[發明專利]一種復合模式固態脈沖源

有效

• 申請號: 201710307349.3
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107124163B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 姚陳果;董守龍;王昌金;譚堅文;趙亞軍
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H03K3/57
• 分類號: H03K3/57;H02M9/04;H02M1/092
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

本發明公開一種復合模式固態脈沖源，包括電源系統、控制系統、信號轉換系統和高壓形成系統。其中高壓形成系統包括若干級，每一級包括Marx電路和LTD電路。所述Marx電路接入電源。所述控制信號通過信號轉換系統注入并驅動Marx電路和LTD電路。所述LTD電路等效于變壓器。同一級中，Marx電路的輸出端接入LTD電路的一次側。每一級的LTD電路的二次側被依次串聯。本發明結合了Marx電路和LTD電路各自的優點，在輸出脈沖的電壓和電流上面能夠達到一個較好的平衡，使其應用范圍更廣。脈沖源可采用較低的供電電壓，通過Marx電路和LTD電路的電壓疊加后，得到較高的輸出電壓峰值。通過靈活的驅動控制方式，還可實現輸出幅值可調、重復頻率可調、輸出脈寬可調、輸出波形可調等功能。

技術領域

本發明屬于電氣工程高壓脈沖功率領域，具體涉及一種新穎復合模式固態脈沖源。

背景技術

脈沖發生器的基本原理都是采用將長時間儲存起來的能量在較短的時間內或者較小的空間內釋放出來，然后達到產生脈沖高電壓、脈沖大電流的目的。目前主要的產生高壓脈沖的電路主要有Marx拓撲結構的電路、LTD結構的電路、傳輸線結構的電路、磁壓縮結構的電路等電路拓撲結構，每一種電路都有自己的優點和缺點。Marx電路采用“并聯充電、串聯放電”的主體思想，其適合于產生高電壓脈沖，但是由于Marx電路的元件在放電的時候是采用串聯的形式，其總的等效電容隨著串聯級數的增加而成反比例減小，所以其難以用于產生較大的脈沖電流。LTD電路其基本的等效電路是一個1:1的變壓器，系統由多個這樣的電路串聯產生高電壓，由于其每一級電路能夠并聯很多的電容和開關器件，所以其能夠產生比較大的脈沖電流，適合于需要較大電流的應用，但是由于其在每一級串聯之后其效率會因為磁芯的損耗而導致效率降低，所以其難以產生較高電壓的脈沖。復合模式脈沖源是位于Marx電路和LTD電路拓撲結構中間的一種新型拓撲結構，其輸出電壓、電流的參數調節范圍更加靈活，能有效的利用Marx電路拓撲和LTD電路拓撲的優點。復合模式脈沖源可以廣泛的應用到需要阻抗靈活調節的應用，如等離子體射流、脈沖生物電學等領域。

發明內容

本發明的目的是提供一種結合Marx電路和LTD電路的拓撲結構，吸取其各自電路的優點，在輸出脈沖的電壓和電流上面能夠達到一個較好的平衡，使其應用范圍更加大。其結合了Marx電路和LTD電路的新型復合模式的固態脈沖源，實現輸出幅值可調、重復頻率可調、輸出脈寬可調、輸出波形可調等功能。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種復合模式固態脈沖源，其特征在于:包括電源系統、控制系統、信號轉換系統和高壓形成系統。

所述電源系統對其他系統供電。

所述控制系統產生控制信號。所述信號轉換系統接收控制系統將所述控制信號傳遞給高壓形成系統，實現光電隔離。

所述高壓形成系統包括若干級，每一級包括Marx電路和LTD電路。所述Marx電路接入電源。所述控制信號通過信號轉換系統注入并驅動Marx電路和LTD電路。

所述LTD電路等效于變壓器。同一級中，所述Marx電路的輸出端接入LTD電路的一次側。每一級的LTD電路的二次側被依次串聯。第一級和最后一級的LTD電路中，分別有一個未被串聯的端子，這兩個端子即為復合模式固態脈沖源的輸出端。

值得說明的是，本發明的復合模式脈沖源中的Marx電路結構是基于Marx電路的原理，其主要原理是多個電容器通過并聯充電，然后控制開關器件的導通從而形成串聯放電，從而輸出高壓脈沖的原理。本復合模式的脈沖源中的LTD電路的原理是一個1:1的脈沖變壓器，該脈沖變壓器的原邊是等電位的、副邊電壓是相互疊加的，從而可以達到將各級電壓相疊加的目的，達到高壓輸出的目的。工作人員可以通過計算機在控制軟件系統中設置脈沖參數后就可以達到靈活控制脈沖輸出的目的。