2023年4月电工技术学报Vol.38No.8第38卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYApr.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220281基于磁隔离驱动的双极性Marx脉冲源研制董守龙1周晓宇1余亮1刘鑫1,2姚陈果1（1.输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）重庆4000302.中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621999）摘要该文针对脉冲功率技术在食品杀菌处理等领域的双极性高电压应用需求，设计了一种基于磁隔离驱动的全固态双极性Marx脉冲源。该双极性脉冲源主电路采用双Marx型电路拓扑。驱动电路采用磁心传递控制信号，利用磁心堆叠和次级绕组反并联方式，使得系统仅需两路驱动信号即可实现双Marx主电路拓扑中四种开关的控制。驱动电路结构简单可靠，开关同步性高。基于此驱动电路和主电路，筛选了主要器件，开展了相应仿真，最终研制出全固态双极性脉冲源样机，并开展了样机的性能测试。测试结果表明，该脉冲源输出电压为0～±20kV，脉冲宽度为3～10μs，最大重复频率为200Hz。脉冲源的输出电压、脉冲宽度、重复频率及正负脉冲间距均灵活可调，并可通过增加Marx模块的数量来实现更高等级的输出电压。关键词：脉冲功率技术双极性脉冲Marx电路磁隔离驱动固态开关中图分类号：TM8320引言近年来，脉冲功率技术的应用范围由传统的军工国防领域不断拓宽，被广泛应用于生物医学[1-4]、等离子体科学[5]、材料改性[6]、食品科学和污水处理[7-9]等领域。基于不同的应用背景，脉冲源的参数需求不尽相同，除了高输出电压、电流，快上升沿等需求外，输出脉冲的形状、极性、重复频率等参数也逐渐纳入设计需求之内。在液态食品杀菌领域中，相较于传统的热处理、紫外线照射、化学处理等方法，高压脉冲电场的非热杀菌方法因其无显著温升、处理时间短、杀菌效果好等优势受到广泛关注。杀菌的主要机理是高脉冲电场（1～100μs，20～80kV/cm）诱导食品中的微生物发生不可逆穿孔而死亡[10-12]。高压脉冲电源作为脉冲电场发生的核心设备，其参数性能直接影响到最终的杀菌效果。研究表明，除脉冲电场强度和作用时间外，双极性脉冲产生的交变应力使得细胞膜的结构疲劳，细胞膜的通透性提高，灭菌效果有效提升[13-14]。其次，在食品杀菌处理过程中，高压电极往往采用金属电极。在与液态食品接触时，单一极性的脉冲输出容易发生电极腐蚀进而引发食品安全问题。相较于单极性脉冲，双极性脉冲通过极性切换，可有效抑制电极腐蚀[15]，保障食品安全。双...
