随着半导体技术和电磁技术的发展，刚管调制器也发展出了很多新型的结构，更利于调制器的小型化和轻量化。下面介绍几种实用的全固态刚管调制器［17］。
1.采用IGBT 串并联的直接耦合型全固态刚管调制器
直接耦合全固态刚管调制器原理如图8-8 所示，调制开关直接串联在电源和负载之间，所有开关均浮动在高电位上。这种调制器的特点是，由于采用直接耦合方式，脉冲波形较好，前后沿较快，一般前后沿可做到1 μs 以内，可以高重复频率工作。但电源电压较高，以1 MW 的管子为例，所需脉冲电压约为80 kV，因此需80 kV 的直流电源，整个系统存在较大的耐压问题，必须采用油箱结构，同时由于电压较高，串联的开关管非常多，研制难度较大。
图8-8 直接耦合全固态刚管调制器原理
这种调制器的关键技术为开关管的驱动及负载短路快速保护技术，采用直接串联的电路拓扑，必须保证驱动信号的一致性，否则会引起串联管工作电压不均衡，最慢导通的管子将承受全部电压而被击穿，而实际上所有串联管驱动信号严格一致是很难实现的，但可以控制在一定范围之内。因此，必须设计动态均压电路，以缓冲开关不一致引起的电压不均衡，但均压电路是以增加损耗为代价的，在重复频率较高的场合将会产生较大的损耗。这种调制器的负载多为大功率速调管或回旋管，存在因真空度下降引起打火问题，必须在较短的时间内快速同时关断开关管，否则将容易损坏调制器及负载。
因此，这种调制器适用于脉冲宽度宽、平均功率大、波形要求严格、重复频率高、电压不是太高的场合，对于近年来广泛应用的多注速调管尤为适用。
2.采用IGBT 串并联的变压器耦合全固态刚管调制器
变压器耦合全固态刚管调制器原理如图8-9 所示，与直接耦合型不同的是与负载通过变压器进行耦合，由于采用变压器升压，降低了初级的直流电压，但增大了初级电流，加大了IGBT 串联开关的均压难度，即需增加吸收电容的容量，吸收电容容量的增加是以损耗的增加为代价的。采用变压器，脉冲宽度受到一定的限制，在脉冲宽度较大的情况下，变压器的体积和重量迅速增加，同时脉冲前后沿较差，因此很难兼顾到窄脉冲，不适用于宽窄脉冲并存的系统，由于变压器的恢复时间问题，又导致重复频率不能太高。
这种调制器适用于高峰值功率、低重复频率、脉冲宽度在100 μs 以内且宽度范围变化不大的场合。
图8-9 变压器耦合全固态刚管调制器原理
3.加法器式全固态刚管调制器
近年来高功率微波武器系统发展迅速，其关键技术之一为高功率微波源，而高功率调制器为高功率微波源的重要组成部分，同时高能物理领域也迫切需要高功率调制器。例如，峰值功率为50 MW 的速调管，工作电压高达350 kV，电流达400 A 左右，如此大功率调制器，采用直接串联的方法很难实现，串并联管数量巨大，存在非常严重的耐压问题，因此必须采用新的电路拓扑来实现。
美国斯坦福加速器中心提出并成功实现了大功率加法叠加式调制器，研制出了500 kV/2 000 A 超大功率全固态加法器式调制器，驱动8 只峰值功率达75 MW 的速调管，其原理如图8-10 所示。
图8-1 0 加法器式固态脉冲调制器原理(www.xing528.com)
这种调制器输出的脉冲由脉冲变压器耦合和叠加，脉冲变压器的初级位于低电位上，每一个脉冲变压器初级电路为一个基本刚管调制器，所有的初级调制电路和触发电路均相同，且处于低电位上。因此，触发电路比较容易实现，无须考虑绝缘问题，绝缘由脉冲变压器实现。这种调制器的优点如下。
（1）初级电路简单，模块化设计。
（2）开关器件的电压等级要求不高，无须串联。
（3）驱动电路均在低电位上。
（4）绝缘由变压器实现。
但这种调制器一般采用变压器升压，初级必须通过很大的电流，需采用高压大电流的模块作为开关，目前功率最大的模块有6 600 V/800 A，这种模块价格昂贵，必须精心设计保护电路，以保证在负载短路的情况下有效地保证模块不被损坏。而且，初级回路电流高达上千安培，元件、回路的分布电感和变压器漏感对输出波形的前后沿有显著的影响，因此设法减小分布参数成为这种调制器的难点之一。同时由于采用了脉冲变压器，最大脉冲宽度受变压器磁芯可用伏秒特性的限制，一般在10 μs 以内。因此这种调制器适用于超高峰值功率、窄脉冲、低重复频率、工作比不大的场合。
4.MarX 固态刚管调制器
图8-11 所示为最基本的MarX 固态刚管调制器原理，由图中可以看出，这种调制器在充电期间，电容器接成并联，而在放电期间，开关管导通，电容器被接成串联，每个电容器上的电压在脉冲期间叠加到负载上，因此采用电压为E 的直流电源，通过n 个MarX 组件的串联，可以得到几倍于电源电压的脉冲电压。图8-11 所示为一个采用电阻充电方式4 倍电压的MarX 调制器，输出脉冲电压为4 Vin。关于充电方式，可根据不同的场合选用电阻充电（适用于小功率场合）、共模扼流圈充电（适用于窄脉冲）或充电开关充电方式（能适用于各种场合，但增加了充电开关，系统复杂）。
图8-1 1 MarX 固态刚管调制器原理
MarX 调制器的特点［16］如下。
（1）MarX 调制器使用较低的电源电压，采用电路拓扑的转换进行升压，去除了脉冲变压器，工作直流电压低，输出波形好。
（2）每组MarX 单元均承受电源电压，组与组之间不存在均压问题，每组Marx 单元耐压较低，比较容易实现。
（3）如果有一组MarX 组件未导通，可通过旁路二极管形成回路，只是输出脉冲电压降低，因此这种调制器对每组组件驱动信号的一致性要求不是非常严格。
（4）整个系统直流电压较低，脉冲电压也是级联上升，耐压问题相对较易解决，可以做到干式不浸油，有利于减小体积重量。
（5）由于放电时电容器是串联的，等效容量较小，因此输出大脉宽时需要大容量电容，造成体积较大，但也可以通过组合电容方式或其他办法来解决。由于需通过LC 充电来补充脉冲期间失去的电荷，因此重复频率不宜做很高。
（6）具备固态调制器的所有优点，是一种很有前途的高压脉冲调制器。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
