利用BJT开关的Marx型脉冲发生器.pdf

第47卷第1期
电力电子技术
Vo】.47,No.1
2013年1月
Power Electronics
January 2013
利用BJT开关的Marx型脉冲发生器
李孜,黄茨
(上海理工大学,电气工程系,上海20093)
摘要:主要介绍了双极结型晶体管(BJT)的击穿特性,以及作为开关应用时的通断速度。根椐实验结果可知,
BT的开关速度在20ns以内,尤其在基射极短路的情况下,开关速度低于10ns,是理想的开关元件。最后利用
BT作为开关设计了一个纳秒级Marx型负脉冲发生器,根据实验结果可知,输出脉冲幅值可达2.3kV,宽度低
于10ns,脉冲下降沿为3ns。
关键词:脉冲发生器;双极结型晶体管;击穿特性
中图分类号:TN782
文献标识码:A
文章编号:1000-100X(2013)01-0013-02
Marx Pulse Generator Using BJT as Switches
L Zi, HUANG Ci
(University of Shangha for Science and Technology, Shanghai 200093, China)
Abstract: The breakdown characteristics and the speeds turning-on and turning-off speeds of bipolar junction transistor
(BJT )are introduced. rom the experimental results, it can be found the breakdown speed of a BJT is less than 10 ns
with short circuit between base and emitter. A Marx generator using BJT as switches can output high voltage, low en-
ergy
with ns pulse rising and falling time, and varable pulse width, pulse polarity, and pulse frequency. A ns
stage
generator is designed in this research, and it can output continuous negative pulses with peak voltage up to
2.3 kv, pulse width less than 10 ns and 3 ns falling time
Keywords: pulse generator; bipolar junction transistor; breakdown charcateristics
Foundation Project: Supported by the Innovation and Technology Project of Education Commission of Shanghai(No
5310302201)
1引言
置,其主要开关部件是火花隙开关。然而,火花隙
为生成脉冲等离子继而应用于各种场合,脉开关在高频动作时,其寿命和维护等问题变得很
冲功率发生器有各种各样的形式,例如磁压缩脉棘手,且不利于设备的小型化。
冲发生器MPC、脉冲成形线路等。然而从设备
近年来,随着各类大功率开关器件的快速发
小型化的角度出发,上述脉冲发生器受到各方面展,例如大功率 MOSFET,IGBT等都被选择在较
限制、并因此影响输出信号的宽度、上升沿或下降低功率的环境下替代火花隙开关以达到设备小型
沿的压缩及可靠性回。在此考虑到设备小型化的化的目的。在此基于进一步小型化及延长寿命、提
需求,设计开发了一种利用电容作为能暈储存元高可靠性的目的,选择BT作为开关元件。然而,
件,B作为开关的Mamx型脉冲发生器。该装置的与火花隙开关相比,BT的缺点是开关速度较。
特点是开关速度快,输出可调,脉冲上升沿或下降这是因为通常BJT工作时,基极电流控制集电极
沿极短,可产生极强的脉冲电场冲击等。设备尺电流(载流子),而BT的开关速度受限于PN结
寸被大幅压缩,便于移动和携带。
中储存的载流子。为了解决此问题,利用BⅣT中的
击穿现象,可将通常动作时微秒级的开关时间缩
2原理及设计
短到纳秒级,从而实现了高速开关的功能。
2.1Marx发生器原理
Max发生器的基本原理如图1a所示。直流电
Marx发生器是一种典型的大功率脉冲发生装压源4通过充电电阻向电容器并联充电。充电
基金项目:上海教育委员会科研创新重点项目(5310302201)
结束后,开关S,触发导通。开关S2,S依次导通,
定稿日期:2012-03-28
各级电容串联对负载放电,输出电压为n倍的充
作者简介:李孜(1972-),女,河北那台人,博士,讲师
电电压,其中n为电容串联级数,如图1b所示。
研究方向为脉冲功率的发生及应用。
到最后一级开关导通为止,充电的时间为:
13