一种固态高重频脉冲发生器制造技术

本发明专利技术提供的一种固态高重频脉冲发生器，包括初级充电单元、脉冲压缩单元和脉冲形成单元，其中，所述初级充电单元的电源输入端连接外接直流电源，所述初级充电单元的电源输出端连接脉冲压缩单元的输入端，所述脉冲压缩单元的输出端连接脉冲形成单元的输入端，所述脉冲形成单元的输出端连接负载；本发明专利技术的电路结构设计中采用了将能够反向泵浦的主开关漂移阶跃恢复二极管在与负载并联后串联在可饱和脉冲变压器副边，使可饱和脉冲变压器在主开关输出脉冲的同时受到反向电压从而进行自复位，省去了单独去磁回路的设置，使该设备结构更简单、体积更小。体积更小。体积更小。

【技术实现步骤摘要】
一种固态高重频脉冲发生器


[0001]本专利技术属于固态半导体脉冲功率
，特别是涉及一种固态高重频脉冲发生器。

技术介绍

[0002]脉冲功率技术是指将能量存储相对较长的时间，然后通过高速开关在短时间内将能量释放到负载上以产生大功率的电磁脉冲技术。脉冲功率发生器由能量存储设备、脉冲压缩设备、开关和负载组成，其核心是能量存储设备和开关，其中，开关的参数和输出特性会直接影响脉冲的上升时间、幅值以及关断时间。
[0003]传统的脉冲功率开关主要是气体放电器件，其中大多数具有非常高的电流和电压容量。例如常规的火花隙、引燃管、真空管等；然而，这些器件存在使用寿命短、工业应用的成本高、效率较低、体积较大、同步性差并且易受外部因素的干扰等缺点，导致这样的设备使用寿命短并且难以增加操作频率。
[0004]相比之下，固态半导体开关器件具有更长的使用寿命、更快的关断速度、并且其最大工作频率比气体开关高几个数量级；早期使用的固态开关器件包括绝缘栅双极型晶体管，门极可关断晶闸管，金属氧化物场效应晶体管等；但是，门极可关断晶闸管的电压虽高，但频率非常低；金属氧化物场效应晶体管的频率很高，但其耐压电压只有几百伏；而绝缘栅双极型晶体管需要极其复杂的电路来触发信号；因此，上述两种类型的开关器件都很难满足脉冲功率技术的快速发展和更新的需求。
[0005]除了器件选取，电路结构也会制约脉冲发生器的输出特性，传统的固态脉冲发生器通常采用全固态Marx发生器的电路结构，该结构在具有原理成熟，脉宽调节方便的优点的同时，存在充电效率低、工作频率难以提高、开关耐压及可靠性存在问题的缺点。
[0006]而采用脉冲变压器与磁开关相结合构成二级脉冲压缩的脉冲发生器电路，具有输出功率大、重复频率高的优点，但该电路存在体积重量较大，磁芯损耗较大的问题；脉冲变压器和磁开关均为利用饱和前后磁芯电感的快速变化对回路进行开通关断的器件，在重复频率的工作条件下一般需要外置磁芯复位电路，从而导致电路体积重量增大。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种固态高重频脉冲发生器，解决了现有技术中存在的上述不足。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]本专利技术提供的一种固态高重频脉冲发生器，包括初级充电单元、脉冲压缩单元和脉冲形成单元，其中，所述初级充电单元的电源输入端连接外接直流电源，所述初级充电单元的电源输出端连接脉冲压缩单元的输入端，所述脉冲压缩单元的输出端连接脉冲形成单元的输入端，所述脉冲形成单元的输出端连接负载。
[0010]优选地，所述初级充电单元包括总储能电容C0、通流二极管D0、第一回路电感L0、第
二回路电感L1和初级储能电容C1，其中，所述总储能电容C0依次与通流二极管D0和第一回路电感L0串联，之后与初级储能电容C1和第二回路电感L1串联；所述初级储能电容C1和第二回路电感L1均与脉冲压缩单元串联。
[0011]优选地，所述总储能电容C0向初级储能电容C1充电的充电时间为谐振周期一半。
[0012]优选地，所述脉冲压缩单元包括可饱和脉冲变压器SPT和次级储能电容C2，其中，所述可饱和脉冲变压器SPT的原边电感与初级充电单元串联；所述可饱和脉冲变压器SPT的副边电感与次级储能电容C2串联；
[0013]所述可饱和脉冲变压器SPT的副边电感与次级储能电容C2与主开关DSRD串联。
[0014]优选地，所述可饱和脉冲变压器SPT的磁芯型号为YNIO64
‑
40
‑
20。
[0015]优选地，所述脉冲形成单元包括主开关DSRD和负载电阻R
L
，其中，所述主开关DSRD的一端与脉冲压缩单元串联；所述主开关DSRD的另一端与负载电阻R
L
并联。
[0016]优选地，主开关DSRD为漂移阶跃恢复二极管。
[0017]优选地，所述初级充电单元和脉冲压缩单元之间通过初级开关器件IGBT连接。
[0018]优选地，所述初级开关器件IGBT为型号IXGF30N400的绝缘栅双极型晶体管。
[0019]优选地，所述初级开关器件IGBT连接有驱动器件，所述驱动器件为型号KB303的芯片。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术提供的一种固态高重频脉冲发生器，利用可饱和脉冲变压器的脉冲压缩升压回路和使用漂移阶跃恢复二极管作为主开关进行二次脉冲压缩及升压的脉冲发生器电路，该电路能够在较高的重复频率下输出稳定连续的高压脉冲，并具有较高的升压倍数，与传统气体开关组成的脉冲发生器相比，本专利技术选取了绝缘栅双极型晶体管和漂移阶跃恢复二极管这两个固态半导体开关作为初级开关与主开关，使该设备具有体积更小，使用寿命更长的优点；本专利技术的电路结构设计中采用了将能够反向泵浦的主开关漂移阶跃恢复二极管在与负载并联后串联在可饱和脉冲变压器副边，使可饱和脉冲变压器在主开关输出脉冲的同时受到反向电压从而进行自复位，省去了单独去磁回路的设置，使该设备结构更简单，体积更小。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的设计思路流程图；
[0023]图2为本专利技术脉冲发生器的电路结构示意图；
[0024]图3为本专利技术驱动电路接线图；
[0025]图4为本专利技术核心部分等效去耦简化电路图；
[0026]图5为本专利技术在100kHz重复频率下输出的脉冲波形图；
[0027]图6为本专利技术在100kHz重复频率下输出的单个脉冲波形图。
具体实施方式
[0028]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0031]为设计出符合要求的脉冲发生器，本专利技术由初级充电单元及其驱动电路、脉冲压缩单元和脉冲形成单元组成，在输入500
‑
800V直流电压的情况下，该直流电压经由初级回路充电和磁脉冲压缩回路的压缩之后通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态高重频脉冲发生器，其特征在于，包括初级充电单元、脉冲压缩单元和脉冲形成单元，其中，所述初级充电单元的电源输入端连接外接直流电源，所述初级充电单元的电源输出端连接脉冲压缩单元的输入端，所述脉冲压缩单元的输出端连接脉冲形成单元的输入端，所述脉冲形成单元的输出端连接负载。2.根据权利要求1所述的一种固态高重频脉冲发生器，其特征在于，所述初级充电单元包括总储能电容C0、通流二极管D0、第一回路电感L0、第二回路电感L1和初级储能电容C1，其中，所述总储能电容C0依次与通流二极管D0和第一回路电感L0串联，之后与初级储能电容C1和第二回路电感L1串联；所述初级储能电容C1和第二回路电感L1均与脉冲压缩单元串联。3.根据权利要求2所述的一种固态高重频脉冲发生器，其特征在于，所述总储能电容C0向初级储能电容C1充电的充电时间为谐振周期一半。4.根据权利要求1所述的一种固态高重频脉冲发生器，其特征在于，所述脉冲压缩单元包括可饱和脉冲变压器SPT和次级储能电容C2，其中，所述可饱和脉冲变压器SPT的原边电感与初级充电单元串联；所述可饱和脉冲变压器SPT的副边电感与次级储能电容C2串联；所述可饱和脉冲变压器...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢彦召，卢豫谈，杨洁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：