如权利要求1所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述第一储能模块包括：第一电阻和第一电容；

3.如权利要求2所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述中继储能模块还包括：储能单元；

4.如权利要求3所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述储能单元包括：第二电阻和第二电容；

5.如权利要求1所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述选通单元包括：继电器、三极管、mos管或绝缘栅双极晶体管的一种；

6.如权利要求1所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述触发模块包括：第一触发单元和第二触发单元；

7.如权利要求6所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述第一触发单元包括：第一驱动器；

8.如权利要求6所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述第二触发单元包括：第二驱动器、触发电容和触发电阻；

9.如权利要求1所述的高压正脉冲发生电路，其特征在于，所述脉冲输出模块包括：负载电阻；

10.一种高压正脉冲发生装置，其特征在于，所述高压正脉冲发生装置包括：如权利要求1至9中任一项所述的高压正脉冲发生电路。