MARX放電電路脈沖成形技術(shù)的研究.pdf

1、Marx發(fā)生器最早應(yīng)用于高電壓專業(yè)中被用作沖擊電壓發(fā)生器，是高壓試驗(yàn)中的常用設(shè)備。近年來(lái)由于脈沖功率技術(shù)的蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。在很多需要高功率脈沖的場(chǎng)合，都可以看到Marx發(fā)生器的身影。
　　激光推進(jìn)是當(dāng)今航天領(lǐng)域中的新興領(lǐng)域之一，由于其低成本、高效費(fèi)比、環(huán)保的特點(diǎn)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，并被認(rèn)為是小衛(wèi)星等輕載荷的理想發(fā)射方式。各國(guó)都很重視這方面的相關(guān)研究工作，其中作為其關(guān)鍵技術(shù)之一的CO2高功率脈沖激光器已成為激光研究領(lǐng)

2、域的一個(gè)重要的研究方向。主要的研究目標(biāo)是提高激光器輸出激光的能量和重復(fù)頻率以滿足激光推進(jìn)技術(shù)的需求。因?yàn)镸arx發(fā)生器具有輸出電壓峰值高、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、以脈沖模式工作等優(yōu)點(diǎn)，是激勵(lì)高功率CO2激光器的合適選擇。但是，傳統(tǒng)Marx發(fā)生器主要工作在間斷輸出的模式下，并不適合激光推進(jìn)領(lǐng)域高重復(fù)頻率工作模式的要求。
　　本文分析了激光推進(jìn)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及對(duì)高功率激光器的技術(shù)要求，針對(duì)激光器工作氣體激發(fā)的穩(wěn)定性控制和重復(fù)頻率的要求，給出了激光

3、器激勵(lì)電源的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在對(duì)Marx發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程分析的基礎(chǔ)上，建立了Marx發(fā)生器的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，模擬了Marx發(fā)生器運(yùn)行的基本過(guò)程。得出了限流電阻的損耗、充電時(shí)間、電容電壓、放電效率、放電脈沖上升時(shí)間等各個(gè)變量及參數(shù)之間的制約關(guān)系。
　　本文引入了由電感代替電阻的Marx發(fā)生器隔離方式。通過(guò)對(duì)電感隔離Marx發(fā)生器充電過(guò)程和放電過(guò)程進(jìn)行理論分析，建立了基于傳輸線理論的充電過(guò)程數(shù)學(xué)模型，給出了數(shù)學(xué)定量公式用以分

4、析充電過(guò)程的時(shí)間和作為充電電阻的配置原則。并利用拉氏變換，建立了放電模型并求解出時(shí)域過(guò)程的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過(guò)建立Matlab仿真模型，分別對(duì)充電和放電過(guò)程進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，電感隔離Marx發(fā)生器充電過(guò)程電流波形為準(zhǔn)方波，電壓利用率高，充電時(shí)間短，充電電容電壓均衡。放電過(guò)程，隔離電感隔離效果顯著提高，旁路電流較小，放電過(guò)程迅速。
　　此外，在對(duì)主電路改進(jìn)的同時(shí)，本文對(duì)與Marx發(fā)生器的放電脈沖波形和重復(fù)頻率密切相關(guān)的其他方面（如