本發(fā)明涉及用于一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，具體屬于脈沖電源領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

脈沖電源技術(shù)基于脈沖功率技術(shù)和現(xiàn)代電源技術(shù)，其電源系統(tǒng)一般由初級電源、中間儲能環(huán)節(jié)及脈沖形成系統(tǒng)等部分組成。其中，高壓脈沖電源的中間儲能環(huán)節(jié)按儲能方式不同主要有電容儲能式和電感儲能式兩種方式。電感比電容儲能密度大，但由于放電波形振蕩大，且不易產(chǎn)生長周期、快上升沿的方波脈沖；電容儲能放電波形穩(wěn)定，控制性好且可適用于容性或高阻抗負(fù)載的負(fù)載。因此脈沖形成部分常常選用電容儲能的方式。

高壓脈沖電源具有極其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在環(huán)保領(lǐng)域利用快脈沖放電離解有機(jī)物進(jìn)行污水處理、在材料和精密加工領(lǐng)域快脈沖產(chǎn)生等離子體的化學(xué)活性可以對材料進(jìn)行表面改性、在食品加工領(lǐng)域快脈沖放電逐漸應(yīng)用于食品保鮮和殺菌等等。但是在脈沖電源的諸多應(yīng)用中，很多負(fù)載會表現(xiàn)出一定的容性行為，在脈沖電源放電過程中負(fù)載中會存儲電荷，而這些電荷放電結(jié)束后會緩慢泄放，使負(fù)載上的電壓并不會很快降到零電位，從而形成脈沖拖尾，所以普通的脈沖電源將難以直接驅(qū)動容性或高阻抗負(fù)載。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，具有模塊集成化程度高、結(jié)構(gòu)可擴(kuò)展性強(qiáng)、固態(tài)半導(dǎo)體開關(guān)管耐壓要求低、可帶容性或高阻抗負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)；在相應(yīng)的脈沖控制策略下，可以實(shí)現(xiàn)帶高阻抗或容性負(fù)載的需求。

本發(fā)明提出的一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，該脈沖電源包括由一個初級交流電源U_ac、一個限流電阻R_ac、開關(guān)管T_c0、開關(guān)管T_b0、開關(guān)管T_p0、開關(guān)管T_d0、電容C₀、高壓二級管D_d0和n個電壓倍增模塊；所述的每個電壓倍增模塊，包括兩個電容、六個開關(guān)管和一個高壓二級管；所述電路的開關(guān)管選用IGBT，并且每個IGBT都反向并聯(lián)二極管。

本發(fā)明提出的一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，初級交流電源U_ac的一端與大地連接，初級交流電源U_ac的另一端與限流電阻R_ac的一端連接；限流電阻R_ac的另一端與開關(guān)管T_c0的發(fā)射極連接，開關(guān)管T_c0的集電極與開關(guān)管T_p0的發(fā)射極、第一電壓倍增模塊的第一連接端連接；開關(guān)管T_p0的集電極與電容C₀的一端、開關(guān)管T_d0的集電極、第一電壓倍增模塊的第二連接端連接，開關(guān)管T_d0的發(fā)射極與高壓二級管D_d0的陽極連接；高壓二級管D_d0的陰極和開關(guān)管T_b0的集電極與大地連接；T_b0的發(fā)射極與電容C₀的另一端連接；第一電壓倍增模塊的第三連接端與第二電壓倍增模塊的第一連接端連接，第一電壓倍增模塊的第四連接端與第二電壓倍增模塊的第二連接端連接；以此類推，直到第(n-1)電壓倍增模塊的第三連接端與第n電壓倍增模塊的第一連接端連接，第(n-1)電壓倍增模塊的第四連接端與第n電壓倍增模塊的第二連接端連接；第n電壓倍增模塊的第三連接端和第n電壓倍增模塊的第四連接端與負(fù)載的一端連接，負(fù)載的另一端與大地連接。

上述高壓脈沖電源的n個電壓倍增模塊，其中每個電壓倍增模塊，包括電容C₁、電容C₂、開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_c2、開關(guān)管T_p1、開關(guān)管T_p2、開關(guān)管T_b1、開關(guān)管T_d1、高壓二級管D_d1；所述的電容C₁的一端作為電壓倍增模塊的第一連接端；電容C₁的另一端與開關(guān)管T_c2的發(fā)射極、開關(guān)管T_p1的集電極連接；開關(guān)管T_p1的發(fā)射極與開關(guān)管T_c1的集電極、開關(guān)管T_b1的集電極、高壓二級管D_d1的陰極連接；開關(guān)管T_c1的發(fā)射極作為電壓倍增模塊的第二連接端；開關(guān)管T_c2的集電極與開關(guān)管T_p2的發(fā)射極連接，該連接點(diǎn)作為電壓倍增模塊的第三連接端；開關(guān)管T_b1的發(fā)射極與電容C₂的一端連接；高壓二級管D_d1的陽極與開關(guān)管T_d1的發(fā)射極連接；開關(guān)管T_d1的集電極與開關(guān)管T_p2的集電極、電容C₂的另一端連接，該連接點(diǎn)作為電壓倍增模塊的第四連接端。

本發(fā)明提出一種用于用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，其優(yōu)點(diǎn)是，采用相應(yīng)的控制策略解決了傳統(tǒng)高壓脈沖電源在容性負(fù)載的情況下出現(xiàn)脈沖拖尾的現(xiàn)象；電路的每一個IGBT開關(guān)管的耐壓值均不超過兩倍的輸入電壓，極大地降低了半導(dǎo)體開關(guān)器件的耐壓和絕緣要求；電路可以采用模塊化的設(shè)計(jì)，便于整個脈沖電源系統(tǒng)的維護(hù)、升級和擴(kuò)容。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為圖1所示的脈沖電源中電壓倍增模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量；由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征；在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體可以是機(jī)械連接，也可以是電連接可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系；對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸；而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征；第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中；在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例；而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件；下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出的一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，該脈沖電源包括由一個初級交流電源U_ac、一個限流電阻R_ac、開關(guān)管T_c0、開關(guān)管T_b0、開關(guān)管T_p0、開關(guān)管T_d0、電容C₀、高壓二級管D_d0和n個電壓倍增模塊；所述的每個電壓倍增模塊，包括兩個電容、六個開關(guān)管和一個高壓二級管；所述電路的開關(guān)管選用IGBT，并且每個IGBT都反向并聯(lián)二極管。

本發(fā)明提出的一種用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源，初級交流電源U_ac的一端與大地連接，初級交流電源U_ac的另一端與限流電阻R_ac的一端連接；限流電阻R_ac的另一端與開關(guān)管T_c0的發(fā)射極連接，開關(guān)管T_c0的集電極與開關(guān)管T_p0的發(fā)射極、第一電壓倍增模塊的第一連接端連接；開關(guān)管T_p0的集電極與電容C₀的一端、開關(guān)管T_d0的集電極、第一電壓倍增模塊的第二連接端連接，開關(guān)管T_d0的發(fā)射極與高壓二級管D_d0的陽極連接；高壓二級管D_d0的陰極和開關(guān)管T_b0的集電極與大地連接；T_b0的發(fā)射極與電容C₀的另一端連接；第一電壓倍增模塊的第三連接端與第二電壓倍增模塊的第一連接端連接，第一電壓倍增模塊的第四連接端與第二電壓倍增模塊的第二連接端連接；以此類推，直到第(n-1)電壓倍增模塊的第三連接端與第n電壓倍增模塊的第一連接端連接，第(n-1)電壓倍增模塊的第四連接端與第n電壓倍增模塊的第二連接端連接；第n電壓倍增模塊的第三連接端和第n電壓倍增模塊的第四連接端與負(fù)載的一端連接，負(fù)載的另一端與大地連接。

上述高壓脈沖電源的n個電壓倍增模塊，其中每個電壓倍增模塊，包括電容C₁、電容C₂、開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_c2、開關(guān)管T_p1、開關(guān)管T_p2、開關(guān)管T_b1、開關(guān)管T_d1、高壓二級管D_d1；所述的電容C₁的一端作為電壓倍增模塊的第一連接端；電容C₁的另一端與開關(guān)管T_c2的發(fā)射極、開關(guān)管T_p1的集電極連接；開關(guān)管T_p1的發(fā)射極與開關(guān)管T_c1的集電極、開關(guān)管T_b1的集電極、高壓二級管D_d1的陰極連接；開關(guān)管T_c1的發(fā)射極作為電壓倍增模塊的第二連接端；開關(guān)管T_c2的集電極與開關(guān)管T_p2的發(fā)射極連接，該連接點(diǎn)作為電壓倍增模塊的第三連接端；開關(guān)管T_b1的發(fā)射極與電容C₂的一端連接；高壓二級管D_d1的陽極與開關(guān)管T_d1的發(fā)射極連接；開關(guān)管T_d1的集電極與開關(guān)管T_p2的集電極、電容C₂的另一端連接，該連接點(diǎn)作為電壓倍增模塊的第四連接端。

以下結(jié)合附圖1和附圖2，通過闡述相應(yīng)的控制策略，詳細(xì)介紹本發(fā)明提出的用于容性負(fù)載的高壓脈沖電源電路的工作過程，可以分為三個工作階段。

第一階段，交流電源給各儲能電容充電階段。

觸發(fā)導(dǎo)通開關(guān)管T_c0、開關(guān)管T_b0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_c2、開關(guān)管T_b1，充電過程分為交流電源的正、負(fù)半周兩個充電工作周期。

在交流電源的正半周（上正下負(fù)）充電工作周期內(nèi)，對電容C₀和各級電壓倍增模塊的電容C₂進(jìn)行充電；對電容C₀的充電回路是交流電源正極性端-限流電阻R_ac-開關(guān)管T_c0-開關(guān)管T_p0的反并聯(lián)二極管-電容C₀-開關(guān)管T_b1-交流電源負(fù)極性端，對電容C₀充入一倍的輸入電壓；對每一級電壓倍增模塊的電容C₂的充電回路是交流電源正極性端-限流電阻R_ac-開關(guān)管T_c0-該級和該級模塊之前各級的電容C₁和開關(guān)管T_c2-該級模塊的開關(guān)管T_p2反并聯(lián)二極管-該級電壓倍增模塊的電容C₂-該級模塊的開關(guān)管T_b1和開關(guān)管T_c1-該級模塊之前各級的電容C₂、開關(guān)管T_b1和開關(guān)管T_c1-電容C₀-開關(guān)管T_b0-交流電源負(fù)極性端，對每一級電壓倍增模塊的電容C₂充入兩倍的輸入電壓。

在交流電源的負(fù)半周（下正上負(fù)）的充電工作周期內(nèi)，對各級電壓倍增模塊的電容C₁進(jìn)行充電；對每一級電壓倍增模塊的電容C₁的充電回路是交流電源正極性端-開關(guān)管T_b0-電容C₀-該級模塊之前各級的開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_b1、電容C₂-該級模塊的開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_p1的反并聯(lián)二極管-該級電壓倍增模塊的電容C₁-該級模塊之前各級的開關(guān)管T_c2、電容C₁-開關(guān)管T_c0-限流電阻R_ac-交流電源負(fù)極性端，對每一級電壓倍增模塊的電容C₁充入兩倍的輸入電壓。

第二階段，各儲能電容對容性負(fù)載脈沖放電階段。

關(guān)斷開關(guān)管T_c0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_c2，繼續(xù)使開關(guān)管T_b0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_b1保持導(dǎo)通狀態(tài)，觸發(fā)導(dǎo)通開關(guān)管T_p0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_p1、開關(guān)管T_p2，構(gòu)成各儲能電容串聯(lián)的放電回路是大地-開關(guān)管T_b0-電容C₀-開關(guān)管T_p0-各級電壓倍增模塊的電容C₁、開關(guān)管T_p1、開關(guān)管T_b1、電容C₂、開關(guān)管T_p2-負(fù)載-大地，實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的脈沖放電。

第三階段，對容性負(fù)載脈沖放電結(jié)束后的截尾階段。

脈沖放電結(jié)束之后，關(guān)斷開關(guān)管T_b0、開關(guān)管T_p0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_b1、開關(guān)管T_p1、開關(guān)管T_p2，觸發(fā)導(dǎo)通開關(guān)管T_d0和各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_c1、開關(guān)管T_d1，使容性負(fù)載產(chǎn)生低阻抗回路，該回路是大地-負(fù)載-各電壓倍增模塊的開關(guān)管T_d1、高壓二級管D_d1、開關(guān)管T_c1-開關(guān)管T_d0-高壓二級管D_d0-大地，容性負(fù)載可以通過這種控制策略解決脈沖下降沿的拖尾現(xiàn)象。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。