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PECVD设备介绍PECVD（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）即等离子体增强化学气相沉积技术，是一种常用于制备薄膜的工艺方法。
该方法利用等离子体激活气体分子，使其在室温下与固体表面反应，形成薄膜。
PECVD设备是实现PECVD技术的关键设备之一，本文将对PECVD设备的工作原理、主要组成部分和应用领域进行详细介绍。
【工作原理】PECVD设备主要由气体输送系统、真空系统、等离子体激发系统、基底加热系统和反应室组成。
其工作原理是将气体通过气体输送系统进入反应室，然后通过真空系统将反应室抽成高真空状态，再利用等离子体激发系统将气体分子激发形成等离子体，最后将等离子体中的活性物种沉积在基底上，形成薄膜。
【主要组成部分】1.气体输送系统：由气体缸、气体流量计和气体控制阀等组成，用于控制和输送反应气体。
2.真空系统：由机械泵和分子泵等组成，用于将反应室抽成高真空状态，以保证薄膜质量。
3.等离子体激发系统：主要包括高频电源、等离子体发生器和电极等，用于产生等离子体并激发气体分子。
4.基底加热系统：由加热源和温度控制器等组成，用于加热基底，提供合适的反应条件。
5.反应室：是进行气体反应的空间，通常采用石英制成，具有良好的耐高温、耐腐蚀性能。
【应用领域】1.半导体器件制备：PECVD设备可用于生长SiO2、SiNx等材料，用于制备MOSFET等半导体器件的绝缘层和通道层。
2.光伏电池制备：PECVD设备可用于制备非晶硅、多晶硅等薄膜，用于制备光伏电池的光吸收层和透明导电层。
3.平板显示器制备：PECVD设备可用于制备低温多晶硅薄膜，用于制备薄膜晶体管面板的薄膜电晶体。
4.光学涂层制备：PECVD设备可用于制备SiO2、Si3N4等材料，用于制备抗反射膜、硬质涂层、光学滤波器等光学涂层。
5.纳米材料合成：PECVD设备可用于合成纳米碳管、纳米颗粒等纳米材料，应用于传感器、催化剂等领域。
IGBT的固态高压脉冲电源的设计原理由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用，其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分。
为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，文中提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源，系统主要由高压直流充电电源和脉冲形成电路两部分组成，由DSP作为主控制芯片，控制IGBT的触发和实现软开关技术，并用仿真软件PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析，验证了设计思想的正确性。
由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。
比如说高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量--可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。
无论将此高功率脉冲电源用于何种用途，高压脉冲电源均是其设计的核心部分。
传统的高功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，然后采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节，脉冲波形易变化，可靠性较低，控制较困难，成本较高。
文中采用固态电器--IGBT来获取高压脉冲波形。
将IGBT 作为获取高压脉冲的电子开关，利用IGBT构成LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源，同时利用IGBT构成全桥组成脉冲形成电路，输出双极性高压脉冲波形。
文中给出了系统结构、系统各个部分功能说明，通过仿真电力电子仿真软件PSIM对LCC充电过程和脉冲形成电路进行仿真分析。
1 高压脉冲电源系统结构1.1 高压脉冲电源的拓扑结构高压脉冲电源常用的主电路拓扑可以归纳为两类：电容充放电式和高压直流开关电源加脉冲生成的两级式两种。
电容充放电式是通过长时间充电、瞬间放电，即通过控制充放电的时间比例，达到能量压缩、输出高压大功率脉冲的目的。
优点是可以输出的脉冲功率和电压等级较高，脉冲上升沿较陡;但是，输出脉冲的精度难以控制，而且重复频率低，因而应用范围比较有限，主要应用在核电磁物理研究、烟气除尘、污水处理、液体杀菌等场合。
基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器【摘要】本文介绍了基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的研究。
在分析了该领域的研究背景和问题意义。
在正文中，详细阐述了Marx发生器原理、脉冲变压器设计、高频高压微纳秒脉冲发生器性能测试、实验结果分析以及应用前景展望。
结尾部分对Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的可行性进行了讨论，并提出了未来研究方向。
总结了本文的研究成果。
通过本文的研究，展示了基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的潜在应用前景，为相关领域的研究提供了新的思路和方法。
【关键词】Marx发生器、脉冲变压器、高频高压微纳秒脉冲发生器、性能测试、实验结果分析、应用前景、可行性、未来研究方向、总结、脉冲技术、高压技术、微纳秒脉冲、电子器件。
1. 引言1.1 研究背景高频高压微纳秒脉冲发生器在科学研究和工程应用中起着重要作用，它可以生成高频高压的脉冲信号，适用于等离子体物理、激光技术、医学诊断等领域。
传统的脉冲发生器存在体积大、功耗高、工作频率低等问题，难以满足现代高频高压脉冲应用的需求。
结合Marx发生器和脉冲变压器的设计思路，将能够实现高频高压微纳秒脉冲发生器的小型化、高效化和高可靠性。
本文将重点研究Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器的设计原理和性能测试，探讨其在等离子体物理、激光技术等领域的应用前景，为未来相关研究提供参考。
1.2 问题意义高频高压微纳秒脉冲发生器在科研和工程应用中具有重要意义。
随着科技的不断发展，对更高频率、更高压力和更短脉冲宽度的要求越来越高。
目前市面上的脉冲发生器往往存在频率较低、压力较小、波形不稳定等问题，无法满足实际需求。
研发基于Marx+脉冲变压器的高频高压微纳秒脉冲发生器具有重要的现实意义。
在科研领域，高频高压微纳秒脉冲发生器可以被广泛应用于等离子体物理研究、电子束加速器、强激光器驱动等领域。
通过精确地控制脉冲频率、脉冲宽度和脉冲幅度，研究人员可以开展更深入的实验研究，从而推动相关科学领域的发展。
等离子激光的原理和应用1. 等离子激光的概述等离子激光是一种使用等离子体作为主要激发源的激光器。
它通过加热气体或材料产生等离子体，然后利用等离子体的激发态产生激光辐射。
等离子激光具有高能量、高峰功率、短脉冲宽度和高光斑质量等特点，被广泛应用于科学研究、材料加工、医学美容等领域。
2. 等离子激光的原理等离子激光的原理基于气体或材料的电离和辐射过程。
在激光器内部，通过电压或能量输入对气体或材料进行激励，使其电离形成等离子体。
当外部条件达到能量转移的阈值时，激活态的粒子跃迁到基态，产生激光输出。
等离子体的激发态被放大，产生连续激光或脉冲激光。
3. 等离子激光的应用等离子激光由于其特殊的性能，具备广泛的应用场景和潜力。
3.1 材料加工•激光切割：等离子激光通过高能量密度和聚焦效应，可以实现高精度、高速的金属切割、打孔和开槽等加工过程。
•激光焊接：等离子激光通过瞬间高温融合材料，广泛应用于汽车制造、电子设备和航空航天等领域。
•激光打印：等离子激光可以利用其高光束质量和高稳定性，实现高清晰度和高速度的打印效果，用于3D打印和高精度打印行业。
3.2 科学研究•等离子体物理：通过等离子激光的原理和技术，研究等离子体的基本性质、能量传递机制和粒子运动规律等，对物理学、天文学和核聚变等领域的研究具有重要意义。
•超快激光科学：利用等离子激光的超快脉冲宽度和高峰功率，可以实现飞秒和皮秒级别的时间分辨率，研究超快动力学过程，如分子自旋、电子输运和能量转移等。
3.3 医学美容•激光去斑：等离子激光的高能量和高光束质量可以精确瞄准色素团块，破坏黑色素并促进新的皮肤生长，从而去除色素斑点。
•激光脱毛：等离子激光通过选择性照射毛囊，将光能转化为热能，破坏毛囊组织，达到脱毛的效果。
•激光治疗皮肤疾病：等离子激光可以去除红血丝、疤痕和皮肤病损等，促进皮肤再生和修复。
4. 总结等离子激光作为一种新兴的激光技术，具有广泛的应用前景。
其原理基于气体或材料的电离和辐射过程，通过激发态的跃迁产生激光输出。
摘要低温等离子在工业以及军事上的应用具有非常广阔的前景。
目前，研究较多的是在大气压下以介质阻挡放电产生离子体。
介质阻挡放电(DBD)是目前一种典型的可通过大气压放电产生等离子体技术，因而受到国内及国外的广泛关注。
高频高压脉冲电源是介质阻挡放电的核心部分。
介质阻挡放电产生等离子体的效果直接与电源的频率、电压以及波形相关。
频率和电压越高，放电的效果也就越好。
所以用于介质阻挡放电的高频高压脉冲电源成为研究的重点。
根据这些特点，本文将探讨用于产生等离子脉冲电源的设计方法，设计了一种基于PWM控制的高频、高压的大功率逆变电源，电源系统主要包括整流滤波电路、逆变电路、驱动以及控制电路。
对电源的整流电路、逆变电路、驱动及保护电路等进行了分析，功率电路以IGBT为主控开关功率转换器件，采用全桥逆变电路形式，同时讨论了IGBT的特性和使用注意事项，以及对关键元器件的保护措施。
电源控制电路采用以单片机AT89C51为核心，对整个电源系统进行控制，采用脉宽调制方式来控制电源输出外特性。
本文采用了Multisim10软件对各个部分进行了逐项仿真分析，通过仿真结果进一步证明脉冲电源设计的合理性，为硬件电路设计提供重要参考和依据。
设计出适用于介质阻挡放电负载的高频高压脉冲电源。
关键词：介质阻挡放电；全桥逆变电路；IGBT ；高频高压脉冲电源；仿真。
AbstractLow-temperature plasma in the industrial and military applications has a very broad prospects. At present,most studies of producing plasma are focused on those produced by Dielectric Barrier Discharge(DBD)under atmosphere. So it is paid widely attention by home and abroad．The high-frequency and high-voltage pulse power source is the core part of the dielectric barrier discharge．The effect of plasma produced by DBD correlates directly with voltage,frequency and wave-form of the power supply.The higher the voltage and the frequency of the power supply,the better the effect of discharging. Hence，to develop discharge power supply used in DBD is the main question．Base on these feathures, This article will explore the plasma used to produce the design method of pulse power, Designed a high-frequency, high voltage high power inverter which base on PWM. this power system consists of rectifier filter circuit, inverter circuit, drive and control circuits. And analyze the power of the rectifier circuit, inverter circuit, driver and protection circuits. power circuit takes the IGBT as charging switch power for changing a component, adopting full-bridge topology circuit, And the characteristic and matters needing attention of IGBT,and the protection measures of some pivotal component. Power controlling circuit takes single microchip AT89C51 as the gore to control the whole system . and adapts PWM to control the output volt-ampere character ofpower source. In this paper,use the Multisim10 software to itemize all parts with simulative analysis.Through the simulation result,it further proves the rationality of pulsed power supply design and supplies significant references and basis for hardware circuit design. Designed for high-frequency dielectric barrier discharge high-voltage pulse power load.Key words: dielectric barrier discharge; full-bridge inverter circuit; IGBT;high frequency high voltage pulse power; simulation.目录1 绪论 (1)1.1等离子体及介质阻挡放电概述 (1)1.1.1 等离子体的概念 (1)1.1.2 等离子体的应用 (2)1.1.3 介质阻挡放电概述 (2)1.1.4 介质阻档放电电路的物理结构和工作原理 (3)1.1.5负载特性及高频高压脉冲电源研制必要性 (3)1.2国内外高频高压脉冲电源的研究现状 (4)1.3高频高压电源研制的难点 (4)2 电源电路的设计 (6)2.1电源研制方案 (6)2.2整流滤波电路 (7)2.2.1 整流滤波电路设计 (7)2.2.2 本设计使用的整流电路 (7)2.2.3滤波电路 (9)2.3逆变电路原理 (10)2.4输出电路 (11)3 功率开关器件 (12)3.1功率开关器件的应用 (12)3.2绝缘栅双极晶体管（IGBT） (13)3.2.1 IGBT功率开关管应用 (13)3.2.2 IGBT的工作原理 (14)3.2.3 IGBT的主要参数 (14)3.2.4 IGBT对驱动电路的要求 (14)3.2.5 IGBT的驱动 (15)3.2.6 EXB841工作原理 (15)3.2.7 EXB841典型应用电路及引脚功能表 (16)4PWM单片机控制 (18)4.1PWM驱动电路模块 (18)4.2PWM控制系统 (18)5 高频高压脉冲电源计算机仿真 (21)5.1电源主回路仿真 (21)5.1.1 NI Multisim10仿真软件 (21)5.1.2 Multisim特点 (21)5.1.3 高频高压脉冲电源主电路的模型 (22)5.1.5 逆变电路模型和仿真 (23)5.1.6 串联谐振电路模型和仿真 (24)5.1.7 PWM信号仿真 (25)5.1.8 IGBT的开关特性的仿真 (26)6 硬件调试 (28)总结 (30)谢辞 (31)参考文献 (32)附录 (33)附录1程序 (33)附录2PWM信号发生器硬件电路原理图及其PCB图 (39)附录3电源模型电路原理图及其PCB图 (40)附录4PWM信号仿真图 (41)附录5主电路原理图 (43)附录6总电路原理图 (43)1 绪论介质阻挡放电技术可以用来产生等离子体，而等离子体在工业及军事上的应用具有十分广阔的前景。
固态微波功率源
1固态微波功率源的介绍
固态微波功率源是一种利用固态技术来代替传统的机械扰动技术的新型微波功率源。
固态微波功率源主要由激光器、复合玻璃以及放大器组成，能够实现定向操控、高精度定位。
它能够产生高功率脉冲、宽频调制信号，使用成本较低，具有稳定的性能，且需要的空间小，安全可靠性高，因而得到了广泛的广泛应用。
2固态微波功率源的工作原理
固态微波功率源的核心原理就是在采用激光器的脉冲调制驱动的基础上，通过半导体复合玻璃的偏振特性，把激光脉冲调制信号转换为宽频脉冲信号，最后通过放大器把脉冲信号变为高功率信号。
整个脉冲调制过程可以通过控制固态微波功率源的操作手段进行控制，能够实现定向操控，从而达到准确定位的目的。
3固态微波功率源的应用
固态微波功率源由于具备空间小，安全性高，稳定性高，可靠性高，使用成本低等优点，在航空航天，医疗器械，军事科技，通信技术以及无线数据传输等行业都得到了广泛的应用。
比如，有的航空航天器，需要固态微波功率源把射频脉冲转换为振荡器脉冲，以及把脉冲信号传送到定位系统中或进行通信；在医疗器械方面，则可以利用固态微波功率源处理超声信号或其它生物信号，提高医疗器械的体验和安全性；同时还可以用来处理无线数据传输，提高信号质量，传输
距离更远;在军事科技方面，可以使用固态微波源进行目标搜索、定位等应用。
总之，固态微波功率源的发展已经使微波电子技术取得了进一步的发展，在更多行业中大大提高了效率，为人们应用提供了更多便利。
静电除尘器脉冲高频电源各类高压电源的性能对比与脉冲高频电源简介概述在饱受雾霾之苦的今天。
随着我国对环境保护的日益重视，燃煤电厂的污染排放受到人们的关注，国家和地方环保部门对燃煤电厂污染物的排放和总量有了较严格的控制，并且排放标准逐年升高。
这就迫使企业对现有的静电除尘器设备进行不断的升级和改造。
但是现有的问题是，很多企业的静电除尘器在当初设计时没有考虑到未来的排放标准会如此苛刻，导致一批静电除尘器在今天的环保标准下排放超标。
而在静电除尘器升级改造中，增加电场又没有足够的场地，用袋式除尘器又担心后期的维护成本。
所以提高静电除尘器高压电源的供电技术，才是解决这个问题最有效的捷径。
下面我们就通过粉尘的荷电机理与电源工作原理来论证一款由中国自主研发的新型静电除尘器高压电源——脉冲高频电源。
一、静电除尘器高压电源发展的三个阶段：第一阶段：工频电源1、恒流源：单相交流380V输入,变压器分档调幅调压，高压硅堆整流输出。
输出频率100Hz。
二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。
2、单相可控硅电源：单相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输出。
输出频率100Hz。
二次电压输出波形：纹波较大的直流（DC）电压波形。
3、三相可控硅电源：三相交流380V输入，可控硅调相调压，高压整流变压器输出。
输出频率300Hz。
二次电压输出波形：纹波较小的直流（DC）电压波形。
第二阶段：高频电源1、按输出频率可分为：10 kHz、20 kHz、50 kHz。
2、按调压方式可分为：调频高频电源、调幅高频电源。
三相交流380V输入，可控硅/二极管调相调压，IGBT全桥逆变经高压整流变压器输出。
输出频率10 kHz、20 kHz、50kHz。
二次电压输出波形：基本上纯直流的（DC）电压波形。
第三阶段：工频基波脉冲电源工频基波脉冲电源：由两组独立电源组成即基波电源和脉冲电源。
基波频率300Hz，脉冲频率100pps，脉冲宽度75μs；第四阶段：脉冲高频电源：由多组独立高频电源叠加组成。
电除尘用电除尘用脉冲式高频高压电源脉冲式高频电源是新一代先进的电除尘器电源产品。
以我司自主开发的GAC-520控制器作为中心控制部件，以IGBT为主控器件，借助调制解调技术，驱动不同类型整流变压器，实现高频电源功能，为电除尘器电场提供最高的电晕功率，最大限度激发电场的收尘潜能，提高除尘效率。
一、产品特点1、二次电压平滑、二次电流高、闪络控制特性好二次电压趋近于纯直流，几乎没有纹波。
高频电源纯直流供电时的输出纹波小于5%，远小于工频（50/60Hz）电源35%-45%的纹波百分比，闪络恢复快，运行平均电压可达工频电源的1.3倍。
二次电流为尖峰载波使阴极尖端的电场强度的不均匀性更加激烈，电晕电流加大，可达工频电源的2倍，在同一电场的情况下，能够大幅度提高电晕功率，提高收尘效率。
闪络恢复快，微秒级内快速关断闪络电流，无闪络电流冲击问题，不会损伤极板，极线。
2、运行更可靠，系统更智能脉冲式高频电源借助调制解调技术，将高频信号调制于低频载波信号中，解决了高频大功率信号不能远距离传输的问题，成功地将高频控制柜与变压器分开，避免了原高频电源控制柜置于除尘器顶上受环境侵蚀的故障发生，极大地提高设备的运行可靠性。
采用IGBT硬开关工作方式。
在硬开关工作方式下，逆变回路的工作频率及载波频率完全由单片机控制，与逆变回路参数及负载的大小无关，保证工作的稳定性，同时减少了逆变回路的损坏，提高逆变回路的效率。
与常规的电源相比具有更高的除尘效率。
内置智能型控制软件，能根据现场的工况情况，自动调节工作频率，以适应不同电场、不同工况的要求。
工作频率从2KHz-20KHz之间变化。
任何的谐振式高频电源都无法做到这样宽范围频率调节。
3、三相平衡，无谐波采用三相电源输入，对电网无污染。
效率与功率因素高，功率因素大于95%，比工频电源节能20%以上，节省大量电能，绿色环保。
4、非常适用于除尘器电源产品的升级改造，方便快捷脉冲式高频高压电源控制柜，非常使用用于常规电源的升级改造成为高频电源。
用于等离子体注入的高频高压全固态脉冲功率源
刘克富吴异凡邱剑
复旦大学电光源研究所
kfliu@
1 引言
随着脉冲功率技术的发展，Marx 发生器（如图1）目前已经远不是传统意义上仅仅作为进行耐压试验升压装置，在很多需要高功率脉冲的场合，都可以看到Marx 发生器的身影。
由于传统的Marx发生器通常使用气体开关，因而重复频率，稳定性和寿命方面都有很大局限，整个系统的效率也很低。
随着近几十年来电力电子半导体固态开关器件的发展和成熟，国内外的很多研究人员开始研制采用半导体开关作为主开关的Marx 发生器系统。
图1 传统Marx发生器结构
本课题所研制的固态Marx 发生器产生的重频高压脉冲可应用于等离子源离子浸没式注入（Plasma Source Ion Immersion Implantation）研究，在其他应用领域如雷达电源，高功率微波源，快脉冲放电源也有着非常广泛的前景。
等离子源离子浸没式注入的实验及理论论证，用高重复频率短上升沿的负高压脉冲放电，可以获得很好的效果。
传统的高功率脉冲源的输出脉冲很难兼顾高压、高重复频率和快上升前沿的要求，并且使用寿命和稳定性也不理想，本文将充分利用Marx 发生器和现代半导体器件在频带上的优势，旨在研制一台重频脉冲功率源，实现电压幅值最高－60kV，频率500Hz，上升时间800ns，负载脉冲电流25A 稳态电流3A，脉冲宽度20μs 到100μs 的方波输出。
本文通过对该Marx 发生器系统原理详细分析，设计出系统各部分的详细参数并选取了合适的器件；提出并改进了一种新颖的自取电IGBT 驱动电路；通过假负载测试给出了电源输出波形，并且将整套系统用于等离子源离子浸没式注入实验中，给出等离子
体负载输出波形。
2 固态Marx发生器
一般情况下，n级Marx发生器由n个开关和电容，2n个隔离电阻组成。
图2所示为所研制的4级Marx发生器示意图。
半导体IGBT取代了气体开关，二极管和电感取代了隔离电阻。
2.1 工作状态
在充电模式下，所有IGBT 开关处于关断状态，电容器相当于通过二极管并联在一起。
图2 最右边是低压高频充电电源用AC 表示，它通过高频升压变压器T 将原方能量传输给副方，再经过高频高压整流桥整流成正向充电电压，正向电压通过大电感L 往左边等效并联的电容器充电，此处电感L 起到充电限流作用。
L
图2 固态Marx发生器
在放电模式下，假设高频高压充电电源AC 不再工作，所有IGBT 开关管瞬间同时开通将所有的电容器串联起来。
在所有IGBT 开关导通时，其两端电压不断减小，此时电容电压通过IGBT 开关管S 将二极管 D 反向截止。
20 级等效串联电容电压加载到负载上，负载上电压随着20个IGBT 两端电压的迅速减小而增加，负载电流也逐渐上升，当所有IGBT 开关管完全导通时，负载也获得全部电容串联电压-60kV。
2.2 IGBT驱动电路
本文中IGBT驱动电路最应当注意的是高电压隔离的问题且隔离电压需要大于60kV，还应注意20个IGBT驱动的同时性问题。
由于IGBT开关在开通或关断以后是不需要门极驱动提供能量的，所以它的驱动功率非常小，也就是门极输入电容所消耗的能量。
因此可以采取每个IGBT 开关管驱动电源从各自的高压端取电的方式，称之为自取电方式。
触发信号的同时性问题和隔离采取的是光纤方式。
2.3 参数选取
实验中采用的是单管IGBT ，最小击穿电压4kV ，稳态电流40A ，实际工作电压3kV ；采用多个二极管串联起来使用，这样在满足通流能力同时又提升了耐压等级。
电容量选取应该保证在满负载最大脉宽放电时串联电容器上的电压值不能下降到低于我们所要求的最小电压值，所以要综合考虑几个方面因素：输出高压方波脉冲所允许的最大顶部电压降落，放电时满负载下的平均电流和最大脉宽放电时大电感L 上所流过的平均电流。
本课题所要求的高压方波输出电压顶部降落小于20％。
单个电容器的最小电容量可由公式1所决定。
下式中n 表示Marx 发生器的级数取为20，t M 表示最大脉宽为100μs ，ΔUD 表示最大顶部压降。
我们可以算出每个电容器电容量不得小于1.33μF ，在实验中我们采用的是2μF ，工作电压4kV 的无极性电容器。
()=
Load Inductor M
D S I I t Q U C C n
+⨯∆∆≥
（1） 电感量的选择需要综合考虑几个因素：在充电状态应保证在满负载最高频率500Hz 最大脉宽下能够将并联电容器充到3000V ；在同样负载工作状况放电状态时应限制住放电电流不超过IGBT 开关管的最大通流能力。
为了更加方便求解出电感量，我们可以假设电容串联时输出电压恒定为54kV ，那么电感上的电流就可以看成是线性增加的，我们就可以通过式2来求得最小电感量。
式中ΔI 表示电感上允许流过的峰值电流为10A ，因为前文已给出电感平均电流为5A 。
所以可以算出电感量最小取值为540mH ，实验中使用的是600mH 左右的电感。
M
U t I L ⨯∆≥
（2）
3 实验结果
实验中为了测试整套固态Marx 发生器系统性能，我们使用2 个10kΩ 电阻串联起来当作假负载，脉宽100μs 时电压电流波形如图3所示。
之所以使用2个10kΩ电阻因其能够提供所要求的3A 额定电流输出，实验中所使用的高压探头Tektronix P6015 最高测量脉冲电压
40kV ，所以它只能测量2个电阻中低电位的一个。
可以从图3 中看出，输出电压峰值 -60kV ，电压降落小于设定的20%。
图中所示电流是电阻负载电流加上电感上的电流，电阻上电流应该是一个幅值3A ，脉宽100μs 的方波，而电感上电流为线性上升的波形。
图4所示的为输出电压-60kV ，频率为500Hz 脉冲波形。
图5 所示的为不同脉宽下的输出电压波形，从最小脉宽2μs （左上图）到100μs 连续可调。
固态Marx 发生器系统使用在等离子源离子浸没式注入（PSIII ）技术当中，实验中所使用的腔体为直径400mm 高500mm 的圆柱体，有一个进气口，通入所需气体，还有一个真空泵口，用于抽真空维持腔体内部低气压状态，腔体上部有一个射频电源用于发射射频产生等离子体基底，固态Marx 发生器的输出负脉冲由腔体下方的支撑杆引入，支撑杆上的高压负脉冲就能加速腔体内部的离
子轰击试品台上被处理的试品形成离子注入效应。
实验中发现腔体内部等离子体状态的不同，等离子体负载的电压电流波形也略为有所不同。
图6所示的为Marx 发生器输出-20kV ，脉宽35μs ，频率250Hz 的负载电压电流波形。
该实验中，射频电源工作频率为13.56MHz ，功率为330W ，腔体内的气体为氮气和氩气的混合气体，气压为0.2Pa 。
V o l t a g e (k V )
C u r r e n t (A )
图3 输出-60kV,100μs 电压电流波形 -80
-60
-40
-20
20
O u t p u t V o l t a g e (k V )
Time (2ms/div)
图4 输出-60kV ,500Hz 电压波形
-60
-300
V o l t a g e (k V )
Time (20μs/div)
-60
-30
0Time (20μs/div)
V o l t a g e (k V )
-60
-300 V o l t a g e (k V )
Time (20μs/div)
-60
-300 V o l t a g e (k V )
Time (20μs/div)
图 5 固态Marx 输出不同脉宽电压波形
-30
-20
-10
3
6
9
V o l t a g e (k V )
C u r r e n t (A )
Time (20μs/div)
Voltage
Current
图 6 PSIII 实验等离子体负载电压电流波形
4 结论
本文介绍了使用固态器件的Marx 发生器结构和原理，并对整套系统的各个参数进行计算。
所研制的脉冲功率源电压脉宽、幅值、重复频率可调，稳定可靠，在等离子体研究和应用领域具有广泛的应用前景。
该脉冲功率源已成功应用于等离子体注入实验研究。
