具有可变脉冲宽度和脉冲重复频率的高压纳秒脉冲发生器制造技术

本发明专利技术公开了一种纳秒脉冲发生器。在一些实施例中，所述纳秒脉冲发生器可包括一个或多个开关电路，所述一个或多个开关电路包括一个或多个固态开关、变压器和输出。在一些实施例中，所述变压器可包括第一变压器铁芯、至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕的第一初级绕组、以及至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕的次级绕组。在一些实施例中，一个或多个开关电路中的每一个与第一初级绕组的至少一部分耦接。在一些实施例中，所述输出可与所述次级绕组电耦接，并且输出具有大于约1千伏的峰值电压和小于150纳秒或50纳秒的上升时间的电脉冲。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年7月11日提交的名称为“HIGHVOLTAGENANOSECONDPULSERWITHVARIABLEPULSEWIDTHANDPULSEREPETITIONFREQUENCYCONTROLFORNONEQUILIBRIUMPLASMAAPPLICATIONS”(用于非平衡等离子体应用的具有可变脉冲宽度和脉冲重复频率控制的高压纳秒脉冲发生器)的美国临时专利申请No.62/023,708的优先权，该临时专利申请的全文以引用方式并入本文。
技术实现思路
本专利技术公开了多种纳秒脉冲发生器。在一些实施例中，一种纳秒脉冲发生器可包括一个或多个开关电路，所述一个或多个开关电路包括一个或多个固态开关、变压器和输出。在一些实施例中，变压器可包括第一变压器铁芯、至少部分地围绕第一变压器铁芯的一部分缠绕的第一初级绕组、以及至少部分地围绕第一变压器铁芯的一部分缠绕的次级绕组。在一些实施例中，一个或多个开关电路中的每一个与第一初级绕组的至少一部分耦接。在一些实施例中，输出，输出可与次级绕组电耦接，并且用于输出具有比约1千伏大的峰值电压和比150纳秒或50纳秒小的上升时间的电脉冲。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括设置在次级绕组与输出之间的脉冲压缩电路。脉冲压缩电路可至少包括与次级绕组输出串联布置的饱和电感器、以及次级绕组输出并联布置次级电容器。饱和电感器例如可与输出串联布置，并且次级电容器与输出并联布置。在一些实施例中，第一初级绕组可包括至少部分地围绕第一变压器铁芯的一部分缠绕的多个初级绕组，并且其中多个开关电路中的每一个与初级绕组的子集耦接。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括第二一个或多个开关电路、第二变压器铁芯和至少部分地围绕第二变压器铁芯的一部分缠绕的第二初级绕组。第二一个或多个开关电路中的一个或多个例如可与第二初级绕组耦接。第二初级绕组例如可至少部分地围绕第二变压器铁芯的一部分缠绕。在一些实施例中，可使用多于两个铁芯，其中次级绕组围绕每个铁芯卷绕，并且一组初级绕组与围绕一个铁芯耦接的开关电路耦接。在一些实施例中，第一变压器铁芯可包括在第一变压器铁芯中具有孔的环形。在一些实施例中，次级绕组可穿过第一变压器铁芯中的孔，并且第一初级绕组可穿过第一变压器铁芯中的孔。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括具有顶表面和多个孔的电路板。在一些实施例中，第一初级绕组可在两个位置处终止于第一电路板的顶表面上。在一些实施例中，第二初级绕组可针对每个绕组穿过多个孔中的至少两个。本专利技术公开了一种纳秒脉冲发生器，该纳秒脉冲发生器包括第一开关电路；第一变压器铁芯；第一初级绕组，所述第一初级绕组与所述第一开关电路电耦接并且至少部分地围绕所述第一变压器铁芯卷绕；第二开关电路；第二变压器铁芯，其邻近第一变压器铁芯设置；第二初级绕组，所述第二初级绕组与所述第二开关电路电耦接并且至少部分地围绕所述第二变压器铁芯卷绕；次级绕组，所述次级绕组围绕所述第一变压器铁芯和所述第二变压器铁芯卷绕；以及与次级绕组耦接的输出。在一些实施例中，输出可提供具有大于约1千伏的峰值电压和小于150纳秒或50纳秒的上升时间的电脉冲。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括设置在第一变压器铁芯与第二变压器铁芯之间的电路板。在一些实施例中，第一变压器铁芯包括具有孔的环形，并且第二变压器铁芯包括具有孔的环形。在一些实施例中，电路板可包括与第一变压器的孔和第二变压器的孔对齐的孔。在一些实施例中，次级绕组可穿过第一变压器铁芯中的孔、第二变压器铁芯中的孔和电路板中的孔。在一些实施例中，次级绕组可针对次级绕组中的每个绕组穿过第一变压器铁芯中的孔、第二变压器铁芯中的孔和电路板中的不同孔。在一些实施例中，第一变压器铁芯可包括具有孔和周缘的环形，并且第一变压器铁芯设置在电路板的顶表面上。在一些实施例中，第一初级绕组包括第一多个绕组，该第一多个绕组在第一变压器铁芯的周缘附近以及在第一变压器铁芯的孔附近与电路板电耦接。在一些实施例中，第二变压器铁芯包括具有孔和周缘的环形，并且第二变压器铁芯设置在电路板的底表面上。在一些实施例中，第二初级绕组包括第二多个绕组，该第二多个绕组在第二变压器铁芯的周缘附近以及在第二变压器铁芯的孔附近与电路板电耦接。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括第一电路板和第二电路板。第一变压器铁芯可包括具有孔的环形并且可设置在第一电路板上。第二变压器铁芯可包括具有孔的环形并且可设置在第二电路板上。第一电路板例如可包括与第一变压器的孔和第二变压器的孔对齐的孔。第二电路板可包括例如与第一变压器的孔和第二变压器的孔对齐的孔。次级绕组可例如穿过第一变压器铁芯中的孔、第二变压器铁芯中的孔、第一电路板中的孔和第二电路板中的孔。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可包括设置在次级绕组与输出之间的脉冲压缩电路。在一些实施例中，次级绕组可包括围绕第一变压器铁芯和第二变压器铁芯卷绕多次的单个导体。本专利技术公开了一种纳秒脉冲发生器，该纳秒脉冲发生器包括一个或多个开关电路，所述一个或多个开关电路包括一个或多个固态开关；与开关电路串联设置的高速电容器；变压器，其包括第一变压器铁芯、至少部分地围绕第一变压器铁芯的一部分缠绕的第一初级绕组，一个或多个开关电路中的每一个与第一初级绕组的至少一部分耦接；以及次级绕组，其至少部分地围绕第一变压器铁芯的一部分缠绕；以及输出，其与次级绕组电耦接，并且用于输出具有比约1千伏大的峰值电压和比约150纳秒或50纳秒的小上升时间的电脉冲。在一些实施例中，与一个或多个开关电路和高速电容器之间的连接相关联的任何杂散电感小于50nH。在一些实施例中，与高速电容器和变压器之间的连接相关联的任何杂散电感小于50nH。在一些实施例中，与变压器和一个或多个开关电路之间的连接相关联的任何杂散电感小于50nH。提及这些示例性实施例不是为了限制或限定本公开，而是提供示例以帮助理解本公开。在具体实施方式中讨论了另外的实施例，并且提供了进一步的描述。通过检查本说明书或通过实践所提出的一个或多个实施例，可以进一步理解由一个或多个各种实施例所提供的优点。附图说明当参考附图阅读以下具体实施方式时能更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。图1示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器的示例性电路图。图2为根据一些实施例的在负载处的存在和不存在脉冲压缩电路下的脉冲的曲线图。图3为示出根据一些实施例的具有不同脉冲宽度的跨负载的三个脉冲的曲线图。图4示出堆叠变压器布置的视图，其中两个变压器堆叠在电路板的顶部和底部上。图5示出堆叠变压器布置的视图。图6为根据一些实施例的多变压器铁芯纳秒脉冲发生器的示意图。图7为根据一些实施例的顺序多变压器铁芯开关布置的输出信号的图。图8为根据一些实施例的顺序多变压器铁芯开关布置的输出信号的图。图9示出变压器的侧剖视图，其中单个初级绕组和单个次级绕组围绕变压器铁芯卷绕。图10示出根据一些实施例的纳秒脉冲发生器的示例性电路图。具体实施方式本专利技术公开了多个高压纳秒脉冲发生器。在一些实施例中，纳秒脉冲发生器可产生具有大于1千伏的电压和/或小于150纳秒或50纳秒的上升时间的脉冲。在一些实施例中，高压纳秒脉冲发生器可产生具有可编程、可控制和/或可变的脉冲宽度的脉冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳秒脉冲发生器，包括：一个或多个开关电路，所述一个或多个开关电路包括一个或多个固态开关；变压器，包括：第一变压器铁芯；第一初级绕组，所述第一初级绕组至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕，所述一个或多个开关电路中的每一个与所述第一初级绕组的至少一部分耦接；以及次级绕组，所述次级绕组至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕；以及输出，所述输出与所述次级绕组电耦接，用于输出具有比约1千伏大的峰值电压和比150纳秒小的上升时间的电脉冲。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.11 US 62/023,7081.一种纳秒脉冲发生器，包括：一个或多个开关电路，所述一个或多个开关电路包括一个或多个固态开关；变压器，包括：第一变压器铁芯；第一初级绕组，所述第一初级绕组至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕，所述一个或多个开关电路中的每一个与所述第一初级绕组的至少一部分耦接；以及次级绕组，所述次级绕组至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕；以及输出，所述输出与所述次级绕组电耦接，用于输出具有比约1千伏大的峰值电压和比150纳秒小的上升时间的电脉冲。2.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，进一步包括设置在所述次级绕组与所述输出之间的脉冲压缩电路。3.根据权利要求2所述的纳秒脉冲发生器，其中所述脉冲压缩电路至少包括与所述输出串联布置的饱和电感器、以及与所述输出并联布置的次级电容器。4.根据权利要求3所述的纳秒脉冲发生器，其中所述饱和电感器具有小于约100μH的电感，并且所述次级电容器具有小于约100nF的电容。5.根据权利要求3所述的纳秒脉冲发生器，其中所述饱和电感器与所述输出并联布置。6.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中所述第一初级绕组包括至少部分地围绕所述第一变压器铁芯的一部分缠绕的多个初级绕组，并且其中所述一个或多个开关电路中的每一个与所述初级绕组的子集耦接。7.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，进一步包括第二一个或多个开关电路，其中所述变压器进一步包括第二变压器铁芯和至少部分地围绕所述第二变压器铁芯的一部分缠绕的第二初级绕组，其中所述第二一个或多个开关电路中的一个或多个与所述第二初级绕组耦接，以及其中所述第二初级绕组至少部分地围绕所述第一变压器铁芯和所述第二变压器铁芯的一部分缠绕。8.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，其中所述第一变压器铁芯包括所述第一变压器铁芯中的孔，其中所述次级绕组穿过所述第一变压器铁芯中的所述孔，并且所述第一初级绕组穿过所述第一变压器铁芯中的所述孔。9.根据权利要求1所述的纳秒脉冲发生器，进一步包括具有顶表面和多个孔的第一电路板；其中所述第一初级绕组终止于所述第一电路板的所述顶表面上；以及其中所述次级绕组穿过所述多个孔中的至少两个。10.一种纳秒脉冲发生器，包括：第一开关电路；第一变压器铁芯；第一初级绕组，所述第一初级绕组与所述第一开关电路电耦接并且至少部分地围绕所述第一变压器铁芯卷绕；第二开关电路；第二变压器铁芯，所述第二变压器铁芯邻近所述第一变压器铁芯设置；第二初级绕组，所述第二初级绕组与所述第二开关电路电耦接并且至少部分地围绕所述第二变压器铁芯卷绕；次级绕组，所述次级绕组围绕所述第一变压器铁芯和所述第二变压器铁芯卷绕；以及输出，所述输出与所述次级绕组耦接。11.根据权利要求10所述的纳秒脉冲发生器，其中所述输出提供具有比约1千伏大的峰值电压和比150纳秒小的上升时间的电脉冲。12.根据权利要求10所述的纳秒脉冲发生器，进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·R·普拉格，迪麦西·M·津巴，肯尼斯·E·米勒，约翰·G·卡斯凯德，艾丽亚·斯劳伯道夫，
申请(专利权)人：鹰港科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US