本發明涉及一種脈沖功率技術領域，特別涉及一種緊湊型高壓可控Marx發生器。
背景技術：
脈沖功率技術是研究強電脈沖功率放大的技術，它以較低功率在較長的時間內儲存電場或磁場能量，然后借助于各種開關進行快速能量切換、脈沖壓縮、功率放大，在很短時間內將脈沖電磁能量釋放到特定的負載上，也就是說將脈沖能量在時間尺寸上進行壓縮，以獲得在極短時間內的高峰值功率輸出。
高功率脈沖技術中，作為初級能源大多采用Marx發生器，Marx發生器能在較低的充電電壓下，通過并聯充電、串聯放電的方式，產生兆伏量級的高壓脈沖信號。俄羅斯開發出的SINUS和RADAN系列產品在高功率脈沖技術方面的發展有著巨大的貢獻。
然而，由于一般的Marx發生器產生的脈沖電壓極高，容易導致脈沖電容特別是與參考大地連接的電容承受極高的過電壓脈沖而擊穿，降低了Marx發生器整體的可靠性，威脅著它的安全。Marx發生器的另外一個瓶頸是脈沖前沿陡度不易保證、各間隙的點火動作也不容易同步。而且隨著技術及應用需求的發展，脈沖功率系統除了滿足輸出電壓、功率等基本的要求以外，還對其體積和重量提出了更高的要求。
因此，設計小型、輕量化Marx裝置、提高其可靠性、保證脈沖前沿陡度，是Marx發生器的發展方向。
技術實現要素：
針對當前Marx發生器整體可靠性不高、脈沖前沿陡度不易保證、小型化、輕量化等的要求，本發明所提供的一種緊湊型高壓可控Marx發生器。
此Marx發生器，包括充電電源、充電電阻、球間隙觸發開關、耐壓電容組、（N-1）個電容、（N-1）個火花開關、2N個電阻及陡化間隙，其中所述充電電阻、球間隙觸發開關、耐壓電容組、電容、火花開關及電阻均設置于密封的金屬圓筒內，且該密封的金屬圓筒內填充有液態氮和六氟化硫的混合氣體；所述充電電源與充電電阻的一端相連，所述充電電阻的另一端通過耐壓電容組接地，所述充電電阻與耐壓電容組之間的節點還依次通過第一至第（N-1）電阻與第N電阻的一端相連，每兩相鄰的電阻之間的節點依次通過一電容及一電阻后接地，所述球間隙觸發開關的兩端分別連接于第一電阻與充電電阻之間的節點以及第一電容與第（N+1）電阻之間的節點，第一火花開關與球間隙觸發開關并聯連接，第二火花開關的兩端分別連接于第二電阻與第一電阻之間的節點以及第二電容與第（N+2）電阻之間的節點，第（N-1）火花開關的兩端分別連接于第N電阻與第（N-1）個電阻之間的節點以及第N電容與第2N電阻之間的節點，所述第N電阻與第（N-1）電容之間的節點連接于陡化間隙的一端，所述陡化間隙的另一端用于輸出高壓脈沖。
進一步的，所述緊湊型高壓可控Marx發生器還包括高壓二極管，所述高壓二極管連接于充電電源和充電電阻之間，其中所述高壓二極管的一端與充電電源相連，所述高壓二極管的另一端與充電電阻相連。
進一步的，所述緊湊型高壓可控Marx發生器還包括第一高壓套管，所述充電電阻與高壓二極管之間的連線上套設有第一高壓套管，且所述第一高壓套管的部分位于金屬圓筒的內部，另一部分位于金屬圓筒的外部。
進一步的，所述緊湊型高壓可控Marx發生器還包括第二高壓套管，所述陡化間隙的另一端通過第二高壓套管輸出高壓脈沖，所述第二高壓套管的部分位于金屬圓筒的內部，另一部分位于金屬圓筒的外部。
進一步的，所述緊湊型高壓可控Marx發生器還包括穩壓電容，所述陡化間隙的另一端還通過所述穩壓電容接地，所述穩壓電容位于金屬圓筒的外部。
其中，所述耐壓脈沖電容組與（N-1）個電容通過絕緣卡扣固定于電容支撐板之上并呈一字型排布，且所述耐壓脈沖電容組和所述（N-1）個電容為同軸結構排布。
其中，所述球間隙觸發開關與所述（N-1）個火花開關呈并聯關系且處于同一光路上。
其中，所述球間隙觸發開關為可控觸發。
其中，所述電容支撐板及絕緣隔板均采用聚四氟乙烯絕緣材料制成，所述密封的金屬圓筒采用鋼材料制成。
進一步的，所述緊湊型高壓可控Marx發生器還包括一位于金屬圓筒內部的絕緣板，所述絕緣板將整個金屬圓筒分為上下兩部分，所述（N-1）個火花開關及球間隙觸發開關均位于上部，且所述液態氮和六氟化硫只被注入到密封金屬圓筒的上部。
本發明所述的一種緊湊型高壓可控Marx發生器，其將第一級電容設置為耐壓電容組，有效的提高了整個Marx發生器的耐壓能力和整體穩定性。同時，將所述球間隙觸發開關和第一級火花開關設置為并聯連接，可在運行時使用球間隙觸發開關控制整個Marx發生器的開啟，不僅可有效控制Marx發生器的放電并且降低了整個發生器內的火花開關的損耗，分攤沖擊電流，進而得以提高整個發生器的耐用性和穩定性。另外，所述金屬圓筒的內部填充有液態氮和SF6的混合氣體，線路的分布電阻很小，滅弧效果極好，由于液態氮的存在使得擊穿強度極高，球間隙很短，分布電感小，進而可使得整個發生器所產生的輸出高壓脈沖的陡度跟大。且，本發明中，所述若干火花開關處于同一光路上，可使得火花在放電后所產生的紫外線能對下一級火花開關產生預導通的效果，有助于整個Marx發生器的快速導通。
附圖說明
為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：
圖1是本發明一種緊湊型高壓可控Marx發生器的較佳實施方式的示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖，對本發明的優選實施進行詳細的描述。
圖1為本發明所述一種緊湊型高壓可控Marx發生器的較佳實施方式的示意圖，所述緊湊型高壓可控Marx發生器的較佳實施方式包括充電電源V、高壓二極管D1、第一高壓套管2及第二高壓套管20、充電電阻R01、球間隙觸發開關G1、耐壓電容組6、若干電容、若干火花開關、若干電阻、陡化間隙9及穩壓電容C20，其中所述充電電阻R01、球間隙觸發開關G1、耐壓電容組6、若干電容、若干火花開關及若干電阻均設置于密封的金屬圓筒8內，且該密封的金屬圓筒8內填充有液態氮和六氟化硫（SF6）的混合氣體。
所述充電電源V與高壓二極管D1的陽極相連，所述高壓二極管D1的陰極與充電電阻R01的一端相連，所述充電電阻R01與高壓二極管D1之間的連線上套設有第一高壓套管2，且所述第一高壓套管2的部分位于金屬圓筒8的內部，另一部分位于金屬圓筒8的外部。當然其他實施方式中，亦可將充電電源V與高壓二極管D1的陰極相連，所述高壓二極管D1的陽極則與充電電阻R01相連。
所述充電電阻R01的另一端通過耐壓電容組6接地，本實施方式中，所述耐壓電壓組6包括電容C11~C14，所述電容C11的一端連接于充電電阻R01上遠離高壓二極管D1的一端，所述電容C11的另一端通過電容C12接地，所述電容C13的一端亦連接于充電電阻R01上遠離高壓二極管D1的一端，所述電容C13的另一端通過電容C14接地，所述電容C11與電容C12之間的節點連接于電容C13與電容C14之間的節點。當然，其他實施方式中，所述耐壓電壓組6亦可包括其他數量的電容。
所述充點電阻R01與電容C11之間的節點還依次通過電阻R11、R12、R13...與R1n的一端相連，所述電阻R11與電阻R12之間的節點依次通過電容C2及電阻R21后接地，所述電阻R12與電阻R13之間的節點依次通過電容C3與電阻R22連接于電容C2與電阻R21之間的節點，以此類推，電阻R1n依次通過電容Cn及電阻R2n連接于電容Cn-1與電阻R2(n-1)（圖未示）之間的節點。
所述球間隙觸發開關G1的兩端分別連接于電阻R11與充電電阻R01之間的節點以及電容C2與電阻R21之間的節點，第一火花開關G2與球間隙觸發開關G1并聯連接，第二火花開關G3的兩端分別連接于電阻R12與電阻R11之間的節點以及電容C3與電阻R22之間的節點，第三火花開關G4的兩端分別連接于電阻R13與電阻R12之間的節點以及電容C4與電阻R23之間的節點，以此類推，第（N-1）火花開關Gn的兩端分別連接于電阻R1n與電阻R1(n-1)之間的節點以及電容Cn與電阻R2n之間的節點。
所述電阻R1n與電容Cn之間的節點連接于陡化間隙9的一端，所述陡化間隙9的另一端通過第二高壓套管20輸出高壓脈沖，同時還通過所述穩壓電容C20接地。本實施方式中，所述第二高壓套管20的部分位于金屬圓筒8的內部，另一部分位于金屬圓筒8的外部，所述穩壓電容C20位于金屬圓筒8的外部。
本實施方式中，所述耐壓脈沖電容組6與其他多個電容C2~Cn通過絕緣卡扣固定于電容支撐板之上并呈一字型排布，且所述耐壓脈沖電容組6和其他多個電容C2~Cn為同軸結構排布。所述球間隙觸發開關G1與若干火花開關呈并聯關系且處于同一光路上，所述球間隙觸發開關G1為可控觸發。
具體來說，本發明所述的緊湊型高壓可控Marx發生器包括有（N-1）個電容、（N-1）個火花開關、2N個電阻，其中所述充電電阻R01與耐壓電容組6之間的節點還依次通過第一至第（N-1）電阻與第N電阻的一端相連，每兩相鄰的電阻之間的節點依次通過一電容及一電阻后接地，所述球間隙觸發開關G1的兩端分別連接于第一電阻R11與充電電阻R01之間的節點以及第一電容C2與第（N+1）電阻之間的節點，第一火花開關G2與球間隙觸發開關G1并聯連接，第二火花開關G2的兩端分別連接于第二電阻R12與第一電阻R11之間的節點以及第二電容C3與第（N+2）電阻之間的節點，第（N-1）火花開關Gn的兩端分別連接于第N電阻R1n與第（N-1）個電阻之間的節點以及第N電容Cn-1與第2N電阻R2n之間的節點，所述第N電阻R1n與第（N-1）電容Cn-1之間的節點連接于陡化間隙9的一端。
本實施方式中，所述電容支撐板及絕緣隔板均采用聚四氟乙烯等絕緣材料制成，所述密封的金屬圓筒8采用鋼材料制成。
下面將對上述Marx發生器的工作原理進行簡單的說明：
所述充電電源V通過高壓二極管D1與充點電阻R01給所述耐壓電容組6及各電容進行充電，所述球間隙觸發開關G1用于控制整個Marx發生器的觸發時間，所述多個火花開關并聯連接以有效的分攤沖擊電流對球間隙觸發開關G1的損耗。
本實施方式中，所述多個火花開關和球間隙開關G1放置于同一光路上，如此前一級開關導通時產生的紫外線可以有效的對下一級開關產生預電離的效果，同時，由于有液態氮和六氟化硫的混合氣體，可使得所有開關幾乎工作于超導狀態下，滅弧效果極好，穩定性極高，進而使得輸出的高壓脈沖波形更接近于理想狀態。
本發明所述的緊湊型高壓可控Marx發生器，其球間隙觸發開關G1、充電電源V及高壓二極管D1的尺寸大小可根據整個Marx發生器所需的高壓脈沖的指標參數而確定，所述耐壓電容組6所包含的電容的數量及大小參數亦由所需的高壓脈沖的指標參數而確定，而所述電容支撐板的尺寸則由電容的數量及大小而決定。
本發明所述的一種緊湊型高壓可控Marx發生器，其將第一級電容設置為耐壓電容組，有效的提高了整個Marx發生器的耐壓能力和整體穩定性。同時，將所述球間隙觸發開關和第一級火花開關設置為并聯連接，可在運行時使用球間隙觸發開關控制整個Marx發生器的開啟，不僅可有效控制Marx發生器的放電并且降低了整個發生器內的火花開關的損耗，分攤沖擊電流，進而得以提高整個Marx發生器對過電壓的耐能力，提高了其可靠性。另外，所述金屬圓筒8的內部填充有液態氮和SF6的混合氣體，線路的分布電阻很小，滅弧效果極好，由于液態氮的存在使得擊穿強度極高，球間隙很短，分布電感小，進而可使得整個發生器所產生的輸出高壓脈沖的陡度更高。而且本發明中，所述若干火花開關處于同一光路上，可使得火花在放電后所產生的紫外線能對下一級火花開關產生預導通的效果，有助于整個Marx發生器的同步快速動作，提高前沿陡度。
其他實施方式中，還可在所述金屬圓筒8內加入一絕緣隔板，以將整個密封的金屬圓筒8分為上下兩個半圓柱，所述若干火花開關及球間隙觸發開關置于密封金屬圓筒8的上部，所述密封金屬圓筒8的上部注入液態氮和六氟化硫；其他部件則置于密封金屬圓筒8下部，所述密封金屬圓筒8下部注入絕緣油。
最后說明的是，以上優選實施僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管通過上述優選實施已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其做出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的范圍。