一种协同脉冲的产生设备和方法技术

本发明专利技术公开一种协同脉冲的产生设备和方法，设备包括控制检测模块、若干级高压窄脉冲发生模块、若干级低压宽脉冲发生模块、协调脉冲形成模块；方法步骤为：1)所述控制检测模块向高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块发送开关驱动信号，控制开关管和二极管的通断，从而使高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块分别向协调脉冲形成模块输出纳秒级高压脉冲和微秒级低压脉冲；2)所述协调脉冲形成模块根据纳秒级高压脉冲和微秒级低压脉冲形成协同脉冲，并作用于目标。本发明专利技术既可以产生纳秒级高压(20kV)脉冲，又可以产生微秒级低压(5kV)脉冲。本发明专利技术可以输出电压可调、脉宽可调、间隔时间可调的脉冲源。间隔时间可调的脉冲源。间隔时间可调的脉冲源。

【技术实现步骤摘要】
一种协同脉冲的产生设备和方法


[0001]本专利技术涉及脉冲领域，具体是一种协同脉冲的产生设备和方法。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，其最早用于国防科研需要，而自20世纪60年代以来得到了快速发展，应用领域不断扩大，不再仅仅局限于国防军工，在民用科技领域诸如肿瘤治疗、食品处理、环境保护、等离子体发生等等受到越来越多的关注。脉冲功率技术的发展离不开脉冲源电路拓扑和开关器件的选择。Marx发生器作为产生脉冲的一种基本电路拓扑，其通过电容并联充电，串联放电的原理实现高功率脉冲的输出，而固态器件以其体积小、效率高、使用寿命长、重复频率高、成本低、工作稳定和维护简单等特点，是组成脉冲源电路拓扑的不二之选。因此，全固态Marx发生器在脉冲功率领域得到了广泛应用，其使用固态器件作开关从而实现能量压缩和转换，最后在微秒、纳秒乃至皮秒时间内释放到负载。
[0003]相关研究发现，脉冲电场作用于生物体上时会产生一定的治疗效果。随着脉冲功率技术的不断完善和其在生物医学领域优势的不断显著，脉冲电场对人体各种细胞结构和功能的影响已然成为了生物电磁
的研究热点。其中不可逆电穿孔是脉冲电场对细胞产生的影响之一，是一种非热肿瘤消融的物理手段。然而使用不可逆电穿孔手段在临床肿瘤治疗中仍存在难点问题亟需解决，目前采用传统脉冲治疗大尺寸肿瘤时，产生的消融区域相对较小，因此在肿瘤治疗时将有可能无法完全覆盖其目标组织，从而导致消融不彻底的现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种协同脉冲的产生设备，包括控制检测模块、若干级高压窄脉冲发生模块、若干级低压宽脉冲发生模块、协调脉冲形成模块。
[0005]所述控制检测模块控制高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块输出脉冲，并调节输出脉冲的参数。
[0006]所述高压窄脉冲发生模块用于向协调脉冲形成模块输出纳秒级高压脉冲。
[0007]所述低压宽脉冲发生模块用于向协调脉冲形成模块输出微秒级低压脉冲。
[0008]所述协调脉冲形成模块根据纳秒级高压脉冲和微秒级低压脉冲形成协同脉冲，并作用于目标。
[0009]协同脉冲的产生设备的电路拓扑如下所示：
[0010]记低压电源VL正极所在一端为A，负极所在一端为B，高压电源VH正极所在一端为E，负极所在一端为F。
[0011]低压电源VL的A端依次串联电感LL1、电容CL1后接地；
[0012]低压电源VL的A端串联电感LL1后连接开关管SL1的漏极；开关管SL1的栅极悬空；开关管SL1的源极串联二极管D1*的阴极；二极管D1*的阳极接地；
[0013]开关管SLm的漏极连接电感LLm，源极连接二极管Dm*的阴极，栅极悬空；二极管Dm*
的阳极连接二极管D(m
‑
1)的阴极；m＝2,3，
…
，n；n为正整数；
[0014]低压电源VL的A端依次串联电感LL1、电感LL2、电容CL2后连接二极管D1*的阴极；二极管D1*的阳极接地；
[0015]电感LLm的一端连接电感LL(m
‑
1)，另一端连接电感LL(m+1)；
[0016]电容CLm的一端连接电感LLm，另一端连接二极管Dm的阳极；
[0017]低压电源VL的B端接地。
[0018]高压电源VH的E端依次串联电感LH1、电容CH1后连接二极管D2*的阴极。
[0019]高压电源VH的F端连接二极管Dn*的阴极。
[0020]高压电源VH的E端串联电感LH1后连接开关管SH1的漏极。开关管SH1的栅极悬空。开关管SH1的源极串联二极管DH1*的阴极。
[0021]二极管DH1*的阳极串联二极管Dn*的阴极。
[0022]电感LHi的一端连接电感LHi
‑
1，另一端连接电感LHi+1。电感LHi的另一端串联电容CHi后连接二极管DH(i
‑
1)*的阴极。i＝2,3，
…
，j。j为正整数。电感LHi的另一端串联开关管SHi的漏极。开关管SHi的栅极悬空。开关管SHi的源极串联二极管DHi*的阴极。二极管DHi*的阳极串联二极管DH(i
‑
1)*的阴极。
[0023]电感LHj串联负载电阻Rx后接地。
[0024]进一步，还包括输出采样模块。
[0025]所述输出采样模块用于采集协调脉冲形成模块输出的协同脉冲参数，并传输至控制检测模块。
[0026]所述控制检测模块根据协同脉冲参数调节高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块输出脉冲的参数。
[0027]进一步，脉冲参数包括电压幅值和脉宽。纳秒级高压脉冲的电压幅值范围为0
‑
20kV，脉宽范围为100ns～1000ns。
[0028]进一步，所述微秒级低压脉冲的电压幅值范围为0
‑
5kV，脉宽范围20us～100us。
[0029]进一步，低压宽脉冲发生模块充电时，开关管SL1、
…
、开关管SLm、
…
、开关管SLn、开关管SH1、
…
、开关管SHi、
…
、开关管SHj断开，低压电源VL对电容CL1、
…
、电容CLm、
…
、电容CLn充电。
[0030]进一步，低压宽脉冲发生模块放电时，开关管SL1、
…
、开关管SLm、
…
、开关管SLn导通，电容CL1、
…
、电容CLm、
…
、电容CLn对负载电阻Rx放电，输出正极性脉冲。
[0031]进一步，高压窄脉冲发生模块充电时，二极管D1*、
…
、二极管Dm*、
…
、二极管Dn*、二极管DH1*、
…
、二极管DHi*、
…
、二极管DHj*导通，高压电源VH向电容CH1、电容CH2、
…
、电容CHi、
…
、电容CHj进行并联充电。
[0032]进一步，高压窄脉冲发生模块放电时，二极管D1*、
…
、二极管Dm*、
…
、二极管Dn*、二极管DH1*、
…
、二极管DHi*、
…
、二极管DHj*、开关管SH1、
…
、开关管SHi、
…
、开关管SHj导通，电容CH1、电容CH2、
…
、电容CHi、
…
、电容CHj对负载电阻Rx放电，输出正极性脉冲。
[0033]进一步，所述高压电源VH由升压变压器将市电升压后得到。
[0034]基于一种协同脉冲的产生设备的方法，包括以下步骤：
[0035]1)所述控制检测模块向高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块发送开关驱动信号，控制开关管和二极管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协同脉冲的产生设备，其特征在于：包括控制检测模块、若干级高压窄脉冲发生模块、若干级低压宽脉冲发生模块、所述协调脉冲形成模块。所述控制检测模块控制高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块输出脉冲，并调节输出脉冲的参数；所述高压窄脉冲发生模块用于向协调脉冲形成模块输出纳秒级高压脉冲；所述低压宽脉冲发生模块用于向协调脉冲形成模块输出微秒级低压脉冲；所述协调脉冲形成模块根据纳秒级高压脉冲和微秒级低压脉冲形成协同脉冲，并作用于目标；协同脉冲的产生设备的电路拓扑如下所示：记低压电源VL正极所在一端为A，负极所在一端为B，高压电源VH正极所在一端为E，负极所在一端为F；低压电源VL的A端依次串联电感LL1、电容CL1后接地；低压电源VL的A端串联电感LL1后连接开关管SL1的漏极；开关管SL1的栅极悬空；开关管SL1的源极串联二极管D1*的阴极；二极管D1*的阳极接地；开关管SLm的漏极连接电感LLm，源极连接二极管Dm*的阴极，栅极悬空；二极管Dm*的阳极连接二极管D(m
‑
1)的阴极；m＝2,3，
…
，n；n为正整数；低压电源VL的A端依次串联电感LL1、电感LL2、电容CL2后连接二极管D1*的阴极；二极管D1*的阳极接地；电感LLm的一端连接电感LL(m
‑
1)，另一端连接电感LL(m+1)；电容CLm的一端连接电感LLm，另一端连接二极管Dm的阳极；低压电源VL的B端接地；高压电源VH的E端依次串联电感LH1、电容CH1后连接二极管D2*的阴极；高压电源VH的F端连接二极管Dn*的阴极；高压电源VH的E端串联电感LH1后连接开关管SH1的漏极；开关管SH1的栅极悬空；开关管SH1的源极串联二极管DH1*的阴极；二极管DH1*的阳极串联二极管Dn*的阴极；电感LHi的一端连接电感LHi
‑
1，另一端连接电感LHi+1；电感LHi的另一端串联电容CHi后连接二极管DH(i
‑
1)*的阴极；i＝2,3，
…
，j；j为正整数；电感LHi的另一端串联开关管SHi的漏极；开关管SHi的栅极悬空；开关管SHi的源极串联二极管DHi*的阴极；二极管DHi*的阳极串联二极管DH(i
‑
1)*的阴极；电感LHj串联负载电阻Rx后接地。2.根据权利要求1所述的一种协同脉冲的产生设备，其特征在于：还包括输出采样模块；所述输出采样模块用于采集协调脉冲形成模块输出的协同脉冲参数，并传输至控制检测模块；所述控制检测模块根据协同脉冲参数调节高压窄脉冲发生模块和低压宽脉冲发生模块输出脉冲的参数。3.根据权利要求1所述的一种协同脉冲的产生设备，其特征在于：脉冲参数包括电压幅值和脉宽；纳秒级高压脉冲的电压幅值范围为0
‑
20kV，脉宽范围为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：董守龙，赵立胜，雷原，姚陈果，余亮，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：