(福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 350108)

1 引言

随着脉冲功率电源向固态化、小型化方向的发展，近年来脉冲功率技术的应用范围日益扩大[1-5]。利用快饱和磁性元件来实现工作状态转换的磁脉冲发生电路，由于不存在消电离和电极烧蚀等问题，具有可重复性强、无磨损以及恢复时间短等优点，因此被广泛应用于各类脉冲功率系统之中[6-8]。传统的磁脉冲发生电路为了获得较大的脉冲陡度和幅值，往往需要多级磁开关共同作用，这不仅增加了系统整体的质量和体积，而且由于磁芯复位等问题，电路无法在较高的频率下运行。因此，在近几年的脉冲功率研究当中多采用脉冲变压器在压缩脉冲之前对初始电源进行升压[9-10]。

本文设计了一种包含快饱和磁性器件的单级脉冲发生电路，对电路中各元件参数进行了理论计算，分析并探讨了各元件参数对电压脉冲波形的影响，并利用Saber仿真软件，仿真输出纳秒级的陡化高压脉冲。Saber中内含的磁性器件建模工具(Magnetic Component Tool)提供了可以自由设定的基于Preisach模型的非线性磁芯，通过输入磁性材料的B-H回线及几何形状参数，结合软件自身设计经验，便可自动生成所需的磁芯绕组模型，真实拟合了磁性器件在电路运行过程中的特性变化过程，使仿真结果更为精确。

2 磁脉冲发生系统的基本原理

传统磁脉冲发生电路如图1所示。开始工作前，储能电容C0的初始电压为U0，磁开关的磁芯处于不饱和状态。当t=0时，开关S闭合，储能电容C0通过限流电感L0向中储电容C1充电，此时磁开关MS的电感值很大相当于“关断”，因此可将回路2视为开路。……