[實用新型]基于光導開關的參數可調高壓納秒電脈沖產生器

有效

• 申請號: 201120213954.2
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN202127386U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 吳明和
• 申請（專利權）人: 吳明和
• 主分類號: H03K3/011
• 分類號: H03K3/011
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術領域

本實用新型涉及一種基于光導開關的參數可調高壓納秒電脈沖產生器。

背景技術

高壓納秒電脈沖產生器可以按輸出電壓高低、脈沖寬度長短、重復頻率范圍和開光種類進行分類。大多數電脈沖產生器輸出電壓低于5kV,導致作用于負載的電場低而在負載上呈現較弱的電磁效應。一般電脈沖產生器輸出的脈沖寬度在數百納秒以上以致達到微秒，達不到理想的天線輻射效果或者出現不了醫療、農林等領域所需要的細胞內處理效應。從重復頻率來看，為了滿足軍事的需要，通常脈沖重復頻率很高(10kHz)，沒有手動檔;高重復頻率容易導致細胞過熱死亡，沒有出現期望的腫瘤細胞凋亡響應或者沒有農林領域期望的促生長因子的出現.火花隙開關耐壓高，產生的脈沖寬度小，但是由于金屬電極的燒蝕而開關壽命短，同時體積龐大。串并聯MOSFET和IGBT開關保護電路復雜，易于燒毀，壽命短。基于半導體斷開開關和磁飽和變壓器的脈沖產生器的磁飽和材料處于試制階段，不成熟，而且價格高昂。

有鑒于此，本高壓納秒電脈沖產生器利用光導開關產生電壓高達5-10千伏、脈沖寬度在數百皮秒到數百納秒之間和具有一定重復頻率的電脈沖。本電脈沖產生器的光導開關具有靜態耐壓高、體積小、壽命長和價格低等特征。脈沖激光二極管代替較為龐大的激光器產生激光，將激光光能和電容儲能配合，致力于電脈沖參數的可調節性和光導開關的高利用率，可用于軍事、醫療、農林等領域，為國防安全和人類的健康服務。?

實用新型內容

本實用新型的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于光導開關的參數可調高壓納秒電脈沖產生器，該發明創造包含核心器件：光導開關。如圖1所示，首先系列大小電容器的儲能與可調節的激光能量配合，使光導開關導通良好，獲得不同幅值和不同脈沖寬度的高壓納秒電脈沖。激光二極管的光功率依次為50、75、150和200W，記為P1、P2?、P3、P4?四檔。閉合S1、S2、S3、S4四個開關之中的一個，對應電容(耐壓20?kV)為30、45、90和120PF對應,圖中為C1、C2、C3和C4檔。這樣光導開關的能量和儲能電容的組合為(P1,C1)、(P2,C2)、(P3,C3)和(P4,C4)。一般地，高壓納秒產生器中的儲能電容為單個Blumlein傳輸線的電容，面積大，電容不易調節變化。

脈沖激光二極管代替了體積龐大、維護困難的激光器。脈沖二極管電路體積小、維護方便，激光功率可以調節驅動電流和脈沖寬度實現。該電脈沖產生器體積較YAG激光器觸發的電脈沖產生器體積減小了一半以上，增加攜帶的便利性。

脈沖幅度、脈沖寬度和重復頻率可以調節，增加了負載的種類。一般地，將高壓納秒電脈沖饋入軍用的超寬帶天線。該發明除了作超寬帶天線的激勵源外，產生的電脈沖可直接作用于醫療上的腫瘤細胞或者組織，增加腫瘤細胞的凋亡百分比，也可作用于農林領域的孢子懸液、無土培養的植物和蘑菇生長的圓木，提高菌類和農作物的產量。

新的位置關系：

高壓納秒電脈沖產生器構成：光電延時器子系統、脈沖二極管光功率調節子系統、高壓充電電源、電容儲能子系統與光導開關放電子系統和負載應用子系統。

光電延時器子系統由重復頻率控制(含單次觸發)按鈕、555定時器、延時調節按鈕、電信號放大電路組成，分別為小型化高壓充電電源提供延時的充電信號和為脈沖發光二極管驅動電路提供觸發信號。

高壓充電電源子系統由自耦變壓器、整流電路、IRF460開關管、回掃變壓器組成。回掃變壓器的儲存磁能在開關管斷開時轉化為電容器儲存的電能。

脈沖二極管光功率調節子系統由調整電路(電流和脈沖寬度調節)、脈沖二極管驅動電路和脈沖二極管(波長大于870納米，小于1730納米)組成，用于提供脈沖寬度、脈沖光功率可調節的激光。

電容儲能裝置與光導開關放電裝置由開關和儲能電容的系列組合(S1、C1、...S4、C4)?、高壓硅堆和核心器件光導開關組成，實現儲能和基于光導開關的放電。

輸出脈沖可以饋入到超寬帶天線；可以輸送到腫瘤的細胞懸液或者組織；作用于農林領域的孢子懸液和草本植物懸液。

相互連接關系：

如圖1所示，來自控光信號的TTL電平控制脈沖二極管光功率調節子系統，產生光能可調的光脈沖；小型化高壓充電電源通過高壓硅堆給不同的電容儲能；光能和對應的電能匹配使光導開關充分導通，實現電容器的充分放電。?

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

該發明具有如下一些技術效果：