[發(fā)明專利]一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810138659.1
• 申請(qǐng)日: 2018-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108462482B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小寧;劉穎;李曉煥;樊瑞;屠震濤;張軍;向紅麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué);西安靈楓源電子科技有限公司
• 主分類號(hào): H03K3/53
• 分類號(hào): H03K3/53
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 齊書(shū)田

1.一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置，其特征在于，包括串聯(lián)連接的高壓正脈沖產(chǎn)生電路和高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路，所述高壓正脈沖產(chǎn)生電路和高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路組成雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路，其中，高壓正脈沖產(chǎn)生電路由一系列高壓正脈沖模塊組成，高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路由一系列高壓負(fù)脈沖模塊組成，所述高壓正脈沖模塊包括正脈沖控制模塊、正脈沖開(kāi)關(guān)模塊以及正脈沖儲(chǔ)能模塊，正脈沖控制模塊通過(guò)控制正脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷決定正脈沖儲(chǔ)能模塊充電或放電；所述高壓負(fù)脈沖模塊包括負(fù)脈沖控制模塊、負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊以及負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊，負(fù)脈沖控制模塊通過(guò)控制負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷決定負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊充電或放電；所述產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置還包括用于給正脈沖儲(chǔ)能模塊和負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊提供高壓直流輸入的高壓直流電源模塊，且高壓直流電源模塊與正脈沖儲(chǔ)能模塊及負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊之間相互隔離，以及用于給正脈沖控制模塊、負(fù)脈沖控制模塊、正脈沖開(kāi)關(guān)模塊、負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊以及高壓直流電源模塊提供工作電壓的低壓直流電源模塊；

雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路的前半部分由高壓正脈沖模塊組成，后半部分由高壓負(fù)脈沖模塊組成；或雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路的前半部分由高壓負(fù)脈沖模塊組成，后半部分由高壓正脈沖模塊組成；或雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路由高壓正脈沖模塊和高壓負(fù)脈沖模塊任意交錯(cuò)級(jí)聯(lián)組成，即雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路的每一級(jí)為高壓正脈沖模塊或高壓負(fù)脈沖模塊，但是，至少有一級(jí)必須是和其它級(jí)是不一樣的模塊；

所述正脈沖開(kāi)關(guān)模塊包括n級(jí)開(kāi)關(guān)組，負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊包括k級(jí)開(kāi)關(guān)組，且n≥1，k≥1，n+k＝2m，2m級(jí)開(kāi)關(guān)組懸浮級(jí)聯(lián)，每級(jí)開(kāi)關(guān)組包括高端固體開(kāi)關(guān)K1和低端固體開(kāi)關(guān)K2，高端固體開(kāi)關(guān)K1和低端固體開(kāi)關(guān)K2連接的節(jié)點(diǎn)為每級(jí)開(kāi)關(guān)組的高壓輸出Vout，每級(jí)開(kāi)關(guān)組的地端GND為低端固體開(kāi)關(guān)K2的另一端，每級(jí)開(kāi)關(guān)組的電源端Vp為高端固體開(kāi)關(guān)K1的另一端。

2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置，其特征在于，在高壓正脈沖產(chǎn)生電路中，高一級(jí)開(kāi)關(guān)組SW_n+1的地端GND和低一級(jí)開(kāi)關(guān)組SW_n的電源輸出端Vout直接相連，其中n＝1，2，3，…，2m-1；在高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路中，高一級(jí)開(kāi)關(guān)組SW_k+1的電源端Vp和低一級(jí)開(kāi)關(guān)組SW_k的電源輸出端Vout直接相連，其中k＝1，2，3，…，2m-1，且k≠n。

3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置，其特征在于，高端固體開(kāi)關(guān)K1為一個(gè)開(kāi)關(guān)或多個(gè)開(kāi)關(guān)，且多個(gè)開(kāi)關(guān)之間并聯(lián)或串聯(lián)連接；低端固體開(kāi)關(guān)K2為一個(gè)開(kāi)關(guān)或多個(gè)開(kāi)關(guān)，且多個(gè)開(kāi)關(guān)之間并聯(lián)或串聯(lián)連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置，其特征在于，每級(jí)開(kāi)關(guān)組的高端固體開(kāi)關(guān)K1和低端固體開(kāi)關(guān)K2能夠同時(shí)關(guān)閉，但不能同時(shí)導(dǎo)通。

5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的裝置，其特征在于，高壓直流電源模塊與正脈沖儲(chǔ)能模塊及負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊之間通過(guò)變壓器進(jìn)行隔離或通過(guò)單向?qū)ㄆ骷M(jìn)行隔離；當(dāng)采用單向?qū)ㄆ骷M(jìn)行隔離時(shí)，在高壓正脈沖產(chǎn)生電路中，單向?qū)ㄆ骷B接在高壓直流電源模塊的輸出高端和正脈沖儲(chǔ)能模塊的輸入高端之間；在高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路中，單向?qū)ㄆ骷B接在高壓直流電源模塊的輸出低端和負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊的輸入低端之間。

6.一種采用權(quán)利要求1所述的裝置產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：開(kāi)啟低壓直流電源模塊，為正脈沖控制模塊、負(fù)脈沖控制模塊、正脈沖開(kāi)關(guān)模塊、負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊以及高壓直流電源模塊提供工作電壓；

步驟二：正脈沖控制模塊控制正脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷，負(fù)脈沖控制模塊控制負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷；

步驟三：根據(jù)步驟二中正脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷，高壓直流電源模塊對(duì)正脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電或放電；同時(shí)根據(jù)步驟二中負(fù)脈沖開(kāi)關(guān)模塊中每個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷，高壓直流電源模塊對(duì)負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電或放電；

步驟四：每一級(jí)開(kāi)關(guān)組的高壓輸出疊加，在雙極性高壓脈沖產(chǎn)生電路的最后一級(jí)，輸出雙極性高壓脈沖。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種產(chǎn)生雙極性高壓脈沖的方法，其特征在于，步驟三具體為：在高壓正脈沖產(chǎn)生電路中，當(dāng)高端固體開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，低端固體開(kāi)關(guān)K2導(dǎo)通，高壓直流電源模塊對(duì)正脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電；當(dāng)高端固體開(kāi)關(guān)K1導(dǎo)通，低端固體開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，高壓直流電源模塊對(duì)正脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行放電；

在高壓負(fù)脈沖產(chǎn)生電路中，當(dāng)高端固體開(kāi)關(guān)K1導(dǎo)通，低端固體開(kāi)關(guān)K2斷開(kāi)，高壓直流電源模塊對(duì)負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電；當(dāng)高端固體開(kāi)關(guān)K1斷開(kāi)，低端固體開(kāi)關(guān)K2導(dǎo)通，高壓直流電源模塊對(duì)負(fù)脈沖儲(chǔ)能模塊進(jìn)行放電。