1.本发明涉及脉冲功率技术领域，种紧具体而言，凑型产生涉及一种紧凑型高压脉冲产生电路。高压
背景技术：
2.现有的脉冲高压脉冲电源主要采用气体开关、半控型开关等器件来实现，电路存在脉宽不可调、种紧频率低等问题。凑型产生随着半导体技术的高压发展，通过电压控制型功率半导体开关控制电容器的脉冲充电和放电过程，成为产生高压脉冲的电路主要方法。由半导体开关、种紧电容器以及其他器件组合搭建的凑型产生全固态脉冲发生器可以实现脉冲宽度、幅值、高压频率、脉冲极性等多参数的电路可调且受负载变化的影响较小。开关需要按一定电路拓扑组合才能实现更高电压的脉冲放电。marx电路和感应电压叠加(iva)技术是两种最常用的拓扑结构。marx电路通过放电开关将多个电容串联起来放电，产生高电压脉冲输出。而iva技术将多个脉冲变压器的副边串联或并联，从而产生更高的电压脉冲或电流脉冲。
3.目前几乎所有固态脉冲电源中采用的功率开关都是pnp型。在常规隔离驱动方案中，每一个功率开关管都需要对应的一个控制信号、一块驱动芯片和一个驱动供电模块。在半桥型固态marx发生器中，充电管和放电管需要不同的开关时序，所以需要不同的控制信号和驱动芯片分别驱动充电管和放电管，这就使得脉冲电源的体积大、成本高、结构复杂。
4.因此，现有技术还存在不足，有待进一步改进。
技术实现要素：
5.本发明实施例提供了一种紧凑型高压脉冲产生电路，以至少解决现有的脉冲电路中充电管和放电管需要不同的开关时序，导致脉冲电源体积大、成本高、结构复杂的问题。
6.根据本发明的一实施例，提供一种半桥电路结构，包括：pnp型半导体开关管及与所述pnp型半导体开关管串联的npn型半导体开关管，所述pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管均包括输入端、输出端及控制端；其中，
7.所述pnp型半导体开关管的输出端与所述npn型半导体开关管的输入端连接，形成第一驱动信号输入端，所述pnp型半导体开关管的控制端与所述npn型半导体开关管的控制端连接，形成第二驱动信号输入端；所述pnp型半导体开关管的输入端用于外接电路，所述npn型半导体开关管的输出端用于外接电路；
8.通过第一驱动信号输入端或第二驱动信号输入端输入的驱动电压信号，实现一个驱动电压信号控制所述pnp型半导体开关管及所述npn型半导体开关管的开通与关断。
9.进一步地，所述pnp型半导体开关管的输入端、输出端及控制端对应为漏极、源极及栅极，所述npn型半导体开关管的输入端、输出端及控制端对应为源极、漏极及栅极
10.根据本发明的另一实施例，提供了一种紧凑型高压脉冲产生电路，包括上述的半桥电路结构及包括：
11.k级紧凑型marx模块，k级紧凑型marx模块包括用于充电的充电回路及用于放电的放电回路
12.同步驱动电路，与半桥电路结构连接，用于为k级紧凑型marx模块的充电回路及放电回路提供同步的驱动信号，充电回路及放电回路根据同步驱动信号实现通断；
13.供电模块，与半桥电路结构连接，用于为k级紧凑型marx模块供电。
14.进一步地，k级紧凑型marx模块设置有串联的若干个，同步驱动电路及供电模块分别与每个k级紧凑型marx模块连接。
15.进一步地，k级紧凑型marx模块包括：
16.第一marx单元，一端与供电模块的正极连接，另一端与供电模块的负极连接且接地；
17.第一主开关，一端与供电模块正极连接，另一端与第一marx单元连接，用于控制k级紧凑型marx模块的通断；
18.第一marx单元包括：
19.第一电容器，一端通过第一二极管与第一主开关的连接，另一端与供电模块的负极连接且接地；
20.pnp型半导体开关管包括：
21.第一pnp型半导体开关管，与第一电容器并联；
22.pnp型半导体开关管包括：
23.第一npn型半导体开关管，连接于第一电容器与第一pnp型半导体开关管之间；
24.其中，第一pnp型半导体开关管的输入端通过第一二极管与第一主开关连接，第一pnp型半导体开关管的输出端与第一npn型半导体开关管的输入端连接，第一pnp型半导体开关管的控制端与第一npn型半导体开关管的控制端连接，第一npn型半导体开关管的输出端与供电模块的负极连接且接地；第一二极管的正极通过第一主开关与供电模块正极连接，第一二极管的负极分别与第一电容器及第一pnp型半导体开关管的输入端连接；
25.第一负载电路，一端与供电模块的负极连接且接地，另一端连接于第一pnp型半导体开关管的输出端及第一npn型半导体开关管的输入端；
26.第一主开关导通、第一pnp型半导体开关管断开及第一npn型半导体开关管导通时，则k级紧凑型marx模块形成正极性的充电回路，供电模块对第一电容器进行充电；
27.第一主开关断开、第一pnp型半导体开关管导通及第一npn型半导体开关管断开时，则k级紧凑型marx模块形成正极性的放电回路，第一电容器进行放电。
28.进一步地，第一marx单元设置有相互并联的若干个；
29.第一负载电路的一端与供电模块的负极连接且接地，另一端连接于最后一个第一pnp型半导体开关管的输出端及最后一个第一npn型半导体开关管的输入端；
30.第一主开关导通、每个第一pnp型半导体开关管断开且每个第一npn型半导体开关管导通时，则k级紧凑型marx模块形成正极性的充电回路，供电模块对第一电容器进行充电；
31.第一主开关断开、每个第一pnp型半导体开关管导通且每个第一npn型半导体开关管断开时，则k级紧凑型marx模块形成正极性的放电回路，每个第一电容器进行放电。
32.进一步地，k级紧凑型marx模块还包括：
33.第二marx单元，一端与供电模块的正极连接且接地，另一端与供电模块的负极连接；
34.第二主开关，一端与供电模块负极连接，另一端与第二marx单元连接，用于控制k级紧凑型marx模块的通断；
35.第二marx单元包括：
36.第二电容器，一端通过第二二极管与第二主开关的连接，另一端与供电模块的正极连接且接地；
37.npn型半导体开关管还包括：
38.第二npn型半导体开关管，与第二电容器并联；
39.pnp型半导体开关管还包括：
40.第二pnp型半导体开关管，连接于第二电容器与第二npn型半导体开关管之间；
41.其中，第二npn型半导体开关管的输出端通过第二二极管与第二主开关连接，第二npn型半导体开关管的输入端与第二pnp型半导体开关管的输出端连接，第二npn型半导体开关管的控制端与第二npn型半导体开关管的控制端连接，第二pnp型半导体开关管的输入端与供电模块的正极连接且接地；第二二极管的正极分别与第二电容器及第二npn型半导体开关管的输出端连接，第二二极管的负极通过第二主开关与供电模块负极连接；
42.第二负载电路，一端与供电模块的正极连接且接地，另一端连接于第一pnp型半导体开关管的输出端及第一npn型半导体开关管的输入端；
43.第二主开关导通、第二pnp型半导体开关管导通及第一npn型半导体开关管断开时，则k级紧凑型marx模块形成负极性的充电回路，供电模块对第二电容器进行充电；
44.第二主开关断开、第二pnp型半导体开关管断开及第二npn型半导体开关管导通时，则k级紧凑型marx模块形成负极性的放电回路，第二电容器进行放电。
45.进一步地，第二marx单元设置有相互并联的若干个；
46.第二负载电路的一端与供电模块的正极连接且接地，另一端连接于最后一个第二pnp型半导体开关管的输出端及最后一个第二npn型半导体开关管的输入端连接；
47.第二主开关导通、每个第二pnp型半导体开关管导通且每个第一npn型半导体开关管断开时，则k级紧凑型marx模块形成负极性的充电回路，供电模块对每个第二电容器进行充电；
48.第一主开关断开、每个第二pnp型半导体开关管断开且每个第二npn型半导体开关管导通时，则k级紧凑型marx模块形成负极性的放电回路，每个第二电容器进行放电。
49.进一步地，同步驱动电路包括：
50.脉冲电路，用产生脉冲信号；
51.原边电路，与脉冲电路连接，基于脉冲信号生成同步驱动信号；
52.串心磁环副边电路，包括一个pnp型半导体开关管及一个npn型半导体开关管；副边电路分别连接于pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管的控制端、pnp型半导体开关管的输出端及npn型半导体开关管的输入端。
53.进一步地，串心磁环副边电路包括：
54.第一串心磁环副边电路，包括一个第一pnp型半导体开关管及一个第一npn型半导体开关管；原边电路分别连接于第一pnp型半导体开关管及第一npn型半导体开关管的控制端、第一pnp型半导体开关管的输出端及第一npn型半导体开关管的输入端；
55.第二串心磁环副边电路，包括一个第二pnp型半导体开关管及一个第二npn型半导
体开关管；原边电路分别连接于第二pnp型半导体开关管及第二npn型半导体开关管的控制端、第二pnp型半导体开关管的输出端及第二npn型半导体开关管的输入端。
56.进一步地，原边电路包括若干串联的串心磁环，每个第一串心磁环副边电路及每个第二串心磁环副边电路均配设有一个串心磁环；
57.第一pnp型半导体开关管及第一npn型半导体开关管的控制端均连接于配设的串心磁环的一端，第一pnp型半导体开关管的输出端及第一npn型半导体开关管的输入端均连接于配设的串心磁环的另一端；
58.第二pnp型半导体开关管及第二npn型半导体开关管的控制端均连接于配设的串心磁环的一端，第二pnp型半导体开关管的输出端及第二npn型半导体开关管的输入端均连接于配设的串心磁环的另一端。
59.进一步地，第一pnp型半导体开关管及第一npn型半导体开关管的控制端均设置有第一电阻；
60.第二pnp型半导体开关管及第二npn型半导体开关管的控制端均设置有第二电阻。
61.本发明实施例中的半桥电路结构中，pnp型半导体开关管的输出端与npn型半导体开关管的输入端连接，pnp型半导体开关管的控制端与npn型半导体开关管的控制端连接。将本技术半桥电路结构的应用到电路中时，通过pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管两者的控制端短接，及pnp型半导体开关管的输出端与npn型半导体开关管输入端短接，以串联形成半桥电路结构，形成半桥型固态marx电路，实现用一个驱动电压信号同时控制两个开关的导通和关断，从而将驱动电路和控制信号的数量减少一半，优化了电路结构，使功率变换电路结构更简单、成本更低。
附图说明
62.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
63.图1为本发明紧凑型高压脉冲产生电路的原理图；
64.图2为本发明紧凑型高压脉冲产生电路中充电管与放电管的连接示意图；
65.图3为本发明k级紧凑型marx模块正极性原理图；
66.图4为本发明k级紧凑型marx模块的正极性充电回路；
67.图5为本发明k级紧凑型marx模块的正极性放电回路；
68.图6为本发明k级紧凑型marx模块的负极性充电回路；
69.图7为本发明k级紧凑型marx模块的负极性放电回路；
70.图8为本发明紧凑型高压脉冲产生电路的磁隔离同步驱动电路原理图；
71.图9为本发明紧凑型高压脉冲产生电路的具体实施例中产生的正极性脉冲波形。
72.附图标记：1-同步驱动电路、2-供电模块、3-k级紧凑型marx模块；
73.301-第一主开关、302-第一marx单元、303-第一二极管、304-第一电容器、305-第一pnp型半导体开关管、306-第一npn型半导体开关管、
74.401-第二主开关、402-第二marx单元、403-第二二极管、404-第二电容器、405-第二pnp型半导体开关管、406-第二npn型半导体开关管。
具体实施方式
75.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
76.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
77.根据本发明一实施例，提供了一种半桥电路结构，参见图2，包括：pnp型半导体开关管及与所述pnp型半导体开关管串联的npn型半导体开关管，所述pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管均包括输入端、输出端及控制端；其中，
78.所述pnp型半导体开关管的输出端与所述npn型半导体开关管的输入端连接，形成第一驱动信号输入端，所述pnp型半导体开关管的控制端与所述npn型半导体开关管的控制端连接，形成第二驱动信号输入端；所述pnp型半导体开关管的输入端用于外接电路，所述npn型半导体开关管的输出端用于外接电路；
79.通过第一驱动信号输入端或第二驱动信号输入端输入的驱动电压信号，实现一个驱动电压信号控制所述pnp型半导体开关管及所述npn型半导体开关管的开通与关断。
80.本发明实施例中的半桥电路结构中，pnp型半导体开关管的输出端与npn型半导体开关管的输入端连接，pnp型半导体开关管的控制端与npn型半导体开关管的控制端连接。将本技术半桥电路结构的应用到电路中时，通过pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管两者的控制端短接，及pnp型半导体开关管的输出端与npn型半导体开关管输入端短接，以串联形成半桥电路结构，形成半桥型固态marx电路，实现用一个驱动电压信号同时控制两个开关的导通和关断，从而将驱动电路和控制信号的数量减少一半，优化了电路结构，使功率变换电路结构更简单、成本更低。
81.进一步地，参见图2，源极和栅极是针对mosfet晶体管而言的，若实际应用的是igbt晶体管，对应的名称是集电极和发射极。mosfet及igbt两者都是三端口控制器件，对应同类型或功能相似的三端口控制器件都在本技术保护的范围内。
82.本实施例中，以mosfet晶体管为例，pnp型半导体开关管为pnp型开关，npn型半导体开关管为npn型开关。图2中，n mos表示为pnp型开关，pmos表示为npn型开关。
83.因两种类型的开关电流方向是相反流通的，pnp型开关是从其源极s流向漏极d，npn型开关是从其漏极d流向源极s，两者的栅极g为控制端；因此，在一实施方式中，pnp型开关的漏极d、npn型开关的源极s均为输入端。pnp型开关的源极s、npn型的漏极d均为输出端。
84.根据本发明一实施例，提供了一种紧凑型高压脉冲产生电路，参见图1，包括：
85.k级紧凑型marx模块3，k级紧凑型marx模块3包括用于充电的充电回路及用于放电
的放电回路；
86.k级紧凑型marx模块包括半桥电路结构，半桥电路结构包括pnp型半导体开关管及与pnp型半导体开关管串联的npn型半导体开关管；其中，pnp型半导体开关管的输出端与npn型半导体开关管的输入端连接，pnp型半导体开关管的控制端与npn型半导体开关管的控制端连接。
87.同步驱动电路1，与k级紧凑型marx模块3连接，用于为k级紧凑型marx模块3的充电回路及放电回路提供同步的驱动信号，充电回路及放电回路根据同步驱动信号实现通断；
88.供电模块2，与k级紧凑型marx模块3电路连接，用于为k级紧凑型marx模块3供电。
89.本发明实施例中的紧凑型高压脉冲产生电路中，通过同步驱动电路1生成为k级紧凑型marx模块3的充电回路及放电回路提供同步的驱动信号，充电回路及放电回路根据同步驱动信号实现同步的通断。在k级紧凑型marx模块3中，当充电回路导通时进行，供电模块2为通过充电回路为k级紧凑型marx模块3进行充电，同时放电回路断开；当放电回路导通时，k级紧凑型marx模块3通过放电回路进行放电，同时充电回路断开。本技术通过用一个同步驱动信号同时驱动电路中的所有开关管的开通或关断，省掉了一半的控制信号及驱动电路，优化了电路结构，使得脉冲电源的结构更加紧凑。
90.具体地，紧凑型高压脉冲产生电路包括供电模块2、驱动电路、n个相串联的k级紧凑型marx模块3。供电模块2可以为直流充电源，直流充电源为k级紧凑型marx模块3供电。驱动电路采用串心磁环的磁隔离驱动方式为k级紧凑型marx模块3的充电管和放电管提供同步驱动信号，其电路原理图如图2所示。k级紧凑型marx模块3包含若干个marx单元，单个marx单元如图3所示。
91.在一实施方式中，参考图1，k级紧凑型marx模块3设置有串联的若干个，同步驱动电路1及供电模块2分别与每个k级紧凑型marx模块3连接。
92.具体地，若干个k级紧凑型marx模块3串联连接，通同步驱动电路1与每个k级紧凑型marx模块3串联连接，供电模块2与每个k级紧凑型marx模块3串联连接。每个k级紧凑型marx模块3串联连接一个负载。多个k级紧凑型marx模块3串联的设置方便供电模块2同时对多个k级紧凑型marx模块3串联实现充电。
93.在一实施方式中，参考图3，每个k级紧凑型marx模块3包括一个主开关及若干个marx单元，每个marx单元包括一个二极管、一个电容器、一个npn型半导体开关管和一个pnp型半导体开关管。通过npn型半导体开关管及pnp型半导体开关管的导通或断开形成充电回路及放电回路，包括k级紧凑型marx模块3形成正极性的充电回路，k级紧凑型marx模块3形成正极性的放电回路，k级紧凑型marx模块3形成负极性的充电回路，k级紧凑型marx模块3形成负极性的放电回路。下面对充电回路及放电回路的形成进行详细说明。
94.在一实施方式中，参考图3，k级紧凑型marx模块3包括：
95.第一marx单元302，一端与供电模块2的正极连接，另一端与供电模块2的负极连接且接地；
96.第一主开关301，一端与供电模块2正极连接，另一端与第一marx单元302连接，用于控制k级紧凑型marx模块3的通断；
97.第一marx单元302包括：
98.第一电容器304，一端通过第一二极管303与第一主开关301的连接，另一端与供电
模块2的负极连接且接地；
99.pnp型半导体开关管包括：
100.第一pnp型半导体开关管305，与第一电容器304并联；
101.npn型半导体开关管包括：
102.第一npn型半导体开关管306，连接于第一电容器304与第一pnp型半导体开关管305之间；
103.其中，第一pnp型半导体开关管305的输入端通过第一二极管303与第一主开关301连接，第一pnp型半导体开关管305的输出端与第一npn型半导体开关管306的输入端连接，第一pnp型半导体开关管305的控制端与第一npn型半导体开关管306的控制端连接，第一npn型半导体开关管306的输出端与供电模块2的负极连接且接地；第一二极管303的正极通过第一主开关301与供电模块2正极连接，第一二极管303的负极分别与第一电容器304及第一pnp型半导体开关管305的输入端连接；
104.第一负载电路，一端与供电模块2的负极连接且接地，另一端连接于第一pnp型半导体开关管305的输出端及第一npn型半导体开关管306的输入端；
105.第一主开关301导通、第一pnp型半导体开关管305断开及第一npn型半导体开关管306导通时，则k级紧凑型marx模块3形成正极性的充电回路，供电模块2对第一电容器304进行充电；
106.第一主开关301断开、第一pnp型半导体开关管305导通及第一npn型半导体开关管306断开时，则k级紧凑型marx模块3形成正极性的放电回路，第一电容器304进行放电。
107.具体地，该实施例中的k级紧凑型marx模块3为k级紧凑型正极性marx模块，第一marx单元302形成的充电回路为正极性的充电回路。k级紧凑型marx模块3可仅设置一个第一marx单元302。
108.参考图4，是本发明单个k级紧凑型marx模块3的正极性充电回路，在充电时，第一pnp型半导体开关管305处于关断状态，第一npn型半导体开管处于导通状态，k级紧凑型marx模块3形成正极性的充电回路，供电模块2对第一电容器304进行充电。同时，所有充电管导通使得负载被短路，可以泄放掉负载上的残余电荷，得到快速脉冲后沿。
109.参考图5，是本发明单个k级紧凑型marx模块3的正极性放电回路。在放电时，第一npn型半导体开管处于关断状态，第一pnp型半导体开关管305处于导通状态，k级紧凑型marx模块3形成正极性的放电回路，第一电容器304通过第一pnp型半导体开关管305进行串联放电。
110.优选地，如图4及图5所示，第一marx单元302设置有相互并联的若干个；
111.第一负载电路的一端与供电模块2的负极连接且接地，另一端连接于最后一个第一pnp型半导体开关管305的输出端及最后一个第一npn型半导体开关管306的输入端；
112.第一主开关301导通、每个第一pnp型半导体开关管305断开且每个第一npn型半导体开关管306导通时，则k级紧凑型marx模块3形成正极性的充电回路，供电模块2对第一电容器304进行充电；
113.第一主开关301断开、每个第一pnp型半导体开关管305导通且每个第一npn型半导体开关管306断开时，则k级紧凑型marx模块3形成正极性的放电回路，每个第一电容器304进行放电。
114.具体地，将第一marx单元302设置若干个，每个第一marx单元302都设置有一个第一电容器304，通过设置若干个第一marx单元302，使得更多的电容器实现被供电模块2充电。
115.图4是本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型正极性marx模块的充电回路。在该单个k级紧凑型marx模块3的正极性充电回路中包括多个第一marx单元302，在充电时，所有的第一pnp型半导体开关管305均处于关断状态，所有的第一npn型半导体开管均处于导通状态，从而形成正极性的充电回路，直流充电源的供电模块2对每个第一电容器304进行并联充电，同时，所有充电管导通使得负载被短路，可以泄放掉负载上的残余电荷，得到快速脉冲后沿。
116.图5是本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型marx模块3的正极性放电回路。在放电时，所有的第一npn型半导体开管处于关断状态，所有的第一pnp型电半导体开关管处于导通状态，从而形成正极性的放电回路，每个第一电容器304通过第一pnp型半导体开关管305进行串联放电，在负载上产生幅值为(k
×n×
vdc)的正极性电压脉冲。vdc为直流充电源的输出电压。
117.在一实施方式中，参考图，k级紧凑型marx模块3还包括：
118.第二marx单元402，一端与供电模块2的正极连接且接地，另一端与供电模块2的负极连接；
119.第二主开关401，一端与供电模块2负极连接，另一端与第二marx单元402连接，用于控制k级紧凑型marx模块3的通断；
120.第二marx单元402包括：
121.第二电容器404，一端通过第二二极管403与第二主开关401的连接，另一端与供电模块2的正极连接且接地；
122.npn型半导体开关管还包括：
123.第二npn型半导体开关管406，与第二电容器404并联；
124.pnp型半导体开关管还包括：
125.第二pnp型半导体开关管405，连接于第二电容器404与第二npn型半导体开关管406之间；
126.其中，第二npn型半导体开关管406的输出端通过第二二极管403与第二主开关401连接，第二npn型半导体开关管406的输入端与第二pnp型半导体开关管405的输出端连接，第二npn型半导体开关管406的控制端与第二pnp型半导体开关管405的控制端连接，第二pnp型半导体开关管405的输入端与供电模块2的正极连接且接地；第二二极管403的正极分别与第二电容器404及第二npn型半导体开关管406的输出端连接，第二二极管403的负极通过第二主开关401与供电模块2负极连接；
127.第二负载电路，一端与供电模块2的正极连接且接地，另一端连接于第一pnp型半导体开关管305的输出端及第一npn型半导体开关管306的输入端；
128.第二主开关401导通、第二pnp型半导体开关管405导通及第一npn型半导体开关管306断开时，则k级紧凑型marx模块3形成负极性的充电回路，供电模块2对第二电容器404进行充电；
129.第二主开关401断开、第二pnp型半导体开关管405断开及第二npn型半导体开关管
406导通时，则k级紧凑型marx模块3形成负极性的放电回路，第二电容器404进行放电。
130.具体地，该实施例中的k级紧凑型marx模块3为k级紧凑型负极性marx模块，第二marx单元402形成的充电回路为正极性的充电回路。k级紧凑型负极性marx模块可仅设置一个第二marx单元402。
131.参考图6，为本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型marx模块3的负极性充电回路。通过改变本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路的接地点和开关位置，用第二pnp型半导体开关管405作为充电管，第二npn型半导体开关管406作为放电管。当驱动信号为正时，第二n型开关管(第二pnp型半导体开关管405开关管，下同)导通，第二p型开关管(第二npn型半导体开关管406)关断，则形成负极性的充电回路，电路处于充电状态。
132.参考图7，为本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型marx模块3的负极性放电回路。当驱动信号为负时，第二pnp型半导体开关管405关断，第二npn型半导体开关管406导通，则形成负极性的放电回路，电路处于放电状态，可得到负极性的高压脉冲输出。
133.优选地，如图6及图7所示，第二marx单元402设置有相互并联的若干个；
134.第二负载电路的一端与供电模块2的正极连接且接地，另一端连接于最后一个第二pnp型半导体开关管405的输出端及最后一个第二npn型半导体开关管406的输入端连接；
135.第二主开关401导通、每个第二pnp型半导体开关管405导通且每个第一npn型半导体开关管306断开时，则k级紧凑型marx模块3形成负极性的充电回路，供电模块2对每个第二电容器404进行充电；
136.第一主开关301断开、每个第二pnp型半导体开关管405断开且每个第二npn型半导体开关管406导通时，则k级紧凑型marx模块3形成负极性的放电回路，每个第二电容器404进行放电。
137.具体地，将第二marx单元402设置若干个，每个第二marx单元402都设置有一个第二电容器404，通过设置若干个第二marx单元402，使得更多的电容器实现被供电模块2充电。
138.图6为本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型marx模块3的充电回路。在该单个k级紧凑型marx模块3的负极性充电回路中包括多个第二marx单元402，用第二pnp型半导体开关作为充电管，第二npn型半导体开关作为放电管。当驱动信号为正时，所有的第二n型开关管导通，所有的第二p型开关管关断，形成负极性的充电回路，电路处于充电状态。
139.图7为本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路中单个k级紧凑型marx模块3的负极性放电回路。当驱动信号为负时，所有第二n型开关管关断，所有第二p型开关管导通，形成负极性的放电回路，电路处于放电状态，可得到负极性的高压脉冲输出。
140.在一实施方式中，参考图8，同步驱动电路1包括：
141.脉冲电路，用产生脉冲信号；
142.原边电路201，与脉冲电路连接，基于脉冲信号生成同步驱动信号；
143.串心磁环副边电路202，包括一个pnp型半导体开关管及一个npn型半导体开关管；副边电路分别连接于pnp型半导体开关管及npn型半导体开关管的控制端、pnp型半导体开关管的输出端及npn型半导体开关管的输入端。
144.具体地，串心磁环副边电路包括：
145.第一串心磁环副边电路，包括一个第一pnp型半导体开关管305及一个第一npn型半导体开关管306；原边电路201分别连接于第一pnp型半导体开关管305及第一npn型半导体开关管306的控制端、第一pnp型半导体开关管305的输出端及第一npn型半导体开关管306的输入端，参考图8、图4及图5。
146.第二串心磁环副边电路，包括一个第二pnp型半导体开关管405及一个第二npn型半导体开关管406；原边电路201分别连接于第二pnp型半导体开关管405及第二npn型半导体开关管406的控制端、第二pnp型半导体开关管405的输出端及第二npn型半导体开关管406的输入端。第二串心磁环副边电路的原理与第一串心磁环副边电路相同，其中，第二pnp型半导体开关管405及第二npn型半导体开关管406的连接关系，参考上述的负极性的充电回路及放电回路，参考图8、图6及图7。
147.具体地，脉冲电路产生脉冲信号，原边电路201基于脉冲信号发出同步的驱动信号，第一串心磁环副边电路基于同步的驱动型号第一pnp型半导体开关管305或第一npn型半导体开关管306实现关断或导通，第二串心磁环副边电路基于同步的驱动信号实现第二pnp型半导体开关管405及一个第二npn型半导体开关管406。
148.在设置有多个第一marx单元302及多个第二marx单元402的k级紧凑型marx模块3中，每个第一marx单元302中包括一个第一串心磁环副边电路，第一串心磁环副边电路包括一个第一pnp型半导体开关管305及一个第一npn型半导体开关管306。每个第二marx单元402中包括一个第二串心磁环副边电路，第二串心磁环副边电路包括一个第二pnp型半导体开关管405及一个第二npn型半导体开关管406。
149.进一步地，参考图8，原边电路201包括若干串联的串心磁环，每个第一串心磁环副边电路及每个第二串心磁环副边电路均配设有一个串心磁环；
150.第一pnp型半导体开关管305及第一npn型半导体开关管306的控制端均连接于配设的串心磁环的一端，第一pnp型半导体开关管305的输出端及第一npn型半导体开关管306的输入端均连接于配设的串心磁环的另一端；
151.第二pnp型半导体开关管405及第二npn型半导体开关管406的控制端均连接于配设的串心磁环的一端，第二pnp型半导体开关管405及第二npn型半导体开关管406的输入端均连接于配设的串心磁环的另一端。
152.具体地，图8是用于配合本发明一种紧凑型脉冲形成电路的磁隔离同步驱动电路1原理图，其包括采用第一串心磁环进行磁隔离驱动的原边电路201、串心磁环副边电路202。原边电路201中的脉冲信号由半桥电路产生，所有磁芯串联，保证了驱动信号的同步性；串心磁环副边电路202中充电管为pmos管，如图8中的sa1，放电管为nmos管，如图8中的sb1。由于在导通特性方面，pmos和nmos正好相反，基于此，本设计提出将充电管和放电管的栅极和源极分别短接起来，就可以用一个驱动信号同时驱动充电管和放电管。
153.在一实施方式中，根据需要，在用一个栅极电压同时驱动npn型半导体和pnp型半导体开关管的前提下，可选择性地分别在npn型半导体和pnp型半导体开关的栅极(或源极)串并联一些电阻、二极管等辅助电路。
154.如图2所示，第一pnp型半导体开关管305及第一npn型半导体开关管306的控制端均设置有第一电阻；
155.第二pnp型半导体开关管405及第二npn型半导体开关管406的控制端均设置有第二电阻。
156.在一实施方式中，参考图3至图7，第一主开关301为第一npn型半导体开关管306，第二主开关401为第二npn型半导体开关管406。
157.参考图9，是本发明一种紧凑型脉冲形成电路的具体实施例中产生的高压脉冲波形。在该实施例中负载为1kω的阻性负载，主回路储能电容为1μf，直流充电源的输出电压为450v，紧凑型marx模块的数量为4块，单个紧凑型marx模块包含6个marx单元，放电频率为2khz。在负载上获得了10kv的高压方波脉冲。
158.本技术用pnp型电压控制型功率半导体开关作为充电管，npn型电压控制型功率半导体开关作为放电管，并且将两者串联形成半桥结构，并分别将其栅极和源级短接，形成半桥型固态marx电路，用同一个电压信号同时驱动充电管和放电管，可以产生方波高压脉冲。相比于传统的marx电路结构，此方案省掉了一半控制信号和驱动电路，优化了电路结构，使得脉冲电源的结构更加紧凑。若采用磁隔离同步驱动方案，可以省去驱动芯片和隔离供电电源模块，可以进一步缩小脉冲电源尺寸，降低成本。
159.本技术以mosfet开关为例，npn型mosfet和pnp型mosfet具有相反的导通特性，即pnp型mosfet是vgs高于栅极阈值电压时开通，反之关断；而npn型mosfet是vgs低于栅极阈值电压时开通，反之关断。且npn型mosfet的导通电流从源极流向漏极，而pnp型mosfet的导通电流从漏极流向源极。以输出为正极性高压脉冲为例，本发明一种紧凑型高压脉冲产生电路用npn型功率半导体开关作为充电开关，以pnp型半导体开关作为放电开关，并将p型mosfet和n型mosfet的栅极与源极分别短路连接在一起，如图2所示的g1(栅极)和s1(源极)，实现了用一个驱动信号同时驱动电路中的所有开关管的开通或关断。省掉了一半的驱动电路，使电源结构更紧凑。
160.本发明的有益效果包括以下：
161.1、本发明将npn型功率半导体开关和pnp型功率半导体开关串联，并且将其控制极(栅极或门极)和源极分别短接，实现用一个驱动电压同时控制两个开关的导通和关断，从而将驱动电路和控制信号的数量减少一半，使功率变换电路结构更简单、成本更低。
162.2、将所提的电路结构用在半桥型全固态marx电路中或者任何需要用到半桥电路的整流、逆变电路中，实现了用同一个驱动电压信号同时控制两个功率开关管的导通和关断，优化了电路结构，减少了一半的驱动电路和控制信号数量，使电源结构更加紧凑，降低成本，便于携带和调试。
163.3.本发明所提出的高压脉冲发生电路和磁隔离同步驱动技术结合，可以实现信号回路和放电回路的电气隔离，大幅简化高压脉冲电路中的驱动和控制，使整个电路更加紧凑、成本更低。
164.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。