高频纳秒脉冲调制器的分立磁耦合驱动器设计

随着高压纳秒固态脉冲发生器在生物、工业和环境等领域的应用日益广泛和深入，脉冲波形、电压幅值、脉冲持续时间、脉冲重复频率等参数已成为特定脉冲功率应用所需的基本可控变量。为了进一步减小电源的体积、降低成本，提出一款以正极性Marx为主电路、多个脉冲变压器为核心驱动器、具有纳秒级前沿高重复频率的高压纳秒脉冲调制器。提出的驱动器结构紧凑，无需提供多路隔离供电的驱动电源，可以在高重复频率下实现两个金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETs）的栅极电压快速同步上升和下降，获得百纳秒以内、幅值可控的栅极驱动电压。不仅最大脉宽不受磁芯饱和的限制，而且负偏置电压使开关管可控关断，同时在一定程度上避免了电流流过MOSFET米勒电容而引起的寄生导通，提高了电路工作的可靠性。此外，研究了不同匝数和磁芯材料对驱动波形的影响。搭建了一台14级脉冲调制器样机，测试结果表明，基于该驱动器下的调制器输出电压和脉宽都连续可调，具有改变脉冲轮廓的能力，最大输出电压可达5.5 kV，脉宽调节范围为100 ns～50 ms，最小上升时间约18 ns，重复频率为100 kHz。