[發明專利]一種重復頻率的脈沖倍壓發生裝置

有效

• 申請號: 201210382348.2
• 申請日: 2012-10-10
• 公開（公告）號: CN102931867A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 丁衛東;任航;吳佳瑋
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于脈沖功率技術領域，涉及一種重復頻率的脈沖倍壓發生裝置。?

背景技術

脈沖功率技術隨著氮氧化物處理、臭氧制備、污水處理等工業領域的迫切應用需求而迎來發展高峰期，對脈沖電壓幅值、上升時間、重復工作頻率，特別是脈沖源的體積和造價都提出了更嚴格的要求。?

現階段廣泛采用的重復頻率脈沖倍壓電路為一種免復位的磁壓縮電路，其電路構造如圖1所示（張冬冬,嚴萍,王鈺,等.單級磁脈沖壓縮系統實驗研究[J],強激光與粒子束,2008:20(8),1397–1410.）。低壓充電電容C₁和晶閘管THY₁(或IGBT)，空心電感L₁(或磁開關)及脈沖變壓器PT₁的初級繞組串聯并構成閉合回路。高壓充電電容C₂和C₃與磁開關MS₁及空心電感L₂(或半導體斷路開關，上端陽極，下端陰極)串聯并構成閉合回路。脈沖變壓器次級繞組與高壓充電電容C₃并聯，并構成閉合回路。負載與空心電感L₂并聯并構成閉合回路。?

為了適應工業應用的要求以獲得幅值高達數十千伏的輸出電壓，現有技術主要依靠脈沖變壓器實現電壓倍增、依靠磁開關實現脈沖壓縮。因此，脈沖變壓器需要把幾百伏的電壓倍增到數十千伏，這將導致脈沖變壓器具有相當大的變比。高變比帶來的問題有二：首先，高變比要求脈沖變壓器初級線圈匝數很少。為了保證脈沖在上升過程中能夠得到有效倍壓，需要脈沖變壓器的磁芯在倍壓過程中不飽和，而由于初級線圈匝數較少，則必須依靠增加磁芯截面積來達到磁芯不飽和的要求。因此，整體磁芯體積將會變大，系統造價和體積都會增加。另一方面，高變比要求脈沖變壓器次級線圈匝數較多。為了能夠在磁環上繞制足夠多的線圈，磁環的周長需要較大，從而增加了磁芯體積和造價。?

文獻（Richard?Anthony?Fitch,Mortimer.“Electrical?Pulse?Generator”,USPatent?nr?3,366,799,30.）提出了Fitch電路用作脈沖電壓的幅值倍增。其中，N個電容串聯，且相間的電容兩端并聯空心電感，空心電感和電容通過球隙連接。各級電容通過電阻連接，電阻的作用是為電容充電提供回路。當電容通過電阻充電完成后，各級球隙同步導通，相間的電容和空心電感電壓進行諧振。當電壓極性完全反轉時，輸出端得到N倍的輸入電壓。但是，上述的電路具有如下缺點：1、電容通過電阻充電，充電時間很長，無法做到重復運行。2、采用球隙作為開關，其絕緣恢復時間和電極燒蝕也限制了整套系統的重復運行頻率。?

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種重復頻率的脈沖倍壓發生裝置，提出新的脈沖倍增電路，能夠降低對脈沖變壓器的變比和輸出電壓幅值的要求以及對磁壓縮的壓縮比的要求，減少脈沖變壓器與磁壓縮電路的磁芯體積與重量，實現系統小型化、緊湊化。?

本發明是通過以下技術方案來實現：?

一種重復頻率的脈沖倍壓發生裝置，包括脈沖源、磁壓縮電路、脈沖變壓器和脈沖倍增級聯單元；脈沖源通過電感給磁壓縮電路充電，輸入脈沖經過磁壓縮電路前沿壓縮后送入脈沖變壓器進行初級倍壓，然后再送入脈沖倍增級聯單元進行二次倍壓及前沿壓縮；?

磁壓縮電路通過電感與脈沖源相連接，包括多級磁壓縮單元，每級磁壓縮單元包括電容和磁開關，電容的一端和磁開關的一端相連接，電容的另一端和磁開關的另一端與下一級電容并聯；?

磁壓縮電路通過脈沖變壓器與脈沖倍增級聯單元相連接；級聯單元包括多個級聯的脈沖倍增單元，每個脈沖倍增單元包括第一電容和第二電容，耦合磁開關并聯在第一電容的兩端，第一電容和第二電容之間設?有二極管，二極管的陰極連接第一電容一端，陽極連接第二電容一端，第一電容的另一端和第二電容的另一端相連；脈沖倍增單元的電壓輸入端為第一電容的兩端，輸出端為二極管的陽極對二極管的陰極，相鄰脈沖倍增單元的級聯方式為前級的二極管陽極連接后級的二極管陰極，耦合磁開關耦合于同一磁芯上。?

所述的脈沖倍增單元中第一電容與與耦合磁開關并聯，第二電容的一個引腳與第一電容的一個引腳相連，另一個引腳連接二極管的陽極，二極管的陰極連接至第一電容的另一個引腳。?

所述的脈沖倍增級聯單元為N個級聯的脈沖倍增單元，前級二極管的陽極連接后級二極管的陰極。?