一种多电平多波形高压脉冲形成电路制造技术

本发明专利技术公开了一种多电平多波形高压脉冲形成电路。本发明专利技术高压储能电容C1～C6、二极管D1～D10、开关管K1～K16、直流电源Vin以及负载R。本发明专利技术的高压脉冲拓扑结构是一种模块化的电路结构，可以根据需要添加更多的相同模块来达到所需效果。本发明专利技术在外加直流电源的条件下，然后再通过外接运行控制电路U1的控制，能够产生一种多模块的脉冲电压，还可以根据需要调整所需脉冲电压的电特性，并且各种脉冲电参数可以灵活调节。本发明专利技术所提出的电路能够实现很好的在低电压大电流和高电压小电流之间的切换，并且脉冲形状、脉冲频率、脉冲宽度以及脉冲个数可以很好的调节。本发明专利技术是采用给电容充电和放电的原理来生成脉冲电压。

A Multi-level Multi-waveform High Voltage Pulse Forming Circuit

The invention discloses a multi-level multi-waveform high voltage pulse forming circuit. The invention comprises high voltage energy storage capacitors C1~C6, diodes D1~D10, switch tubes K1~K16, DC power supply Vin and load R. The high voltage pulse topology of the invention is a modular circuit structure, and more identical modules can be added according to the need to achieve the desired effect. The invention can generate a multi-module pulse voltage under the condition of external DC power supply and then through the control of external operation control circuit U1. It can also adjust the electrical characteristics of the required pulse voltage according to the need, and various pulse electrical parameters can be flexibly adjusted. The circuit of the invention can achieve good switching between high voltage current and low voltage current, and the pulse shape, pulse frequency, pulse width and the number of pulses can be well adjusted. The invention adopts the principle of charging and discharging capacitors to generate pulse voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种多电平多波形高压脉冲形成电路
本专利技术属于高压脉冲发生器
，涉及一种电路，特别涉及产生一种多电平多波形高压脉冲形成电路，适用于各种需要脉冲电压的场合，特别适用于需要从低电压到高电压变化范围广并且还需要各种脉冲波形的场合。例如肿瘤治疗、食品保鲜、污水处理、静电除尘以及高压成形等等。
技术介绍
脉冲功率技术是一种将能量先储存起来，然后再以单脉冲或者重复频率脉冲释放给负载的技术，脉冲功率技术在工业、农业、医学以及基础学科研究上的应用十分广泛。例如脉冲电场就是脉冲功率技术中的一种。脉冲电场是一种新型的非热杀菌技术，它以较高的电场强度、较短的脉冲宽度、脉冲个数以及脉冲频率对液体、半固体等进行处理。其中细胞电穿孔现象就是脉冲电场在治疗肿瘤上的很好应用。通过在肿瘤细胞的局部施加电脉冲，增加细胞的通透性，使细胞呈现出一种穿孔的现象，然后将通常情况下无法进入细胞内部的药物送入细胞内，达到治疗的目的。对于恶性肿瘤而言，可以通过增强电场强度、脉冲宽度和脉冲个数等，使恶性肿瘤细胞在脉冲电场的作用下，使恶性肿瘤细胞不可逆穿孔，从而达到杀死恶性肿瘤细胞的目的。对于脉冲功率技术用于治疗肿瘤细胞，需要电设备仪器具有能够产生多种脉冲高压。在许多场合的应用中，往往需要各种脉冲电压，比如需要低电压大电流的脉冲、高电压小电流的脉冲、各种形状的脉冲电压以及脉冲电压可调范围较大等场合。然而就目前的情况来看，很少有电气设备同时具有以上所述功能，一般能够实现单一的功能。产生高压脉冲的途径主要有三种：第一种通过脉冲变压器将低压直流逆变成高压脉冲，这种方法能够生成电压幅度较高的脉冲，但是很难产生各种形状的脉冲电压，对外部环境还容易产生较强的电磁干扰；第二种方式是通过传输线的方式产生脉冲电压，这种方法能够生成脉宽纳秒级的高压脉冲，由于传输线是利用电感和电容来生产脉冲，很明显电感对于电流具有很强的抑制作用，很难产生低电压大电流的脉冲。并且和脉冲变压器一样也很难产生各种波形的脉冲，对外部环境也容易产生较强的电磁干扰；第三种方法是先通过高压直流电源对脉冲储能电容进行充电储能，然后利用高压开关对储能电容进行放电以形成高压脉冲，这种方法基本就只能形成单极性脉冲。传统的脉冲发生器，多采用模拟电路来搭建，导致控制复杂，稳定性难以保证。本专利技术所提出的脉冲发生器，采用固定的脉冲单元，能够方便的生成各种类型的脉冲，甚至组合出所需要的脉冲，而其不同脉冲发生对应的控制部分，仅仅是一串二进制数字。本专利技术采用新的电路拓扑结构，实现了电容在充放电过程中，实现同步充电，输出波形平滑，系统寿命大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术所存在的不足，提出一种多电平多波形高压脉冲形成电路。本专利技术所提出的多波形脉冲发生器电路U0具体包括：高压储能电容C1、高压储能电容C2、高压储能电容C3、高压储能电容C4、高压储能电容C5、高压储能电容C6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8、开关管K9、开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13、开关管K14、开关管K15、开关管K16、直流电源Vin以及负载R。开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8、开关管K9、开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13、开关管K14、开关管K15、开关管K16的型号为2SK1358。二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10的型号为MUR1560。高压储能电容C1、高压储能电容C2、高压储能电容C3、高压储能电容C4、高压储能电容C5、高压储能电容C6的型号为CBB105/630V。高压储能电容C1的一端与二极管D1的阴极、开关管K4的漏极连接，高压储能电容C1的另一端与开关管K1的漏极、负载电阻R的一端、开关管K15的源极、开关管K16的源极连接，高压储能电容C2的一端与二极管D2的阴极、开关管K5的漏极连接，高压储能电容C2的另一端与开关管K4的源极、二极管D4的阳极、开关管K2的漏极连接，高压储能电容C3的一端与二极管D3的阴极、开关管K6的漏极连接，高压储能电容C3的另一端与二极管D5的阳极、开关管K5的源极、开关管K7的源极、开关管K3的漏极连接，二极管D4的阴极与开关管K7的漏极连接，二极管D5的阴极与开关管K8的漏极连接；高压储能电容C4的一端与二极管D6的阴极、开关管K15的漏极连接，高压储能电容C4的另一端与二极管D10的阳极、开关管K9的漏极、开关管K14的源极、开关管K13的源极连接，二极管D10的阴极与开关管K16的漏极连接，二极管D9的阴极与开关管K14的漏极连接；高压储能电容C5的一端与二极管D7的阴极、开关管K13的漏极连接，高压储能电容C5的另一端与二极管D9的阳极、开关管K10的漏极、开关管K12的源极连接，高压储能电容C6的一端与二极管D8的阴极、开关管K12的漏极连接，高压储能电容C6的另一端与开关管K11的漏极、负载电阻R的另一端、开关管K8的源极、开关管K6的源极连接，二极管D1的阳极与电源Vin的正极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阳极连接；电源Vin的负极与开关管K1的源极、开关管K2的源极、开关管K3的源极、开关管K9的源极、开关管K10的源极、开关管K11的源极、地线连接。本专利技术在外加直流电源的条件下，然后再通过外接运行控制电路U1的控制，能够产生一种多模块的脉冲电压，还可以根据需要调整所需脉冲电压的电特性，并且各种脉冲电参数可以灵活调节。本专利技术所提出的电路能够实现很好的在低电压大电流和高电压小电流之间的切换，并且脉冲形状、脉冲频率、脉冲宽度以及脉冲个数可以很好的调节。本专利技术是采用给电容充电和放电的原理来生成脉冲电压。专利技术的有益效果如下：本专利技术能够根据需要灵活的在低压脉冲和高压脉冲之间来回切换，适用于同时需要低压脉冲和高压脉冲的场合，当然也适用于低压脉冲或者高压脉冲的场合。本专利技术的高压脉冲拓扑结构是一种模块化的电路结构，可以根据需要添加更多的相同模块来达到所需效果。本专利技术能够生成单极性脉冲、双极性脉冲、三角形阶梯脉冲以及根据需要生成不规则的脉冲波形。本专利技术的电路结构能确保电容同步达到充电充满状态，避免了以前的系统中，有的电容充满，有的还没满，极大提升了电容利用率，同时也避免了由于局部电容负担过重，导致的系统失效。所生成的不同的脉冲波形之间可以灵活切换，脉冲宽度、脉冲频率、脉冲个数以及脉冲幅度均可以自由调整。由于本专利技术所提出的多波形脉冲发生器拓扑结构是利用给多个并联的高压储能电容一起充电，然后再将高压储能电容串联放电，所以能够使输出脉冲达到倍压的功能。采用电容、二极管以及开关管来组成电路拓扑，故电路的电磁兼容性很好。电路拓扑结构简单、控制灵活、安全可靠和通用性好。附图说明图1为本专利技术的整体结构图。图2为本专利技术的高压脉冲发生器电路拓扑图。图3为本专利技术给高压储本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电平多波形高压脉冲形成电路，具体为一种模块化的电路拓扑结构，通过并联更多的最小模块电路来获得电压幅度更大的脉冲电压，其特征在于包括：高压储能电容C1、高压储能电容C2、高压储能电容C3、高压储能电容C4、高压储能电容C5、高压储能电容C6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8、开关管K9、开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13、开关管K14、开关管K15、开关管K16、直流电源Vin以及负载R；高压储能电容C1的一端与二极管D1的阴极、开关管K4的漏极连接，高压储能电容C1的另一端与开关管K1的漏极、负载电阻R的一端、开关管K15的源极、开关管K16的源极连接，高压储能电容C2的一端与二极管D2的阴极、开关管K5的漏极连接，高压储能电容C2的另一端与开关管K4的源极、二极管D4的阳极、开关管K2的漏极连接，高压储能电容C3的一端与二极管D3的阴极、开关管K6的漏极连接，高压储能电容C3的另一端与二极管D5的阳极、开关管K5的源极、开关管K7的源极、开关管K3的漏极连接，二极管D4的阴极与开关管K7的漏极连接，二极管D5的阴极与开关管K8的漏极连接；高压储能电容C4的一端与二极管D6的阴极、开关管K15的漏极连接，高压储能电容C4的另一端与二极管D10的阳极、开关管K9的漏极、开关管K14的源极、开关管K13的源极连接，二极管D10的阴极与开关管K16的漏极连接，二极管D9的阴极与开关管K14的漏极连接；高压储能电容C5的一端与二极管D7的阴极、开关管K13的漏极连接，高压储能电容C5的另一端与二极管D9的阳极、开关管K10的漏极、开关管K12的源极连接，高压储能电容C6的一端与二极管D8的阴极、开关管K12的漏极连接，高压储能电容C6的另一端与开关管K11的漏极、负载电阻R的另一端、开关管K8的源极、开关管K6的源极连接，二极管D1的阳极与电源Vin的正极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阳极连接；电源Vin的负极与开关管K1的源极、开关管K2的源极、开关管K3的源极、开关管K9的源极、开关管K10的源极、开关管K11的源极、地线连接。...

【技术特征摘要】
1.一种多电平多波形高压脉冲形成电路，具体为一种模块化的电路拓扑结构，通过并联更多的最小模块电路来获得电压幅度更大的脉冲电压，其特征在于包括：高压储能电容C1、高压储能电容C2、高压储能电容C3、高压储能电容C4、高压储能电容C5、高压储能电容C6、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10、开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8、开关管K9、开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13、开关管K14、开关管K15、开关管K16、直流电源Vin以及负载R；高压储能电容C1的一端与二极管D1的阴极、开关管K4的漏极连接，高压储能电容C1的另一端与开关管K1的漏极、负载电阻R的一端、开关管K15的源极、开关管K16的源极连接，高压储能电容C2的一端与二极管D2的阴极、开关管K5的漏极连接，高压储能电容C2的另一端与开关管K4的源极、二极管D4的阳极、开关管K2的漏极连接，高压储能电容C3的一端与二极管D3的阴极、开关管K6的漏极连接，高压储能电容C3的另一端与二极管D5的阳极、开关管K5的源极、开关管K7的源极、开关管K3的漏极连接，二极管D4的阴极与开关管K7的漏极连接，二极管D5的阴极与开关管K8的漏极连接；高压储能电容C4的一端与二极管D6的阴极、开关管K15的漏极连接，高压储能电容C4的另一端与二极管D10的阳极、开关管K9的漏极、开关管K14的源极、开关管K13的源极连接，二极管D10的阴极与开关管K16的漏极连接，二极管D9的阴极与开关管K14的漏极连接；高压储能电容C5的一端与二极管D7的阴极、开关管K13的漏极连接，高压储能电容C5的另一端与二极管D9的阳极、开关管K10的漏极、开关管K12的源极连接，高压储能电容C6的一端与二极管D8的阴极、开关管K12的漏极连接，高压储能电容C6的另一端与开关管K11的漏极、负载电阻R的另一端、开关管K8的源极、开关管K6的源极连接，二极管D1的阳极与电源Vin的正极、二极管D2的阳极、二极管D3的阳极、二极管D6的阳极、二极管D7的阳极、二极管D8的阳极连接；电源Vin的负极与开关管K1的源极、开关管K2的源极、开关管K3的源极、开关管K9的源极、开关管K10的源极、开关管K11的源极、地线连接。2.根据权利要求1所述的一种多电平多波形高压脉冲形成电路，其特征在于开关管K1、开关管K2、开关管K3、开关管K4、开关管K5、开关管K6、开关管K7、开关管K8、开关管K9、开关管K10、开关管K11、开关管K12、开关管K13、开关管K14、开关管K15、开关管K16的型号为2SK1358；二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、二极管D9、二极管D10的型号为MUR1560；高压储能电容C1、高压储能电容C2、高压储能电容C3、高压储能电容C4、高压储能电容C5、高压储能电容C6的型号为CBB105/630...

【专利技术属性】
技术研发人员：余厉阳，邹林，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33