一种产生高压脉冲的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种产生高压脉冲的装置和方法，本发明专利技术的开关模块中的开关组之间是悬浮级联的，开关组之间可以不同时导通或关断，通过控制模块控制不同开关组的开关时序，可以产生具有不同上升和下降沿的高压脉冲，相邻两个输出脉冲的幅值也可以不同。

【技术实现步骤摘要】
一种产生高压脉冲的装置和方法
本专利技术属于高压脉冲领域，具体涉及一种产生高压脉冲的装置和方法。
技术介绍
现有的高压脉冲产生方法和装置主要采用以下方法实现：(1)基于铁氧体传输线的高压脉冲产生方法：非线性铁氧体传输线(NonlinearFerriteTransmissionLine)是一种脉冲整形器件，可以将几十纳秒的高压脉冲前沿陡化至几纳秒，将几纳秒的前沿陡化至百皮秒，可陡化的电压幅值从几千伏到几百千伏。(2)基于阶跃漂移二极管的高压脉冲产生方法：阶跃漂移恢复二极管(DriftStepRecoveryDiode,DSRD)或阶跃恢复二极管(DriftRecoveryDiode,DRD)是硅基断路型开关器件，单片DSRD/DRD的工作电压0.1-0.5kV，开关时间为0.5-1.0ns，多片DSRD/DRD串联后可以达到更高的高压脉冲。(3)基于雪崩陡化开关的高压脉冲产生方法：延迟击穿二极管(DelayedBreakdownDiode,DBD)是一种闭合型雪崩陡化脉冲功率开关，常用来陡化半导体断路开关(SemiconductorOpeningSwitches,SOS)产生的纳秒级高功率脉冲,基于SOS/DBD器件的全固态电路可以产生高压脉冲源。(4)基于快速电离晶体管的高压脉冲产生方法：快速电离器件(FastIonizationDynistor,FID)是一种纳秒/亚纳秒闭合型开关，可通过简单的串联实现更高电压脉冲输出。(5)基于光导开关的高压脉冲产生方法：光导开关(PhotoconductivitySemiconductorSwitches,PCSS)具有高增益特性，使高电场偏置的PCSS导通所需的触发光能比低场时减小了3-5数量级。基于PCSS器件的电路也可以产生快速上升沿的高压脉冲。目前最成熟的高压脉冲电路主要是基于气体火花开关设计的，相对通流能力也较大，但缺点是重复频率不高、电压调节困难，电极的烧蚀较严重，寿命不高。伪火花开关也是国外研制高压脉冲电源较为常用的一种开关器件。磁开关根据单级和多级磁压缩特点，可以产生高压脉冲，但是输出频率一般在较低。由于磁开关电源是负载决定输出，因此在应用中，一般会在放电回路并联一定阻值的纯电阻负载。基于半导体开关的高压脉冲电源需要对开关器件进行串并联，较为成熟的半导开关件电源输出电压一般在10kV以下。虽然国内外高压脉冲产生的方法和装置很多，但是，目前尚未见到高压脉冲波形参数可变的产生方法和装置。本专利技术提出了一种高压脉冲产生方法和装置，通过对固态开关的悬浮级联，可以使全部固态开关的开关时序和通断时间等可调，从而输出输出周期的、非周期、或者是任意数目的高压脉冲，这些高压脉冲的上升沿、下降沿、脉冲宽度，波形形状、频率、脉冲数等和高压脉冲相关的全部参数全部可以连续或非连续的调节。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种产生高压脉冲的装置和方法，通过控制悬浮级联在一起的多个开关组的开关的时序和开关持续时间，以及开关组之间开关状态的任意组合，实现输出高压脉冲参数的调节功能。为了达到上述目的，一种产生高压脉冲的装置，包括高压直流电压模块，高压直流电压模块通过控制模块连接开关模块，高压直流电压模块、控制模块和开关模块通过低压电源模块供电；开关模块包括m组固态开关组SW1，SW2…SWm，每组固态开关组均连接高压直流电压模块中与其对应的高压直流电源DCm，每组固态开关均包括串联而成的高端固态开关K1和低端固态开关K2，高端固态开关K1和低端固态开关K2均具有控制端G、高压端D和低压端S，高端固态开关K1的低压端S和低端固态开关K2的高压端D相连接，作为每一组开关的输出端Vout，高端固态开关K1的D端和低端固态K2的S端分别作为每组开关的固态开关组中高压直流输入的电源端Vp和地端GND，高端固态开关K1和低端固态开关K2的控制端G均连接控制模块中与其对应的控制信号Gm，每个控制信号Gm对应各自的接地端GNDm，m＝1,2,…,m，GNDm和每一个固态开关组的地端GND及高压直流电源DCm的负端L相连。固态开关组至少设置两组。同一组直接串联的高端固态开关K1和低端固态开关K2的控制端G的控制信号是反相同步的。高端固态开关K1通过电源端Vp连接高压直流电源DCm的正端H。高端固态开关K1包括若干开关Ka1，Ka2，…，Kax，所有开关Ka1，Ka2，…，Kax并联或串联或串并联混合组成；低端固态开关K2包括若干开关Kb1，Kb2，…，Kby，所有开关Kb1，Kb2，…，Kby并联或串联或串并联混合组成。高压直流电源模块中的所有高压直流电源均采用悬浮隔离，所有高压直流电源间采用DC-DC变换模块隔离。高端固态开关K1和低端固态开关K2采用MOSFET、IGBT、SiC-MOSFET、阶跃漂移恢复二极管、阶跃恢复二极管或延迟击穿二极管。一种产生高压脉冲的装置的工作方法，包括以下步骤：步骤一，低压电源模块给开关模块、控制模块和高压直流模块提供工作电源；步骤二，控制模块产生开关模块所需的控制信号Gm和GNDm；步骤三，开关模块开始工作，由于受控制信号Gm和GNDm的控制，每一个固态开关组SWm包含的高端固态开关K1和低端固态开关K2单独导通或同时关断；步骤四，高压直流电源模块工作，使开关模块的输出端Vout产生所需的高压脉冲输出。步骤三中，若需产生一个高压脉冲，SWm开关组的高端固态开关K1导通，低端固态开关K2关断，SWm-1开关组的高端固态开关K1关断，SWi-1开关组的低端固态开关K2导通。与现有技术相比，本专利技术的开关模块中的开关组之间是悬浮级联的，开关组之间可以不同时导通或关断，通过控制模块控制不同开关组的开关时序，可以产生具有不同上升和下降沿的高压脉冲，相邻两个输出脉冲的幅值也可以不同。进一步的，本专利技术中给各个开关组提供高压直流电源的子模块之间是相互隔离的，这些高压直流子模快的输出电压可以是相同的，也可以不同。进一步的，本专利技术中的开关组中的开关可以是各种固态开关，不同的高端固态开关K1和低端固态开关K2可以是同一种，也可以是不同的开关，能够使本专利技术适用于不同工作环境。本专利技术的方法是改变这m组开关的控制信号，使高压脉冲产生装置产生周期的、非周期信号、或者是任意数目的高压脉冲，这些高压脉冲的上升沿、下降沿、脉冲宽度，波形形状、频率、脉冲数等和高压脉冲相关的全部参数全部可以连续或非连续的调节，实现输出高压脉冲参数的调节功能。附图说明图1是本专利技术的结构图；图2是本专利技术中开关模块的结构图；图3是本专利技术中高压直流电源模块的结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。参见图1，本专利技术包括高压直流电压模块3，高压直流电压模块3通过控制模块2连接开关模块1，高压直流电压模块3、控制模块2和开关模块1通过低压电源模块4供电；开关模块1包括m组固态开关组SW1，SW2…SWm，每组固态开关组均连接高压直流电压模块3中与其对应的高压直流电源DCm，每组固态开关均包括串联而成的高端固态开关K1和低端固态开关K2，高端固态开关K1和低端固态开关K2均具有控制端G、高压端D和低压端S，高端固态开关K1的低压端S和低端固态开关K2的高压端D相连接，作为每一组开关的输出端Vout，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，包括高压直流电压模块(3)，高压直流电压模块(3)通过控制模块(2)连接开关模块(1)，高压直流电压模块(3)、控制模块(2)和开关模块(1)通过低压电源模块(4)供电；开关模块(1)包括m组固态开关组SW1，SW2…SWm，每组固态开关组均连接高压直流电压模块(3)中与其对应的高压直流电源DCm，每组固态开关均包括串联而成的高端固态开关K1和低端固态开关K2，高端固态开关K1和低端固态开关K2均具有控制端G、高压端D和低压端S，高端固态开关K1的低压端S和低端固态开关K2的高压端D相连接，作为每一组开关的输出端Vout，高端固态开关K1的D端和低端固态K2的S端分别作为每组开关的固态开关组中高压直流输入的电源端Vp和地端GND，高端固态开关K1和低端固态开关K2的控制端G均连接控制模块(2)中与其对应的控制信号Gm，每个控制信号Gm对应各自的接地端GNDm，m＝1,2,…,m，GNDm和每一个固态开关组的地端GND及高压直流电源DCm的负端L相连。

【技术特征摘要】
1.一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，包括高压直流电压模块(3)，高压直流电压模块(3)通过控制模块(2)连接开关模块(1)，高压直流电压模块(3)、控制模块(2)和开关模块(1)通过低压电源模块(4)供电；开关模块(1)包括m组固态开关组SW1，SW2…SWm，每组固态开关组均连接高压直流电压模块(3)中与其对应的高压直流电源DCm，每组固态开关均包括串联而成的高端固态开关K1和低端固态开关K2，高端固态开关K1和低端固态开关K2均具有控制端G、高压端D和低压端S，高端固态开关K1的低压端S和低端固态开关K2的高压端D相连接，作为每一组开关的输出端Vout，高端固态开关K1的D端和低端固态K2的S端分别作为每组开关的固态开关组中高压直流输入的电源端Vp和地端GND，高端固态开关K1和低端固态开关K2的控制端G均连接控制模块(2)中与其对应的控制信号Gm，每个控制信号Gm对应各自的接地端GNDm，m＝1,2,…,m，GNDm和每一个固态开关组的地端GND及高压直流电源DCm的负端L相连。2.根据权利要求1所述的一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，固态开关组至少设置两组。3.根据权利要求1所述的一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，同一组直接串联的高端固态开关K1和低端固态开关K2的控制端G的控制信号是反相同步的。4.根据权利要求1所述的一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，高端固态开关K1通过电源端Vp连接高压直流电源DCm的正端H。5.根据权利要求1所述的一种产生高压脉冲的装置，其特征在于，高端固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小宁，孙岳，屠震涛，张军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61