[實用新型]一種雙極性高壓脈沖電源

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320259160.9
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN203278691U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王劍平;江婷婷;張劍一;蓋玲
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種高壓脈沖電源，特別是涉及一種雙極性高壓脈沖電源。?

背景技術(shù)

由于脈沖電源有斷續(xù)供電的特性，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用。比如高能量物理、粒子加速器、金屬材料的加工處理、食品的殺菌消毒、環(huán)境的除塵除菌等方面，都需要這樣一種脈沖能量——可靠、高能量、脈寬和頻率可調(diào)、雙極性、平頂?shù)碾妷翰ㄐ巍?

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一些新型的半導(dǎo)體開關(guān)被逐漸應(yīng)用到脈沖功率技術(shù)中，絕緣柵極雙晶體管（Insulated?Gate?Bipolar?Transistor‐‐IGBT）就是其中一種。IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，具有驅(qū)動方式簡單，開關(guān)速度快，電壓、電流容量高等優(yōu)點(diǎn)。但是在電壓等級高的脈沖功率技術(shù)應(yīng)用中，單個IGBT因耐壓值、電流容量有限的問題，需將多個IGBT串并聯(lián)連接，以滿足不同高壓設(shè)備的需要。?

然而，由于單個IGBT器件特性不一致、控制信號傳輸過程中延時不同等原因會造成IGBT串聯(lián)組件在開關(guān)過程中因開關(guān)動作的時間不一致，易出現(xiàn)電壓分配不均，易造成器件的損壞。?

串聯(lián)器件靜態(tài)不均流、不均壓容易解決，影響較小。而動態(tài)串并聯(lián)的運(yùn)行較難，影響較大，目前國內(nèi)外提出了IGBT動態(tài)串并聯(lián)的多種方法。針對串聯(lián)動態(tài)均壓的方法主要有：（1）門極電壓傾斜控制，它雖然能實現(xiàn)動態(tài)串聯(lián)的均衡，但會使系統(tǒng)的工作頻率大大降低，且產(chǎn)生大量的開關(guān)損耗，在正常工作期間仍會產(chǎn)生額外的功率損耗。(2)數(shù)字無差拍控制，它雖然功率損耗較小，但需要響應(yīng)速度快的傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等，因而成本高，不適合于實際應(yīng)用。(3)門極電流脈沖控制，它雖然非常有效，控制路徑小，功率損耗小，但在變負(fù)載的情況下無法產(chǎn)生精確的門極脈沖數(shù)，無法響應(yīng)連續(xù)的過電壓。?

磁場可以在空間中以光速傳播，而變壓器正是一種電磁電轉(zhuǎn)換設(shè)備，采用一種稱為“同步變壓器”的變壓器使驅(qū)動信號同步的方法電路簡單，易于實現(xiàn)，便于直接應(yīng)用在高壓脈沖電源的研制中。?

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種雙極性高壓脈沖電源發(fā)生電路，該電路以單片機(jī)為控制核心，利用同步變壓器對IGBT驅(qū)動信號進(jìn)行補(bǔ)償，能實現(xiàn)對全橋逆變電路中串聯(lián)的IGBT同時開通和關(guān)斷控制，最后產(chǎn)生幅值為40kV左右的雙極性高壓脈沖。?

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案：?

本實用新型包括50kV高壓直流電源、儲能電容、單片機(jī)、2個PWM放大電路、2個8個光耦串聯(lián)電路、2個8組8個光耦串聯(lián)電路、2個63個同步變壓器電路、4組32個IGBT串聯(lián)電路、隔離變壓器和2個半波整流電路；50kV高壓直流電源提供的電壓，經(jīng)儲能電容儲能后依次與全橋逆變電路、隔離變壓器和2個半波整流電路相連，最后分別由2個半波整流電路輸出正、負(fù)極性的高壓脈沖；全橋逆變電路4個橋臂上的功率開關(guān)組S1、S2、S3、S4分別由4組32個串聯(lián)的IGBT組成，每個功率開關(guān)組中各自的32個IGBT以串聯(lián)的方式連接，即前一個IGBT的發(fā)射極與后一個IGBT的集電極相連；單片機(jī)發(fā)出兩路PWM信號PWM1、PWM2，PWM1信號依次與第一個PWM放大電路、第一個8個光耦串聯(lián)電路、第一個8組8個光耦串聯(lián)電路、第一個63個同步變壓器電路相連，第一個63個同步變壓器電路輸出的64路信號與全橋逆變電路的2個功率開關(guān)組S1、S3中各自的32個IGBT相連；PWM2信號依次與第二個PWM放大電路、第二個8個光耦串聯(lián)電路、第二個8組8個光耦串聯(lián)電路、第二個63個同步變壓器電路相連，第二個63個同步變壓器電路輸出的64路信號與全橋逆變電路的2個功率開關(guān)組S2、S4中各自的32個IGBT相連。?