[發明專利]一種脈沖發生器

無效

• 申請號: 201210160702.7
• 申請日: 2012-05-23
• 公開（公告）號: CN102664606A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 趙濤
• 申請（專利權）人: 趙濤
• 主分類號: H03K3/02
• 分類號: H03K3/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 胡山

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域中的電能變換裝置，具體為一種脈沖發生器。

背景技術

脈沖發生器是常用的電力電子變換器，廣泛應用于污染防治、食品加工、激光電源、核物理等領域。

大功率雙極性脈沖源在廢氣處理、食品殺菌、材料改性、PDP等很多方面有廣泛應用。目前使用的大功率雙極性脈沖源的結構復雜，脈沖邊沿不夠陡峭，效率較低。基于固態器件的脈沖發生器由于效率高、控制靈活、體積較小等優點，越來越受到人們的關注，基于固態器件的大功率雙極性脈沖源，它利用了固態器件分布電容小的特性及快恢復二極管的高速特性，分析和仿真表明該脈沖源有如下特點：升壓比高，電壓應力小，結構較簡單，效率高，輸出脈沖邊沿陡峭，頻率較高，正負對稱。文獻《New?solid-state?Marx?topology?for?bipolar?repetitive?high-voltage?pulses》中提出了兩個多級結構結合起來以實現正或負的輸出脈沖，邊沿時間很快，但是結構復雜，且其中的固態器件是硬開關的，效率低。文獻《Pulsed?Power?systems?for?Food?and?Wastewater?processing》對此進行了改進，從而在一個拓撲中可以實現雙極性輸出，但結構依然復雜，此外，很難實現多個開關的同步，球隙放電脈沖發生器存在抖動和壽命問題。文獻《Narrow?pulsed?voltage?generator?for?liquid?food?sterilization》中給出幾種帶SG的雙極性脈沖發生器，在這幾種脈沖源的前級使用反激變換器，既限制了功率，又增加了復雜性。基于固態器件的脈沖發生器壽命長，工作穩定。通過對輸入方波微分或通過短路傳輸線可以產生雙極性脈沖源，但這樣必須增加輸入方波電路，使電路復雜化。在文獻《A?low-cost,?high-performance?pulse?generator?for?ultrasound?imaging》、《Pulse?generators?for?pulsed?electric?field?exposure?of?biological?cells?and?tissues》中，為了產生高壓輸出脈沖，還要引入高壓直流電壓，這也增加了電路的復雜性。文獻《?Design?of?Bipolar?Pulse?Generator?for?Biomedical?Applications》中給出了一種性能良好的大功率雙極性脈沖源，但是功率器件工作于硬開關狀態。在很多情況下需要陡峭的脈沖沿。例如在煙氣脫硫硝中，陡峭的脈沖沿可以抑制二次電子發射，進而減小能耗；在細胞試驗中，陡峭的脈沖沿能降低細胞死亡率。利用脈沖源對食品殺菌處理比高溫殺菌消耗的能量小得多，效果更好。文獻《All-Solid-State?Repetitive?Pulsed-Power?Generator?Using?IGBT?and?Magnetic?Compression?Switches》雖然引入磁脈沖壓縮技術，但輸出脈沖邊沿依然有300ns，不夠陡峭，且頂部不平坦。

在本發明中，驅動可控開關的電源可以使一個單電源，而不是若干獨立的電源，這樣可以大量節約成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種脈沖發生器，以解決現有技術中脈沖發生器結構復雜，效率較低，且輸出脈沖邊沿不夠陡峭，頂部不平坦的問題。為達到所述目的，本發明采用的技術方案為：

一種脈沖發生器，至少包括兩個基本單元，每個基本單元包括有電感、二極管、電容和可控開關單元，所述可控開關單元的第一端連結輸入電源的負極或陰極；所述電感的一端連接在可控開關單元的第二端上；所述電感的另一端連結二極管負極或陰極，并且連結輸入電源的正極或陽極；所述二極管的正極或陽極連結電容的一極；所述電容的另一極連接在該所述可控開關單元的第二端上，并且連結所述電感的另一端；基本單元中的電容的各自一極分別連接負載的一端，也可以分別連接變壓器的一端。

在本發明中，所述的可控開關單元可以是一個單獨使用，也可以是若干個串聯或并聯使用；所述的二極管也可以單獨使用，也可以若干個串聯或并聯使用。

有益效果：

本發明與傳統技術相比具有如下優點：

1、本發明能夠把輸入直流電壓變換為輸出脈沖電壓，通過控制，該輸出脈沖電壓幅度可以比該輸入直流電壓高，也可以比該輸入直流電壓低。

2、輸出脈沖電壓的前沿和后沿陡峭，有較平的脈沖頂部，通過適當的控制，可以使開關器件M實現零電壓切換，提高效率。