一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路制造技术

本发明专利技术属于电工技术领域，尤其涉及一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路。它由电感、电容和电阻组成，经同轴电缆串接在脉冲电源的输出端与容性负载之间。其特征是包含一个由电容与电阻串联构成的阻－容支路，一个由电感构成的电感支路，电感支路与阻－容支路相并联，匹配电路中的电感、电容和电阻的参数，满足使容性负载上的脉冲电压（ｕ↓［２］）与脉冲电源输出的脉冲电压（ｕ↓［１］）之比（ｕ↓［２］／ｕ↓［１］）的频响特性，在脉冲电源输出的脉冲电压的有效频谱范围内，接近不失真系统的频响特性。本发明专利技术既能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，又能避免容性负载上脉冲电压上升率的降低，提高脉冲电源的应用效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电工
，尤其涉及一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路。
技术介绍
近年来，随着功率脉冲技术的发展，脉冲电源的应用领域越来越广，目前它已应用到环境治理、材料表面改性、机械加工等领域，并发挥着重要作用。在这些应用中，脉冲电源的负载多是容性负载，如在脉冲电源用于电弧离子镀、气体激光器、臭氧发生器等场合下，它的负载均为容性负载，此时，为了在容性负载上获得接近于矩形波的脉冲电压，以提高脉冲电源的应用效果，要求脉冲电源与容性负载间匹配。否则，容性负载上的脉冲电压将出现不同程度的振荡，从而降低脉冲电源的应用效果。目前，公知的脉冲电源与容性负载间的匹配电路，主要有在脉冲电源与容性负载间串联电感或串联电感和电阻等，如文献《日本金属学会誌》1997，61(2)“パルス放電によるアルミニウム上への酸窒化アルミニウムの生成”中所述。这种形式的匹配电路虽然能抑制容性负载上脉冲电压的振荡，但是由此也导致容性负载上脉冲电压的上升率明显降低，而在很多情况下，降低脉冲电压的上升率不利于脉冲电源在相应工艺中的应用效果，如在脉冲偏压电弧离子镀工艺中，为了获得好的镀膜效果，要求给电弧离子镀这一容性负载提供上升率尽可能高并且几乎无振荡的负脉冲偏压。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路，这种匹配电路应不仅能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，而且能避免容性负载上脉冲电压上升率的降低。本专利技术的技术方案是一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路由电感Lm、电容Cm和电阻Rm组成，经同轴电缆串接在脉冲电源的输出端与容性负载之间。其特征是包含两个支路，一个支路是由电容Cm与电阻Rm串联构成的阻—容支路，另一个支路是由电感Lm构成的电感支路，电感支路与阻—容支路相并联，调整匹配电路中的电感Lm、电容Cm和电阻Rm的参数，直至使容性负载上的电压(u2)与脉冲电源的输出电压(u1)之比(u2/u1)的频响特性，在脉冲电源输出的脉冲电压的有效频谱范围内，接近不失真系统的频响特性，由此确定匹配电路中的电感Lm、电容Cm和电阻Rm的参数。从而达到既能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，又能避免容性负载上脉冲电压上升率的降低，提高脉冲电源应用效果的目的。本专利技术的效果和益处在于一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路，由电感、电容和电阻组成，它经同轴电缆串接在脉冲电源的输出端与容性负载之间，不仅能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，同时又能避免容性负载上脉冲电压上升率的降低，从而提高脉冲电源的应用效果。附图说明图1是包含脉冲电源1、同轴电缆2、容性负载3及匹配电感L1的仿真电路模型。图2是在图1所示电路中，保持电阻R0、电感L0、电容C0、电容CL、电阻RL、直流电源UDC及脉冲信号源Es的仿真参数不变，改变电感L1仿真参数时得到的容性负载3上脉冲电压波形的仿真图。图中图(a)、(b)、(c)分别是在图1中保持R0、L0、C0、CL、RL、UDC及Es的仿真参数不变(其中R0＝0.2Ω，L0＝2μH，C0＝30pF，CL＝1800pF，RL＝400Ω，UDC＝700V，Es的频率fs＝25kHz、占空比Ds＝50％)，电感L1仿真参数分别为3μH、100μH、950μH时，得到的容性负载3上脉冲电压波形的仿真图。图3是包含脉冲电源1、同轴电缆2、容性负载3及匹配电路4的仿真电路模型。图4是图3所示电路中容性负载3上的脉冲电压(u2)与脉冲电源1输出的脉冲电压(u1)之比(u2/u1)的频响特性曲线图。图中频响特性曲线是在图3所示电路中容性负载3的仿真参数——电容CL＝1800pF、电阻RL＝400Ω，同轴电缆2的仿真参数——电阻R0＝0.2Ω、电感L0＝2μH、电容C0＝30pF，匹配电路4的仿真参数”——Lm＝50μH、Rm＝60Ω、Cm＝470nF的条件下得到的，其中，I是幅频特性曲线，II是相频特性曲线。图5是实验测得的脉冲电源输出的脉冲电压的频谱图。图6(b)是采用匹配电路4时，实验测得的容性负载3上的脉冲电压波形图。图中容性负载3上的脉冲电压波形是在实际电路装置中的脉冲电源1采用固体开关式脉冲电源(它输出的脉冲电压的频谱如图5所示)，容性负载3、同轴电缆2及匹配电路4的参数与取得图4所示频响特性曲线时图3中的容性负载3、同轴电缆2及匹配电路4的仿真参数对应相等的条件下测得的。图6(a)是无匹配电路4，亦即脉冲电源1直接经同轴电缆2与容性负载3相连时，实验测得的容性负载3上的脉冲电压波形图。具体实施例方式下面结合附图，详细叙述本专利技术的最佳实施例。在图1中，直流电源UDC、功率开关管T1、脉冲信号源Es、二极管D1及电阻Rs、二极管Ds、电容Cs构成了脉冲电源1的等效电路；电阻R0、电感L0和电容C0构成了在脉冲电源与容性负载间传递脉冲功率的同轴电缆2的等效电路；电容CL和电阻RL构成了容性负载3的等效电路，由于在很多情况下，容性负载在电路中可以等效为电容与电阻相并联的单元(如电弧离子镀负载、气体激光器负载等，另外，即便是一只电容，由于其漏电流的存在，所以也可以等效为电容与电阻相并联的单元)，所以，这里用电容CL和电阻RL表示容性负载的等效电路；电感L1为常用的串接在脉冲电源1与容性负载3之间的匹配电感，以抑制容性负载上脉冲电压的振荡。根据图2给出的在图1所示电路中，保持电阻R0、电感L0、电容C0、电容CL、电阻RL、直流电压源UDC及脉冲信号源Es的仿真参数不变(其中R0＝0.2Ω，L0＝2μH，C0＝30pF，CL＝1800pF，RL＝400Ω，UDC＝700V，Es的电压幅值Us＝15V、频率fs＝25kHz、占空比Ds＝50％)，电感L1的仿真参数分别取3μF、100μF、950μF时，得到的容性负载3上脉冲电压波形的仿真图(分别如图2(a)、(b)、(c)所示)，可以看出随着电感L1的不断增大，容性负载上脉冲电压的振荡程度逐渐减弱，但因此也同时导致容性负载上脉冲电压的上升率逐渐降低，并且若要完全消除容性负载上脉冲电压的振荡，则容性负载上脉冲电压的上升率将变得很缓慢(如图2(c)所示)，而这不利于脉冲电源在相应工艺中的应用效果。此外，如果采用常用的在脉冲电源1与容性负载3间串联电感和电阻的方法(即用串联的电感和电阻代替图1中的电感L1)，参照图1，利用电路理论或仿真技术可以得出这种方法由于增大了脉冲电压向容性负载充电的时间常数，所以，虽然能抑制容性负载上脉冲电压的振荡，但是由此也导致容性负载上脉冲电压的上升率明显降低。因此，采用常用的在脉冲电源1与容性负载3之间串联电感或串联电感和电阻的匹配方法，难以达到既能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，又能避免容性负载上脉冲电压上升率降低的目的。为了达到既能有效抑制容性负载上脉冲电压的振荡，又能避免容性负载上脉冲电压上升率降低的目的，本技术给出了一种如图3中所示的由电感Lm、电容Cm和电阻Rm组成的匹配电路4，它包含两个支路，一个支路是由电容Cm与电阻Rm串联构成的阻—容支路，另一个支路是由电感Lm构成的电感支路，电感支路与阻—容支路相并联，将匹配电路4经同轴电缆2串接在脉冲电源1的输出端与容性负载3之间，并通过适当选取匹配电路4中的电感Lm、电容Cm和电阻Rm的参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲电源与容性负载间的匹配电路，由电感Ｌ↓［ｍ］、电容Ｃ↓［ｍ］和电阻Ｒ↓［ｍ］组成，经同轴电缆串接在脉冲电源的输出端与容性负载之间，其特征是包含两个支路，一个支路是由电容Ｃ↓［ｍ］与电阻Ｒ↓［ｍ］串联构成的阻－容支路，另一个支路是由电感Ｌ↓［ｍ］构成的电感支路，电感支路与阻－容支路相并联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戚栋，王宁会，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]