150kV全固态高压脉冲发生器设计

第２４卷第３期　２０１２年３月　强　激　光　与　粒　子　束　ＨＩＧＨ　ＰＯＷＥＲ　ＬＡＳＥＲ　ＡＮＤ　ＰＡＲＴＩＣＬＥ　ＢＥＡＭＳ　Ｖｏ１．２４，Ｎｏ．３　Ｍａｒ．，２０１２　文章编号：１００１—４３２２（２０１２）０３—０６７３—０５　１　５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器设计　雷　宇，　邱　剑，　刘克富　（复旦大学电光源研究所，上海２００４３３）　摘　要：　设计了一种基于全固态ＭＯＳＦＥＴ半导体开关器件的Ｍａｒｘ脉冲发生器。充电回路用快恢复二　极管代替充电电阻，减小了充电部分功率损耗；将主电路和驱动电路集成在一起，采用自取电模式给驱动电路　供电；由光纤传输驱动信号，抑制了放电回路对触发信号的干扰；采用Ｊｒｇｉ／逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结　构，不仅减小了回路电感，而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Ｍａｒｘ发生器充电部分仅需提　供９００　Ｖ低压，用１８０级单元串联，获得最高幅值为１５０　ｋＶ、脉宽１～５　ｓ可调的高压快脉冲，前沿控制在５００　ｎｓ以内。利用该脉冲发生器在５０　ｋＱ电阻和５　ｐＦ电容并联的等效负载上进行了一系列实验；比较分析了脉冲　发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素，包括回路电感、ＭＯＳＦＥＴ驱动电压及主回路分布电容等，　并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。　关键词：　Ｍａｒｘ发生器；全固态开关；金属氧化层半导体场效应管；顺／逆时针方向环形分布的紧凑　型结构；分布电容　中图分类号：ＴＭ８　文献标志码：　Ａ　ｄｏｉ：１０．３７８８／ＨＰＬＰＢ２０１２２４０３．０６７３　随着脉冲功率技术的发展，Ｍａｒｘ发生器被广泛地应用于高功率微波、高功率激光、电磁发射等领域　］。　传统Ｍａｒｘ发生器的工作原理是对若干电容器组并联充电，然后改变电路结构，实现电容器组串联后通过火花　隙或闸流管等气体开关进行放电，形成幅值倍增的脉冲电压。但是气体开关器件逐渐暴露了很多缺陷，例如重　复频率低、稳定性差、寿命短等Ｉ５］。固态开关具有紧凑、轻便、重复频率高、可控性好、易于驱动等特点，随着近　几十年来半导体固态开关的发展和成熟，大功率的固态开关被当作主开关广泛应用于Ｍａｒｘ发生器中　］。目　前使用较多的固态开关器件有金属氧化层半导体场效应管（ＭＯＳＦＥＴ）和绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）。　ＭＯＳＦＥＴ作为一种高频电力电子器件，其开关速度较快，典型开通时间为２０　ｎｓ，工作频率可以做到１　ＭＨｚ，　目前单管的最大额定电压能达到１　２００　Ｖ左右，通流能力一般在５０　Ａ以内。与Ｍ０ＳＦＥＴ相比，ＩＧＢＴ具有更　高的工作电压和通流能力，ＩＧＢＴ模块的最大额定电压有６　５００　Ｖ，单管ＩＧＢＴ为４　０００　Ｖ，电流一般不超过１００　Ａ，开关速度能达到１００　ｎｓ以内。为了得到更快的脉冲前沿，本文所设计的１５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器采　用ＭＯＳＦＥＴ作为放电主开关。在结构方面，Ｍａｒｘ放电单元采用Ｎ／逆时针环形分布的紧凑型结构，用来改善　回路电感，提高输出脉冲的上升沿。　１　电源设计　１．１全固态Ｍａｒｘ发生器主电路设计　。　Ｄ　Ｄ　Ｄ　１５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器的电路结构　如图１所示。单级充电电压不超过１　０００　Ｖ，充分　考虑ＭＯＳＦＥＴ的通态压降以及线路阻抗上的压　降，一共采用１８０级Ｍａｒｘ单元，以保证输出电压　幅值能够达到１５０　ｋＶ。每１２级单元构成一个模　块，故脉冲发生器一共由１５个Ｍａｒｘ模块组成；　为分析方便，在图１中简化成了４级Ｍａｒｘ电路。　Ｃ＝　Ｄ　Ｄ　Ｌ—三　—一　Ｄ　Ｄ　’　ｒ　Ｆｉｇ．１　Ｃｉｒｃｕｉｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　１　５０　ｋＶ　ａｌｌ—ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　该脉冲发生器采用直流充电方式，工频电源Ｖｉ　经　过变压器Ｔ隔离并进行升压，通过全桥整流后将　图１　１５Ｏ　ｋＶ全固态高压脉冲发生器的电路结构　＊收稿日期：２０１１－１１－０８；　修订日期：２０１１－１２—１９　基金项目：国家自然科学基金项目（５０８３７００４）　作者简介：雷宇（１９８７一），男，硕士研究生，主要从事脉冲功率方面的研究；０９２１０７２００８４＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ。　６７４　强　激　光　与　粒　子　束　第２４卷　正向电压输送至Ｍａｒｘ主电路。在充电电压输出的正负端分别接保护电阻Ｒ　一尺。一２０　ｋＱ。若负载接地点的　位置改变，无论Ｍａｒｘ发生器放电时在负载端得到正向或是负向高压脉冲，Ｒ　和Ｒ。均能对整流元件进行有效　的限流保护。充电时所有的ＭＯＳＦＥＴ开关ｓ关闭，充电回路中用二极管Ｄ代替充电电阻或充电电感，减小了　功率损耗；每一级电容的充电回路中均含有１８０个二极管（不包括整流桥），所以即使考虑Ｎ－－－极管的正向导通　压降，每级电容上也能充上均等的电压。　脉冲发生器放电时，驱动信号使所有ＭＯＳＦＥＴ同时导通，主电容Ｃ经开关Ｓ串联后在负载上形成脉冲高　压。此时二极管Ｄ对每级内部和极间进行电压隔离，考虑到隔离电压最高为１　０００　Ｖ，故此处采用Ｉｎｆｉｎｅｏｎ公　司的快恢复二极管ＩＤＰ３０Ｅ１２０。负载由５０　ｋＱ电阻与５　ｐＦ电容并联组成，通过调节ＭＯＳＦＥＴ的导通维持时　间来控制输出电压平顶脉宽在１～　ｓ范围内可调，脉冲发生器指标希望在满负载最大脉宽放电时输出电压　的顶降△ｕ低于３　，由此可以估算主电容的容量取值　］。电压顶降公式为　ＡＵ≤　一　二　Ｌ／ｓ　Ｇ／　一０．０３Ｕ。　（１）　式中：ＡＱ为一次放电过程中产生的总电荷量；Ｃ　为Ｍａｒｘ发生器串联等效总电容；　为负载电流；　．＋　为流　过充电电源部分的电流；ｒ　为最大脉宽；Ｃ为每级主电容；ｎ为级数。由式（１）可以得到，电容Ｃ≥１．３５　Ｆ，故　选取容量值为１．５　Ｆ、工作电压１　２００　Ｖ的无感电容。根据单级电压和输出脉冲前沿的要求，全固态脉冲发生　器中的ＭＯＳＦＥＴ选用ＩＸＹＳ公司的ＩＸＦＸ２６Ｎ１２ＯＰ，其工作参数见表１。放电过程中，如果某一路ＭＯＳＦＥＴ　发生故障无法可控导通，则该级回路的二极管Ｄ会由于两端的正向电压而开通，将这一路的开关和电容器旁　路掉，从而不会影响其他单元的正常工作。放电回路中的串联电阻Ｒ是一个保护电阻，在短路故障或电流过　大时起到保护ＭＯＳＦＥＴ的作用。　表１　ＭＯＳＦＥＴ的特性参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ＭＯＳＦＥＴ　１．２驱动电路设计　ＭＯＳＦＥＴ驱动信号由ＴＴＬ逻辑门电路产生，为避免　脉冲发生器的高压输出对驱动信号产生干扰，信号发生部　分用金属盒密封屏蔽后，驱动信号通过光纤传输到开关电　路。如图２所示，每一个Ｍａｒｘ模块包含一个铁氧体材料　的磁芯作为驱动变压器，驱动信号经由开关电路将功率放　大后输入到驱动变压器的原边，其副边输出多路５　Ｖ左右　的同步驱动脉冲。由于磁芯的电感较大，驱动脉冲的前沿　Ｆｉｇ．２　Ｄｒｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｆｏｒ　ＭＯＳＦＥＴｓ　图２　ＭＯＳＦＥＴ驱动电路　和驱动回路的电流大小受到了限制，故采用驱动芯片ＩＸ—　ＤＮ４１４ＰＩ提高驱动能力，即驱动芯片的输出端接ＭＯＳＦＥＴ的栅极输入。驱动芯片的供电电源采用自取电的　方式分别从各级主电容上提取。由于驱动变压器的原边需要连接驱动开关电路，绝缘要求高，故采用绝缘等级　为２００　ｋＶ的高压绝缘线作为原边绕组，并置于环氧树脂套管中。　每一个驱动变压器带１２个副边绕组，分别驱动一个模块１２级单元中的ＭＯＳＦＥＴ，图２只表示单个单元　的驱动电路。当放电回路出现短路或者电流过大的情况时，源极保护电阻Ｒ上的压降增大，则Ｒ４两端电压即　栅极驱动电压降低，根据ＭＯＳＦＥＴ的输出特性可知，当驱动电压过低时，ＭＯＳＦＥＴ的工作区域由线性区转移　到饱和区，漏极和源极之间的电压升高，此时通过ＭＯＳＦＥＴ的最大电流受到限制，从而防止开关管由于电流　过大而损坏。另一方面，Ｒ上压降增大时，三极管Ｂ的基极电流增大，其工作区域由截止区进入放大区，驱动　电流经二极管Ｄ。流人三极管Ｂ的漏极，从而减小了ＭＯＳＦＥＴ的栅极驱动电流，实现ＭＯＳＦＥＴ的软关断。　１．３结构设计　１５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器的内部实物图如图３所示，由于其中Ｍａｒｘ单元数量众多（共１８０级），在设　第３期　雷　宇等：１５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器设计　计拓扑结构时，使１２个Ｍａｒｘ单元环形分布在一个圆形模块　中，每个模块依次首尾相连，驱动信号经驱动变压器原边绕组从　所有模块的轴线方向穿过位于中心的磁芯。模块间采用环氧树　脂板作为绝缘材料，使模块之间能紧密贴合，该结构减小了装置　的体积，实现了脉冲发生器的小型化和模块化。由于Ｍａｒｘ回　路数目较多造成电路结构冗长，为防止放电回路电感过大导致　输出脉冲前沿变慢，将相邻模块的环形电路按照顺／逆时针的方　向依次分布，使得相邻模块放电回路中的电流方向相反，产生的　磁通相互抵消，杂散电感对于脉冲前沿的影响也能够相互抵消。　Ｆｉｇ．３　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ　ｏｆ　ａｌｌ—ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　图３全固态高压脉冲发生器实物图　２实验结果与分析　２．１实验结果　实验所用负载由５０　ｋＱ无感电阻Ｒ　和５　ｐＦ电容Ｃ　并联组成，按照图１中的连接方式在负载上得到高压　正脉冲，实验结果如图４所示。图４（ａ）中脉冲发生器输出电压幅值为１５０　ｋＶ，前沿约为５００　ｎｓ，与ＭＯＳＦＥＴ　驱动电压　。　对比后可以看出驱动信号和输出电压之间延时很小。输出电压后沿较为缓慢，这是由于负载的　容性效应以及电路中的分布电容Ｃ。导致震荡回路ＲＣ时间常数较大造成的。脉冲电压幅值在经过大约３个　时间常数ｒ后降为零，故根据脉冲后沿时间进行估算　３ｒ一３ＲＬ（Ｃｏ　４－ＣＬ）≈６　Ｆｓ　（２）　得Ｃ。≈３５　ｐＦ。图４（ｂ）所示通过调节ＭＯＳＦＥＴ驱动脉冲宽度改变输出电压平顶脉宽，使其在１～５　ｓ范围内　连续可调。　１　８Ｏ　：　ｉ　Ｆ二　＇１　１２０　＞　　｛’　Ｉ＝　｝　｝　２０　１２０　ｌ‘　‘；　ｌ　５：　Ｉｓｓ　芝　１Ｏ　＞　６Ｏ　６０　ｆ　；　ｆ　；　Ｌ　｛　．　鲁　一　＿－－　－　’．囊■　　Ｏ　柏　０　０　１￣ｓ／ｄｉｖ　Ｉ　ｇｓ／ｄｉｖ　（ａ）ｌｏａｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅ　ｐｕｌｓｅｓ　ｏｆＭＯＳＦＥＴ　（ｂ）ｌｏａｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈｓ　Ｆｉｇ．４　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ｏｕｔｐｕｔ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｓ　ａｎｄ　ｄｒｉｖｅ　ｐｕｌｓｅ　图４输出高压脉冲与驱动脉冲的实验波形　２．２影响脉冲前沿的因素　２．２．１　回路电感　脉冲形成回路中不可避免地会引入很多杂散电感，高压连接线、电路结构、元器件本身等都存在电感，而电　感会抑制回路电流的上升。脉冲发生器中Ｍａｒｘ单元数量越多，不仅元器件数量增多，而且拓扑结构和回路长　度也会增大，二者都会使回路中的杂散电感增大。本文提出的顺／逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构，与　常规环形分布的结构相比，明显减小了回路电感，图５为两种不同拓扑结构的输出电压波形，两种情况的电压　波形上升沿分别为５００　ｎｓ与７４０　ｎｓ，由此可见，回路电感对于脉冲前沿有直接的影响。　２．２．２　Ｍ０ＳＦＥＴ驱动电压　ＭＯＳＦＥＴ驱动电压的幅值和上升沿均会影响输出脉冲前沿。当外加驱动电压Ｖ。开始作用于栅极上时，　由于ＭＯＳＦＥＴ各级之间寄生电容的存在，开通过程起始阶段栅源极电容Ｃ　和栅漏极电容Ｃ。。通过栅极分布　式电阻Ｒ。充电，栅极氧化层上的电压逐渐上升，经过时间ｔ　后栅极电压达到阈值电压　。　㈣Ｉｓ］。ｔ　可表示为　／　厂　、　ｔａ　ｓ　－４　。）Ｉｎ（　）　）　！　——————————————————————强　激　光　与　粒　子　柬　—一　一　　ＩＪ　水　第２４卷　开通速度　她嘞糊～　蛳一　～骆锝～　一～　・—－－－－——电压附近　动电压对　１　８Ｏ　６０　常Ｍ本～　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｏｎｉ　二：三一ｏｏｍＤｌｏｎ　ＣＯｎｆ＝ｉ　１２Ｏ　４０　《　、　２Ｏ　０　Ｏ　Ｏ　Ｆｉｇ・５　Ｏｕｔｐｕｔ　Ｖ。ｌｔａｇｅ　ｗａｖｅ｛ＯｒｌＴｌｓ。ｆ　ｔｗ。ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃ。ｎｆｉｇｕｒａｔｉ。ｎｓ　一一～　１　ｇｓ／ｄｉｖ　１　ｐｓ／ｄｉｖ　图５　两种不同电路结构的输出电压波形　Ｆｉｇ・６　ｗａＶｅｆｏｒｍｓ。ｆ　ｌｏａｄ　Ｖ。ｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｌｏａｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｔ　ｇｒ。ｕｎｄ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　图６负载电压及负载接地端电流波形　２．２．３分布电容　外罔　嚣　睾　誓　竺妻苎　形成阻抗　誊　吴品　墨　回路，故该电流会流过　负　砌黝蝴耥　誓　票　塑　肿　分布电容充满　电　咧稳　舅　：　至　享　谢黼电容充瀑　或者在负载接地回路中串入电电时的浪涌电流，可以　茗豢鬟：　。苎量　冀箜　有较大的影响。由于驱动变压器原边绕组的电气绝缘要求，其　要　竺　耋　黧量较容　是电路；　融　姜　盖　，　感　一　…　性　叫向压　巴琢皲，　．霎　篓　烹　器的设计过程，茎　喜采用１８ｏ级Ｍ　ｘ电路结构，继承了固态Ｍ　ｘ发生　慧　／逆时针方向环形分布的　扑结　言　差　兰　：墨　岂　电压达到了　且　导　冀’　票芸　提　翌　茔响脉冲前沿的因素，　措施　ｎ改进装置的　手　主要有回　雾　笔　姜　要　］＝矍　些　好地体现全固态开　仫－４９１’）　：　篓　施，并且希望能够设计相应的截尾电路将来应该进一步研究减小　三　嚣毒　改善全固态脉冲发生器的输　漓　…　‘　一　棚　山比姚　驯僧　哭．壁　，　、　．　一测　，ｋｉｙａｍａ　Ｈ，ＳａｋｕｇａｗａＴ，Ｎａｎ　ｉ　ｉｒａ　ＴＩｎｓｕｌａｔｉｏｎ　２００７　１　，　・Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。ｆ　ｐｕ１ｓｅｄ　ｐ。ｖ　ｅｒ　ｔ，　４（５　）：１０５１－１　０６４、ｅｃｈｎ。ｌ。ｇｙ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。　。　Ｐｚｅｃ￡ｒ　ｆ　ｎ　ｄ　Ｅ　Ｐｃ　…一…………　“　　４（３）＿４３４＿４３６（ｘｉ。Ｍｉｎ，Ｄｉ　ｇ　Ｂ０ｎａ　．ｃ。ｚ“　．　Ｌ２　南’　等。脱硫腿复频　冲电源设ｉ十ｒＪ］．ｉ虽激光与粒子柬＇枷．［。］　。　。　ｓｉｇｎ　ｏｆ　ｐｕｌＤｕｌｓｅ　ｖｏｌｔ￣ｅ　ｖ　ｏ［ａｇｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｉ　ｔ　ｈ　ｒｅ　ｅａｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｒ。ｒ。ｅｓｏｚＨ　Ｐ。　。，ｒ…，ｎ　＊－ｕｓｅｒ．ａｎａ￣ａｒｔｚｃｌｅ１２１ｅａ￣ｎｓ２００２，１ａ４（）：４。４４３６Ｔ。　ｕｃｈｉ　Ａ　＇Ｎｉ；　…ｎ。ｍｉｉｙａＮ，ＪｉａｎｇＷ，ｅｔ　ａ１．ＲｅｐｅｔｊｔｊＶｅ　ｐｕｌｓｅｄｐ。ｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔ。ｒ　‘ＥＴＩＧＯ－ＩｖＪＩＥＥＥＴ”［］．一一一…ｒａｎｓ。ｎｚⅡ　ｍｎｓ２。。２，。１６３７－１６４１　…　‘……Ｐ…　“‘　ｃ　，’　ｕｕ　，　３Ｕ　（５）Ｊ：　　“　二‘　’　“　。　’　Ｙｕｎｔ　ａ０．　、　—Ｃａｒｅｙ　Ｗ　Ｊ，Ｍｓｈｏｐ　２００２．６．　：２　５～：６　２８　Ｒ・Ｍａｒｘ　ｇｅｎｅｒａｔ。ｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｐｅｒｆ。ｒｍａｎｃｅ［ｃ］／／Ｐｒ。ｃ。ｆ　２４ｔｈ　Ｐ。ｗｅｒ　Ｍ。ｄｕ１　ｔ。　ｓｙｍｐ。ｓｉ　ｍ　ｄ｝］　ｉ：Ｎ一ｎ，－ｖＯｌ　ｔａｇｅ…ｗ　ｏ　．ｋ一　…～　…………　Ｖ　Ｌａ　ｒ一　．　Ｍ　ａｙｅｓ　Ｊ　Ｒ，　Ｃ　ｗ１９９９　２７－：　３０　．　Ｓ　ｐ　ａｒｋ　ｇａｐ　ｓｗｉｔｃｈｉｒ　ｇ　ｗｉｔｈ　ｈｎｇ　Ｌ　ｕｏ　Ｃｈｅｎｇｍｕ，ｐｎｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｓｗ　ｎｅｓ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ　ｏｆ　１ｚ　眦…ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　Ｍａｒｘ黜　ｔｏｒ　一　一…ｎｎ　……………Ｃ　　ｏｎｆ１９９９：１２０３一　一１２０６．．…－・　ｎ　Ｌ　Ｉ　ＰＰｒ　ｋｕｓｅ　ｏｗｅｒ￣．５ｏｎｔ　，．．．　，第３期　雷　宇等：１５０　ｋＶ全固态高压脉冲发生器设计　６７７　［７］Ｌｉｕ　Ｋｅｆｕ，Ｏｉｕ　Ｊｉａｎ，Ｗｕ　Ｙｉｆａｎ，ｅｔ　ａ１．Ａｎ　ａｌｌ　ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍａｒｘ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒＥＣ］／／Ｐｒｏｃ　ｏｆ　１６ｔｈ　ＩＥＥＥ　Ｉｎｔ　Ｐｕｌｓｅｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｆ．２００７：７２０—７２３．　［８］　Ｂｅｎｄａ　Ｖ，Ｇ０ｗａｒ　Ｊ，Ｇｒａｎｔ　Ｄ．功率半导体器件：理论及应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．（Ｂｅｎｄａ　Ｖ，Ｇｏｗａｒ　Ｊ，Ｇｒａｎｔ　Ｄ．Ｐｏｗｅｒ　ｓｅｍｉ　ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｄｅｖｉｃｅｓ：Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，２００５）　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　１５０　ｋＶ　ａｌｌ－－ｓｏｌｉｄ＿。ｓｔａｔｅ　ｈｉｇｈ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｌｅｉ　Ｙｕ，　Ｑｉｕ　Ｊｉａｎ，Ｌｉｕ　Ｋｅｆｕ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｆｕｄａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００４３３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ａｌｌ—ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｍａｒｘ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　ＭＯＳＦＥＴ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｓｗｉｔｃｈ　ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｉｓ　ｒｅｐｌａｃｅｄ　ｂｙ　ｆａｓｔ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｄｉｏｄｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｐｏｗｅｒ　ｌｏｓｓ　ｉｎ　ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｄｒｉｖｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｉｓ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｉｎ　ａｎｄ　ｇｅｔｓ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｆｒｏｍ　ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｌｉｖｅｒ　ｔｈｅ　ｄｒｉｖｅ　ｓｉｇｎａｌ　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｉｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ．Ａ　ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ／ｃｏｕｎｔｅｒ—ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ　ｒｉｎｇ—ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｒｅｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｌｏｏｐ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ，ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｍｏｄｕｌａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｃｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｓ　ｃｏｒｎ—　ｐｏｓｅｄ　ｏｆ　１　８０　Ｍａｒｘ　ｕｎｉｔｅｓ　ｉｎ　ｓｅｒｉｅｓ，ｅａｃｈ　ｏｆ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｃｈａｒｇｅｄ　ａｔ　ａ　ｌｏｗ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　９００　Ｖ，ａｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｅｓ　ａ　ｆａｓｔ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｕｌｓｅ　ｏｆ　ｖｏｌｔａｇｅ　１５０　ｋＶ，ｒｉｓｅ　ｔｉｍｅ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５００　ｎｓ　ａｎｄ　ｄｕｒａｔｉｏｎ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　１　ａｎｄ　５“ｓ．Ｓｏｍｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｕｌｓｅｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｒｅ　ｌｉｓｔｅｄ，ｗｉｔｈ　ａ　ｌｏａｄ　ｏｆ　５Ｏ　ｋＱ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ａｎｄ　５　ｐＦ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｉｎ　ｐａｒａｌｌｅ１．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｏｍｅ　ｆａｃ—　ｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｓｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｏｕｔｐｕｔ　ｐｕｌｓｅｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｌｏｏｐ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ，ｄｒｉｖｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｏｆ　ＭＯＳＦＥＴ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｃｉｒｃｕｉｔ．Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ　ｆｏｒ　ｐｕｌｓｅ　ｒｉｓｅ　ｔｉｍｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　Ｍａｒｘ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ；　ａｌｌ—ｓｏｌｉｄ—ｓｔａｔｅ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ；　ＭＯＳＦＥＴ；　ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ／ｃｏｕｎｔｅｒ－ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ　ｒｉｎｇ—ｓｈａｐｅｄ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ