[發明專利]一種基于MMC的前后沿可調高壓納秒脈沖發生器

有效

• 申請號: 201811282705.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109412453B
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發明（設計）人: 米彥;萬暉;卞昌浩;李盼;彭文成
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02M9/04
• 分類號: H02M9/04;H03K3/57
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開了一種基于MMC的前后沿可調高壓納秒脈沖發生器,主要包括開關電源、控制電路、MMC主電路系統、充電電阻和高壓直流電源。開關電源為控制電路供電。控制電路向MMC主電路系統發送光信號。控制信息控制MMC主電路系統中所有MOSFET開關管的通斷。MMC主電路系統處于放電狀態時，通過控制所有MOSFET開關管導通和關斷的時序，從而控制電路中的電容進行串聯放電。MMC主電路系統通過控制信息改變電容接入和退出放電回路的時序，從而對輸出脈沖的前沿和后沿進行調節。所述高壓直流電源為放電狀態下的MMC主電路系統供電。本發明通過多電平調節的方式對納秒脈沖的前沿和后沿進行調節，大大提高了納秒脈沖發生器的參數可調性，對于脈沖發生器的應用具有重要意義。

技術領域

本發明涉及脈沖功率技術領域，具體是一種基于MMC的前后沿可調高壓納秒脈沖發生器。

背景技術

近年來，隨著脈沖功率技術的快速發展，應用領域也在不斷拓寬，脈沖功率技術在食品加工、水處理、生物醫療和等離子體技術等領域發揮著越來越重要的作用。在等離子放電領域，高頻的窄脈沖電源超越直流源、kHz交流源和射頻源，成為最熱門的激勵電源。而相關研究表明，納秒脈沖的前后沿對于等離子體放電的效果有很大影響，因此前后沿可調納秒脈沖發生器的研究對于等離子體放電的應用有著重要意義。

目前傳統的高壓納秒脈沖產生方法有傳輸線、磁開關壓縮、Marx、直線型變壓器器驅動源(Linear Transformer Driver,LTD)等。傳統的脈沖產生方法已經可以實現對輸出脈沖幅值、脈寬、頻率等參數的靈活調節，但是目前很少有關于脈沖前后沿調節的相關研究。

近年來，部分學者開始研究基于模塊化多電平換流器(multilevel modularconverter，MMC)結構的脈沖源。MMC結構主要應用于高壓直流輸電領域，但是部分學者開始將MMC結構應用于脈沖功率領域，以產生多電平輸出波形。而多電平輸出波形可以應用于前后沿的調節。但是目前關于MMC結構在脈沖功率技術的研究中，輸出脈沖都屬于μs量級，沒有針對前后沿時間的相關研究。且現有的電容充電方式均存在不足：串聯充電會使輸出電壓受到充電電壓的限制，且需要增加電容電壓傳感器或監測程序保證電容的均壓；采用變壓器需要額外增加整流逆變電路；而順序充電方式需要額外增加2個開關，且充電階段對開關的損耗較大。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種基于MMC的前后沿可調高壓納秒脈沖發生器，主要包括開關電源、控制電路、MMC主電路系統、充電電阻和高壓直流電源。

所述開關電源為控制電路供電。

所述控制電路向MMC主電路系統發送光信號。所述光信號攜帶控制信息。

所述控制信息控制MMC主電路系統中所有MOSFET開關管的通斷。

所述控制電路主要包括FPGA、電光轉換器、光纖驅動器和光纖發射器。

所述FPGA產生2(n+m)路同步觸發電信號I。所述2(n+m)路同步觸發電信號I均攜帶控制信息。

所述電光轉換器將2(n+m)路同步觸發電信號I轉換為2(n+m)路觸發光信號。

所述光纖驅動器驅動光纖發射器發送2(n+m)路觸發光信號。

所述MMC主電路系統通過控制所有MOSFET開關管導通和關斷的時序，從而控制電路中的電容進行串聯放電。

所述MMC主電路輸出高壓納秒脈沖。

所述MMC主電路通過控制信息改變電容接入和退出放電回路的時序，從而對輸出脈沖的前沿和后沿進行調節。