專利名稱：一種脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域中的電能變換裝置，具體為一種脈沖發(fā)生器。
背景技術(shù)：
脈沖發(fā)生器是常用的電力電子變換器，廣泛應(yīng)用于污染防治、食品加工、激光電 源、核物理等領(lǐng)域。大功率雙極性脈沖源在廢氣處理、食品殺菌、材料改性、PDP等很多方面有廣泛應(yīng)用。目前使用的大功率雙極性脈沖源的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脈沖邊沿不夠陡峭，效率較低。基于固態(tài)器件的脈沖發(fā)生器由于效率高、控制靈活、體積較小等優(yōu)點，越來越受到人們的關(guān)注，基于固態(tài)器件的大功率雙極性脈沖源，它利用了固態(tài)器件分布電容小的特性及快恢復(fù)二極管的高速特性，分析和仿真表明該脈沖源有如下特點升壓比高，電壓應(yīng)力小，結(jié)構(gòu)較簡單，效率高，輸出脈沖邊沿陸峭，頻率較高，正負(fù)對稱。文獻(xiàn)《New solid-state Marx topologyfor bipolar repetitive high-voltage pulses》中提出了兩個多級結(jié)構(gòu)結(jié)合起來以實現(xiàn)正或負(fù)的輸出脈沖，邊沿時間很快，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且其中的固態(tài)器件是硬開關(guān)的，效率低。文獻(xiàn)《Pulsed Power systems for Food and Wastewater processing》對此進(jìn)行了改進(jìn)，從而在一個拓?fù)渲锌梢詫崿F(xiàn)雙極性輸出，但結(jié)構(gòu)依然復(fù)雜，此外，很難實現(xiàn)多個開關(guān)的同步，球隙放電脈沖發(fā)生器存在抖動和壽命問題。文獻(xiàn)《Narrow pulsed voltage generatorfor liquid food sterilization》中給出幾種帶SG的雙極性脈沖發(fā)生器,在這幾種脈沖源的前級使用反激變換器，既限制了功率，又增加了復(fù)雜性?；诠虘B(tài)器件的脈沖發(fā)生器壽命長，工作穩(wěn)定。通過對輸入方波微分或通過短路傳輸線可以產(chǎn)生雙極性脈沖源，但這樣必須增加輸入方波電路，使電路復(fù)雜化。在文獻(xiàn)《A low-cost, high-performance pulsegenerator for ultrasound imaging〉〉、〈〈Pulse generators for pulsed electric fieldexposure of biological cells and tissues》中，為了產(chǎn)生高壓輸出脈沖，還要引入高壓直流電壓，這也增加了電路的復(fù)雜性。文獻(xiàn)《Design of Bipolar Pulse Generatorfor Biomedical Applications》中給出了一種性能良好的大功率雙極性脈沖源,但是功率器件工作于硬開關(guān)狀態(tài)。在很多情況下需要陡峭的脈沖沿。例如在煙氣脫硫硝中，陡峭的脈沖沿可以抑制二次電子發(fā)射，進(jìn)而減小能耗；在細(xì)胞試驗中，陡峭的脈沖沿能降低細(xì)胞死亡率。利用脈沖源對食品殺菌處理比高溫殺菌消耗的能量小得多，效果更好。文獻(xiàn)《All-Solid-State Repetitive Pulsed-Power Generator Using IGBT and MagneticCompression Switches》雖然引入磁脈沖壓縮技術(shù),但輸出脈沖邊沿依然有300ns,不夠陸峭，且頂部不平坦。在本發(fā)明中，驅(qū)動可控開關(guān)的電源可以使一個單電源，而不是若干獨立的電源，這樣可以大量節(jié)約成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種脈沖發(fā)生器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率較低，且輸出脈沖邊沿不夠陡峭，頂部不平坦的問題。為達(dá)到所述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種脈沖發(fā)生器，至少包括兩個基本單元，每個基本單元包括有電感、二極管、電容和可控開關(guān)單元，所述可控開關(guān)單元的第一端連結(jié)輸入電源的負(fù)極或陰極；所述電感的一端連接在可控開關(guān)單元的第二端上；所述電感的另一端連結(jié)二極管負(fù)極或陰極，并且連結(jié)輸入電源的正極或陽極；所述二極管的正極或陽極連結(jié)電容的一極；所述電容的另一極連接在該所述可控開關(guān)單元的第二端上，并且連結(jié)所述電感的另一端；基本單元中的電容的各自一極分別連接負(fù)載的一端，也可以分別連接變壓器的一端。在本發(fā)明中，所述的可控開關(guān)單元可以是一個單獨使用，也可以是若干個串聯(lián)或并聯(lián)使用；所述的二極管也可以單獨使用，也可以若干個串聯(lián)或并聯(lián)使用。有益效果
本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有如下優(yōu)點
I、本發(fā)明能夠把輸入直流電壓變換為輸出脈沖電壓，通過控制，該輸出脈沖電壓幅度可以比該輸入直流電壓高，也可以比該輸入直流電壓低。2、輸出脈沖電壓的前沿和后沿陡峭，有較平的脈沖頂部，通過適當(dāng)?shù)目刂?，可以使開關(guān)器件M實現(xiàn)零電壓切換，提高效率。3、當(dāng)使用耦合電感時，可控開關(guān)器件可以實現(xiàn)軟開關(guān)，大大提高效率和使用壽命。4、可控開關(guān)的驅(qū)動電源共有一個參考點，這個參考點也是輸入電源Vin的地，可以僅使用一個驅(qū)動電源，節(jié)約資源，大大降低體積和成本。 5、本發(fā)明中采用的元件均為常用器件，結(jié)構(gòu)簡單，便于推廣應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明中使用的基本單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖，S代表可控開關(guān)，L代表電感或率禹合電感的一部分，D代表二極管，C代表電容。圖2為本發(fā)明的一種電路結(jié)構(gòu)示意圖，這是本發(fā)明的最簡單的應(yīng)用實例，由兩個基本單元構(gòu)成一組功能結(jié)構(gòu)，電容Cl、二極管D1、電感LI和可控開關(guān)SI構(gòu)成第一個基本單元，電容C2、二極管D2、電感L2和可控開關(guān)S2構(gòu)成第二個基本單元，輸入電源是Vin?？梢杂葾l和A2、BI和B2分別構(gòu)成兩對輸出端口。如圖3為波形示意圖，I為Ml驅(qū)動波形，2為M2驅(qū)動波形，3為Ml漏源壓降，4為M2漏源壓降，5為輸出電壓。圖4實施例電路示意圖。圖5實施例電路示意圖。圖6實施例電路示意圖；四個基本單元構(gòu)成兩組功能結(jié)構(gòu)，由四個電容的正負(fù)極接隔離變壓器的原邊，變壓器的副邊可以串聯(lián)輸出更高的電壓，也可以并聯(lián)輸出更大的電流，可以由多組功能結(jié)構(gòu)構(gòu)成一臺高壓大電流脈沖發(fā)生器。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
1、電感可以是非耦合電感，也可以是耦合電感的一個線圈。2、所述可控開關(guān)單元由一個可控開關(guān)器件構(gòu)成，或者由多個可控開關(guān)器件電連接構(gòu)成；當(dāng)可控開關(guān)器件為多個時，多個可控開關(guān)器件相互并聯(lián)或串聯(lián)。 3、所述可控開關(guān)單元中可控開關(guān)器件可選用MOS管，或IGBT管，或GTO管，或GTR管，或IGCT管，或其他可控開關(guān)器件。4、負(fù)載可以是阻性負(fù)載，或感性負(fù)載，或容性負(fù)載，或變壓器，也可以是其他設(shè)備或器件，也可以是上述負(fù)載的組合。如圖4所示，當(dāng)可控開關(guān)器件Ml被驅(qū)動導(dǎo)通后，電感(或耦合電感)L1會充磁。Ml或M2斷開后，由于電感電流的不能突然變化，電容Cl或C2會被充電，這樣Cl和C2的電壓升高。當(dāng)M2斷開而Ml導(dǎo)通時，續(xù)流二極管D2導(dǎo)通，C2的電壓通過M2加到負(fù)載Rl上，在負(fù)載Rl上得到一個脈沖電壓。反之，當(dāng)Ml斷開而M2導(dǎo)通時，續(xù)流二極管Dl導(dǎo)通，Cl的電壓通過Ml加到負(fù)載Rl上，在負(fù)載Rl上得到一個反向脈沖電壓。由于電感(或互感或漏感)電流的作用，該二極管Dl或D2會迅速導(dǎo)通；當(dāng)電感(或互感或漏感)電流減小到零時，Dl或D2承受電容Cl或C2的反向電壓，會迅速截止。這樣，在負(fù)載Rl上的脈沖電壓的上升沿和下降沿時間是非常短的。由于電容Cl或C2的電壓波動很小，負(fù)載Rl上的脈沖電壓的平頂波動也很小。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種脈沖發(fā)生器，其特征在于，至少包括兩個基本單元，每個基本單元包括有電感、二極管、電容和可控開關(guān)單元，所述可控開關(guān)單元的第一端連結(jié)輸入電源的負(fù)極或陰極；所述電感的一端連接在可控開關(guān)單元的第二端上；所述電感的另一端連結(jié)二極管負(fù)極或陰極，并且連結(jié)輸入電源的正極或陽極；所述二極管的正極或陽極連結(jié)電容的一極；所述電容的另一極連接在該所述可控開關(guān)單元的第二端上，并且連結(jié)所述電感的另一端；基本單元中的電容的各自一極分別連接負(fù)載的一端，也可以分別連接變壓器的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種脈沖發(fā)生器，其特征在于，可控開關(guān)單元可以是一個單獨使用，也可以是若干個串聯(lián)或并聯(lián)使用；所述的二極管也可以單獨使用，也可以若干個串聯(lián)或并聯(lián)使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖發(fā)生器，包括兩個結(jié)構(gòu)相同的基本單元，每個基本單元包括有電感、二極管、電容和可控開關(guān)單元，電感的一端連接在可控開關(guān)單元的第二端上，電感的另一端依次經(jīng)二極管、電容也連接在可控開關(guān)單元的第二端上，兩個基本單元中的兩個電感的其中一端相連后作為本脈沖發(fā)生器的一個輸入端，兩個基本單元中的可控開關(guān)單元的第一端相連后作為本脈沖發(fā)生器的另一個輸入端，兩個基本單元中的電容彼此對應(yīng)的各自其中一端分別作為輸出端。本發(fā)明能夠把輸入直流電壓變換為脈沖電壓，輸出脈沖電壓的前沿和后沿陡峭，有較平的脈沖頂部，采用的元件均為常用器件，結(jié)構(gòu)簡單，便于推廣應(yīng)用。
文檔編號H03K3/02GK102664606SQ20121016070
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者趙濤 申請人:趙濤