[發明專利]一種用于液相放電產生等離子體的高壓脈沖電源

有效

• 申請號: 201710572915.3
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107222124B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 張克江;羅彬;吳樹林
• 申請（專利權）人: 成都科衡環保技術有限公司
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 辜強

本發明提供一種用于液相放電產生等離子體的高壓脈沖電源，該脈沖電源包括直流高壓發生電路、高壓逆變主電路和高壓逆變控制電路，所述直流高壓發生電路的高壓源輸出端與高壓逆變主電路的電源輸入端連接，所述高壓逆變控制電路與高壓逆變主電路的控制端連接，所述高壓逆變主電路中的功率開關器件由多個功率IGBT管串聯構成。本發明具有壽命長、穩定、噪音小等的優點。

技術領域

本發明涉及液相放電技術與高壓電源技術，尤其是涉及一種用于液相放電產生等離子體的高壓脈沖電源。

背景技術

在國外脈沖源技術的研究很早就已經開始，其中高壓快脈沖技術起源于核物理實驗、雷達、無線電通信技術及計算機技術發展的需要。目前高壓快脈沖源廣泛應用于各個領域。由于應用對象特點不同，對脈沖源的要求不同，例如在激光系統常用的納秒級高壓快脈沖源主要有兩個研究方向：一是電真空器件以二次電子發射管、放電間隙開關、觸發管、氫閘管等為代表，主要研究如何提高電真空器件的開關速度，減小其觸發晃動，研究與其相配的高壓高速驅動電路。二是以雪崩三極管和高壓場效應管等為代表的固體器件，研究大功率高速高壓半導體固體開關及與其相配的高速高壓組陣電路。

其中，二次電子發射管優點是：重復頻率高，觸發延遲和晃動小，但是脈沖輸出電壓幅度較低(僅有幾百伏)，且壽命短、不穩定、噪音大；放電間隙開關如火花隙容易產生較大的脈沖幅度(千伏以上)和較短的上升時間(亞納秒級)，但是重復率低，晃動大；觸發管工作電壓可以達到十幾千伏，缺點是需要較高的觸發脈沖電壓(與其陽極電壓幾乎是一個量級)，且晃動較大；閘流管的工作電壓范圍較大(數百伏道數十千伏)，開關速度快(幾個納秒)，重復頻率較高，其缺點是晃動較大。

隨著半導體技術的發展，50年代半導體開關如雪崩三極管開始進入ns級技術領域。Chakera根據實驗發現少數雪崩管電流建立時間很小約為1ns，并據此研制出1ns寬度的脈沖發生器，但半導體開關的局限也很明顯：在于單管工作電壓較低。因此有人從60-70年代就開始雪崩管MARX電路研究，用以提高輸出脈沖幅度和加快前沿。如Bell等開始研究雪崩管MARX電路，70年代已經用雪崩管輸出幾千伏、前沿幾個納秒的高速脈沖，Davis等(1979年)用雪崩管做出幅度3.3KV前沿4ns的脈沖源。由于此類固體開關具有重復率高、壽命高、晃動極小等優點，雪崩管脈沖源有了非常大的發展，并在部分領域已經取代電真空管。盡管目前雪崩管脈沖源可以做到幅度幾十千伏、前沿皮秒級、脈寬幾個納秒的高速高壓窄脈沖，但是由于器件本身的特點，其電流驅動能力差，輸出脈沖寬度較窄，這限制了它的應用。進入70年代過后，功率MOSFET管的出現，改變了這一現狀，由于其單管功率遠大于雪崩管。目前單管電流(數十安培)、較高的漏源電壓(達千伏)、小的導通電阻(歐姆量級)和較快的導通時間(納秒級)的高壓金屬氧化物功率場效應管，采用雪崩管驅動能讓前沿大大減小到數納秒，串聯和并聯可以加大脈沖幅度和寬度，采用過驅動電路設計后開關速度得到進一步提高。

國內高壓快脈沖源的研究處于開發階段，西安光機所曾用固體雪崩管做過幅度5KV數個納秒的高壓脈沖電源，但脈沖寬度窄且電壓幅度不夠。天津大學用MOSFET管驅動電光晶體，制作出脈沖寬度120ns～1200ns，幅度0.6～3KV，前沿5ns，頻率1HZ～1000HZ的脈沖。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有技術存在的問題，提供一種用于液相放電產生等離子體的高壓脈沖電源，解決現有高壓快脈沖源壽命短、不穩定、噪音大、單管工作電壓較低的問題。

本發明的發明目的通過以下技術方案來實現：

一種用于液相放電產生等離子體的高壓脈沖電源，其特征在于，該脈沖電源包括直流高壓發生電路、高壓逆變主電路和高壓逆變控制電路，所述直流高壓發生電路的高壓源輸出端與高壓逆變主電路的電源輸入端連接，所述高壓逆變控制電路與高壓逆變主電路的控制端連接，所述高壓逆變主電路中的功率開關器件由多個功率IGBT管串聯構成。