寄生元件对低能耗马克思发电机的影响

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Impact of Parasitic Elements in Low-Energy Marx Generators

该研究分析并优化低能马赫发电机级数，考虑杂散电容影响建立等效电容与开路端电压表达式，发现级数增加时电压倍增效应趋缓直至边际效益递减。通过建立级数、电容值和寄生电容耦合系数的三参数关联函数，提出杂散电容负载因子β和有效电压倍增因子Γ的优化模型，结合逆塑性比例（黄金分割比）与三次方程解，确定逆塑性比例方案为最优平衡点，兼顾电压放大与能效，而黄金分割比方案则对应电压优先但能效折损的设计路径。

　　

摘要：

本研究试图分析和优化低能耗马克斯发生器的级数。快速放电的低能耗马克斯发生器由电容值较低的级电容器组成，这些电容值通常与马克斯系统内部形成的各种杂散电容相当。在本文中，考虑了杂散电容的显著存在，推导出了马克斯发生器的等效串联电容和开路端电压的解析表达式。数学分析一致表明，随着级数的增加，电压放大效率呈渐近衰减趋势，最终进入一个收益递减的阶段，在该阶段增加级数对输出电压的贡献变得微不足道。发生器的建立过程被建模为一个离散时间过程，电路分析全面考虑了分布式的杂散电容元件。建立了一个关联三个基本参数的函数：1）级数；2）级电容器电容；3）高电位节点与接地外壳结构之间的寄生电容耦合。引入了两个创新的设计因素，即杂散电容负载系数（β）和有效电压放大系数（Γ），以准确估计和优化级数。同时发现，在某些条件下，这些因素的相关方程省略了两个基本多项式。其中一个是一个三次多项式，其唯一实数解是塑性比的倒数；另一个是二次多项式，其根是黄金分割比。塑性比的倒数解被认为是最优解，因为它在电压放大和能量效率之间取得了平衡；而黄金分割比的解虽然能够实现较高的电压放大，但会牺牲能量效率。关于马克斯发生器浪涌阻抗的非数学分析...

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