專利名稱：一種igbt串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓脈沖發(fā)生器，尤其是涉及一種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器。
技術(shù)背景 脈沖功率技術(shù)是一種將存儲的能量以電能的形式，用單脈沖或重復(fù)頻率的短脈沖方式加到負載上的技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用在雷達發(fā)射機、高壓脈沖電場殺菌、絕緣材料電脈沖破碎等一系列軍工、能源、材料、生物領(lǐng)域。實現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)計高壓、大功率的高壓脈沖發(fā)生器。產(chǎn)生高壓脈沖大致有兩條途徑一是由相對較低的直流電電逆變成低壓脈沖，然后經(jīng)脈沖升壓器得到高壓脈沖；另一種是由高壓直流電源供電，利用脈沖儲能電容儲能，然后通過高壓開關(guān)將其變?yōu)楦邏好}沖。由于大功率的高壓脈沖升壓器較難研制，價格昂貴，且一旦出現(xiàn)故障難以維修，因此第一種方法適合小功率應(yīng)用；第二種方法直接由高壓直流電源提供電壓，而高壓直流電源的研究技術(shù)已經(jīng)非常成熟，且很容易實現(xiàn)高壓、大功率，因此適合于大功率應(yīng)用場合。然而第二種方法需研制能承受高壓、大功率的開關(guān)。早期一般采用真空開關(guān)、氣體開關(guān)、閘流管等開關(guān)，但這些開關(guān)使用壽命短、開關(guān)速度慢、可控性差，因此限制了脈沖功率技術(shù)的發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一些新型的半導(dǎo)體開關(guān)被逐漸應(yīng)用到脈沖功率技術(shù)中，絕緣柵極雙晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor—IGBT)就是其中一種。IGBT是由BJT (雙極型三極管)和MOS (絕緣柵型場效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，具有驅(qū)動方式簡單，開關(guān)速度快，電壓、電流容量高等優(yōu)點。但是在這些電壓高達數(shù)千至數(shù)十千伏的脈沖功率技術(shù)應(yīng)用中，即使是目前電壓等級最高的6500 V IGBT也無法滿足，且電壓等級越高，IGBT價格也越高，因此需將IGBT串聯(lián)連接。然而，由于IGBT串聯(lián)組件在開關(guān)過程中因開關(guān)動作的時間不一致，易出現(xiàn)電壓分配不均，導(dǎo)致IGBT的多級串聯(lián)非常困難。對此研究者提出了多種解決方法可分為針對IGBT柵極驅(qū)動信號同步性的柵極驅(qū)動控制，和針對IGBT功率端電壓平衡的動態(tài)均壓。前者主要通過一個具有納秒級響應(yīng)速度的監(jiān)控電路來實現(xiàn)對每只IGBT驅(qū)動信號的閉環(huán)控制，控制精度高，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，研究可靠、實用的IGBT多級串聯(lián)方法具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器，利用該電路能夠?qū)崿F(xiàn)64個IGBT串聯(lián)的高壓固態(tài)開關(guān)，通過控制該固態(tài)開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，能輸出50kV的高壓脈沖。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型包括高壓電源、儲能電容、PLC、整流電路、濾波電路、高頻功率MOSFET全橋逆變電路、功率MOSFET驅(qū)動電路、串聯(lián)磁環(huán)隔離電路、16路獨立的隔離電源次級電路、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路、光纖隔離電路、PWM放大電路、16路相互獨立的故障輸出電路、光纖反饋電路。高壓電源提供的電壓，經(jīng)儲能電容儲能后通過16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路后輸出高壓脈沖；PLC產(chǎn)生PWM控制脈沖，依次接PWM放大電路、光纖隔離電路后，驅(qū)動16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路；市電經(jīng)整流電路、濾波電路后變成直流電，再依次接高頻功率MOSFET全橋逆變電路、串聯(lián)磁環(huán)電路、16路相互獨立的隔離電源次級電路后，輸出16路相互獨立的24V直流電給16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路供電；功率MOSFET驅(qū)動電路與高頻功率MOSFET全橋逆變電路相連，驅(qū)動4個功率MOSFET ；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路產(chǎn)生的故障信號經(jīng)16路相互獨立的故障輸出電路、光纖反饋電路后輸入PLC。所述的整流電路采用I個大功率整流橋進行整流，進而連接濾波電路；濾波電路采用兩個電容進行濾波，進而連接高頻MOSFET全橋逆變電路；高頻MOSFET全橋逆變電路采用4個功率MOSFET組成全橋結(jié)構(gòu)，而后連接串聯(lián)磁環(huán)隔離電路；功率MOSFET驅(qū)動電路由芯片SG3525發(fā)出控制信號，驅(qū)動兩個芯片IR2110，兩個IR2110產(chǎn)生4路驅(qū)動脈沖分別與高頻MOSFET全橋逆變電路的4個MOSFET的柵極和漏極相連；高頻磁環(huán)隔離電路所用磁環(huán)為16個鐵基納米晶磁環(huán)，用耐壓60kV的娃橡I父絕緣線將16個鐵基納米晶磁環(huán)的初級串聯(lián)起來，16個鐵基納米晶磁環(huán)的次級分別用耐壓3000V以上的導(dǎo)線環(huán)繞后接入輔助電源電路，每個 鐵基納米晶磁環(huán)的初級繞2圈，次級繞4圈；16路獨立的隔離電源次級電路分別與16個高頻磁環(huán)隔離電路的次級相連，每個隔離電源次級電路通過電源芯片LM2576-ADJ將輸出電壓調(diào)整為24V，輸入IGBT串聯(lián)電路；16路獨立的IGBT串聯(lián)電路的電源輸入端分別與16路獨立的隔離電源次級電路輸出端相連。所述的PWM放大電路由2個TLP250串聯(lián)而成，第一個TLP250的2腳通過電阻和PLC相連，第一個TLP250的3腳和第二個TLP250的2腳相連，第二個TLP250的3腳與PLC相連，PWM放大電路的輸出端與光纖隔離電路相連；光纖隔離電路共有16路光纖，分為兩組，每組8路光纖；第一組中，第一個光纖發(fā)光頭HFBR-1414的2腳經(jīng)電阻與PWM放大電路中第一個TLP250的6腳相連，前一個HFBR-1414的3腳與后一個HFBR-1414的2腳相連，第八個HFBR-1414的3腳與第一個TLP250的5腳相連；第二組中，第九個光纖發(fā)光頭HFBR-1414的2腳經(jīng)電阻與PWM放大電路中第二個TLP250的6腳相連，前一個HFBR-1414的3腳與后一個HFBR-1414的2腳相連，最后一個HFBR-1414的3腳與第二個TLP250的5腳相連；光纖隔離電路的輸出端為16個光纖收光頭HFBR-2412，每個HFBR-2412的6腳經(jīng)電阻分別接16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路的16路信號輸入端TLP250的2腳；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路中每個IGBT串聯(lián)電路采用4個IGBT串聯(lián)，每個IGBT用M57962L為驅(qū)動芯片，第一個M57962L的14腳通過電阻與TLP250相連，前一個M57962L的13腳與后一個M57962L的14腳相連，第四個M57962L的14腳與TLP250的5腳相連；每個M57962L的供電電源為電壓為3000V的24V轉(zhuǎn)正負12V的DC/DC電源模塊NN2-24D12S3,其中 +12V 接 M57962L 的 4 腳，-12V 接 M57962L 的 6 腳；每個 M57962L 的 4腳通過電阻與TLP521-1的I腳相連，8腳與TLP521-1的2腳相連；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路分別與16路獨立的故障輸出電路相連，每路故障輸出電路中的74HC4072的4個輸入端A、B、C、D與每路IGBT串聯(lián)電路中的4個TLP521-1的3腳中，74HC4072的I腳與SN75451的2腳相連，SN75451的3腳與HFBR-1414的2腳相連，HFBR-1414通過光纖與光纖反饋電路；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路的每個IGBT的柵極通過柵極電阻與與其對應(yīng)的M57962L的5腳相連，16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路共有64個IGBT，其中第一個IGBT的集電極與儲能電容的正極相連，前一個IGBT的發(fā)射極分別與后一個IGBT的集電極相連，直至最后一個，最后一個IGBT的發(fā)射極為高壓脈沖正極輸出端。所述的光纖反饋電路有16路獨立的光纖接收電路，16路光纖收光頭HFBR-2412的6腳分別與兩個74HC4078的8個輸入端相連，兩個74HC4078的13腳接PLC。本實用新型具有的有益效果是I、PWM控制信號由PLC輸出，通過16路獨立光纖傳輸，能有效降低高壓脈沖對PWM控制信號的干擾。2、采用的兩個TLP250串聯(lián)來放大PWM控制信號，既能有效的傳輸PWM控制信號，又能使放大后的PWM控制信號保持較好的同步性。3、利采用耐壓60kV的硅橡膠絕緣線將16個鐵基納米晶磁環(huán)的初級串聯(lián)，次級獨立輸出的方法，有效實現(xiàn)低壓側(cè)與高壓側(cè)的電隔離。4、采用M57962L串聯(lián)連接的方法，能最大限度的降低各IGBT所接受到的柵極驅(qū)動信號的時間差，同時M57962L能將控制信號與高壓信號隔離。5、采用故障輸出電路能實時采集將各IGBT的過壓、過流信號，并通過采用的光纖反饋電路快速反饋的PLC，使PLC切斷控制信號，保護系統(tǒng)。

圖I是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實用新型的隔離電源電路初級電路圖。圖3是本實用新型的功率MOSFET驅(qū)動電路圖。圖4是本實用新型的串聯(lián)磁環(huán)隔離電路圖。圖5是本實用新型的隔離電源次級電路圖。圖6是本實用新型的PWM放大電路及光纖隔離電路圖。圖7是本實用新型的IGBT串聯(lián)電路及故障輸出電路圖。圖8是本實用新型的光纖反饋電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。圖I是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。包括高壓電源、儲能電容、可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)、整流電路I、濾波電路2、高頻功率MOSFET全橋逆變電路3、功率MOSFET驅(qū)動電路4、串聯(lián)磁環(huán)隔離電路5、16路相互獨立的隔離電源次級電路6、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路7、光纖隔離電路8、PWM放大電路9、16路相互獨立的故障輸出電路10、光纖反饋電路11 ;高壓電源提供的電壓，經(jīng)儲能電容儲能后通過多16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路7產(chǎn)生高壓脈沖；PLC產(chǎn)生PWM控制脈沖，依次接PWM放大電路9、光纖隔離電路8、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路7 ;市電經(jīng)整流電路I、濾波電路2后變成直流電，再依次接高頻功率MOSFET全橋逆變電路3、串聯(lián)磁環(huán)電路5、16路相互獨立的隔離電源次級電路6、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路7 ;功率MOSFET驅(qū)動電路4與高頻功率MOSFET全橋逆變電路3相連；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路7產(chǎn)生的故障信號依次由故障輸出電路10、光纖反饋電路11輸入PLC。[0030]圖2是本實用新型的隔離電源電路初級電路圖。包括整流電路I、濾波電路2、高頻功率MOSFET全橋逆變電路3。整流電路I采用I個大功率整流橋Dl進行整流，進而連接濾波電路2 ;濾波電路采用兩個大電容Cl、C2并聯(lián)進行濾波，而后連接高頻MOSFET全橋逆變電路3 ;高頻MOSFET全橋逆變電路3采用4個功率MOSFET Ql Q4組成全橋結(jié)構(gòu)，Ql的源極和Q3的源極分別接串聯(lián)磁環(huán)隔離電路5的輸入端和輸出端。圖3是本實用新型的功率MOSFET驅(qū)動電路4圖。Ul為控制脈沖產(chǎn)生芯片SG3525，通過改變與其相連的R3、C3 的值可以調(diào)節(jié)控制脈沖的頻率的脈寬，Ul的11腳、14腳輸出兩路互補的的控制脈沖。圖3所示U2、U3為兩片功率MOSFET驅(qū)動芯片IR2110，U2的10腳與U3的13腳相連后與Ul的11腳相連，U2的12腳與U3的10腳相連后與Ul的14腳相連。U2的7腳通過柵極電阻R5與Ql的柵極相連，U2的5腳與Ql的源極相連；U2的I腳通過柵極電阻R7與Q2的柵極相連，U2的2腳與Q2的源極相連；U3的7腳通過柵極電阻R9與Q3的柵極相連，U2的5腳與Q3的源極相連；U4的I腳通過柵極電阻Rll與Q4的柵極相連，U4的2腳與Q4的源極相連。圖3所示R6、R8、RIO、R12分別與Ql、Q2、Q3、Q4的柵極和源極并聯(lián)，起分壓作用；D3、D4、D6、D7為15V穩(wěn)壓二極管，分別與R6、R8、RIO、R12并聯(lián)，防止Ql、Q2、Q3、Q4的柵極和源極電壓過高而損壞Q1、Q2、Q3、Q4。圖3所示C12、C14為O. 47 μ F的鉭電容，D2、D5為快速恢復(fù)二極管HER107，C12與D2的負極相連后與U2的6腳相連，D2的正極接15V電源的正極，使U2 5腳的電位能高于500V ；C14與D5的負極相連后與U3的6腳相連，D5的正極接15V電源的正極，使U3 5腳的電位能高于500V。圖4是本實用新型的串聯(lián)磁環(huán)隔離電路5圖。耐壓60kV的硅橡膠絕緣線將16個鐵基納米晶磁環(huán)ΤΓΤ16的初級串聯(lián)，每個磁環(huán)的初級繞兩匝；每個磁環(huán)的次級由3000V隔離的導(dǎo)線繞四匝。Tl初級輸入端與高頻功率MOSFET全橋逆變電路3中Ql的源極相連，T16初級輸出端與Q3的源極相連。圖5是本實用新型的隔離電源次級電路6圖。D8、D9、D10、D11為四個快速恢復(fù)二極管HER303組成全橋整流電路，C16、C17為濾波電源，將磁環(huán)次級輸出的方波經(jīng)整流、濾波為38V的直流電后，輸入電源芯片LM2576-ADJ。通過調(diào)節(jié)與LM2576-ADJ相連的可調(diào)電阻R13，可將38V直流電降壓為24V的電壓輸出。16路相互獨立的隔離電源次級電路一共輸出16路相互獨立的24V電源。圖6是本實用新型的PWM放大電路9及光纖隔離電路8圖。PLC的信號輸出端通過限流電阻R15后與第一個TLP250 U5的2腳相連，U5的3腳與另一個TLP250 U6的2腳相連。PLC發(fā)出信號的電壓幅值越高，信號的抗干擾性也越好，因此使PLC輸出信號幅值U為24V。TLP250工作時需要的輸入信號電流If為5 20mA，正向壓降Uf為I. 8V，R15的值可按以下公式確定R15=(U_2*Uf)/If圖6所示光纖隔離電路8共有16路光纖，分為兩組，每組8路光纖；第一個光纖發(fā)光頭HFBR-1414 U7的2腳經(jīng)電阻R16與PWM放大電路8中U5的6腳相連，前一個HFBR-1414的3腳與后一個HFBR-1414的2腳相連，第八個HFBR-1414 U14的3腳與U5的5腳相連；第九個光纖發(fā)光頭HFBR-1414 U23的2腳經(jīng)電阻R17與PWM放大電路)中U6的6腳相連，前一個HFBR-1414的3腳與后一個HFBR-1414的2腳相連，第16個HFBR-1414 U30的3腳與U6的5腳相連；光纖隔離電路8的輸出端為16個光纖收光頭HFBR-2412 U15 U22，U31 U38。圖7是本實用新型的IGBT串聯(lián)電路7及故障輸出電路10圖。光纖隔離電路8的輸出端U15的6腳通過IGBT串聯(lián)電路7中電阻R19與TLP250 U39的2腳相連，U39的3腳與U15的2腳相連。圖7所示IGBT串聯(lián)電路7采用4個IGBT串聯(lián)，每個IGBT用M57962L為驅(qū)動芯片，第一個M57962L U41的14腳通過電阻R20與U39的6腳相連，前一個M57962L的13腳與后一個M57962L的14腳相連，第四個M57962L U47的14腳與U39的5腳相連；每個M57962L的供電電源為電壓為3000V的24V轉(zhuǎn)正負12V的DC/DC電源模塊V1 V4，其中+12V接M57962L的4腳，-12V接M57962L的6腳;每個M57962L的4腳通過電阻與TLP521-1 (U42、U44、 U46、U48)的 I 腳相連，8 腳與 TLP521-1 (U42、U44、U46、U48)的 2 腳相連，U42、U44、U46、U48的3腳分別與故障輸出電路10 U49 (74HC4072)的4個輸入端A、B、C、D相連，U49的I腳與U50 (SN75451)的2腳相連，U50的3腳與U51 (HFBR-1414)的2腳相連，U51通過光纖與光纖反饋電路11相連。圖8是本實用新型的光纖反饋電路11圖。圖8所示光纖反饋電路11有16路獨立的光纖接收電路，16路光纖收光頭U52 U67 (HFBR-2412)的6腳分別與兩個8輸入或非門U68、U69 (74HC4078)的8個輸入端相連，兩個U68、U69的13腳接入PLC。本實用新型的工作過程如下16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路共有64個IGBT串聯(lián)，可承受50kV高壓。高壓電源輸出50kV的高壓電，經(jīng)過儲能電容儲能后，儲能電容的正極輸入到64個串聯(lián)IGBT中第一個IGBT的集電極，64個串聯(lián)IGBT在PLC發(fā)出的PWM控制信號作用下同時開通和關(guān)斷，產(chǎn)生50kV的高壓脈沖，高壓脈沖的正極由64個串聯(lián)IGBT中最后一個IGBT的發(fā)射極發(fā)出，負極由儲能電容的負極發(fā)出。PLC發(fā)出脈沖幅值為24V、脈寬及頻率可調(diào)的PWM控制信號，控制信號經(jīng)兩個串聯(lián)連接的TLP250 U5、U6放大后，輸入兩組串聯(lián)連接的光纖發(fā)光頭，其中U7 U14為一組，U23"U30為一組。16路光纖將PWM控制信號傳遞到16個IGBT串聯(lián)電路。TLP250 U15將來自光纖的PWM控制信號放大后驅(qū)動4個串聯(lián)連接的IGBT驅(qū)動器M57962L U41、U43、U45、U47，4驅(qū)動器所需的供電電源分別由4個24V輸入、±12V輸出的電源模塊提供。U41、U43、U45、U47同時輸出±12V的脈沖驅(qū)動4個串聯(lián)連接的IGBT ΤΓΤ40當Tf Τ4中任一 IGBT出現(xiàn)故障時，故障信號通過與該故障IGBT集電極相連的快速恢復(fù)二極管(D14、D19、D24、D29)傳遞到該故障IGBT的驅(qū)動器(U41、U43、U45、U47)，該驅(qū)動器再將故障信號傳遞到與其8腳相連的TLP521-1 (U42、U44、U46、U48)。接收到故障信號的TLP521-1 (U42、U44、U46、U48)再通過其3腳將故障信號輸入四輸入或門74HC4072，74HC4072的I腳輸出低電平到SN75451的2腳，此時與其I腳相連的SN75451輸出高電平使光纖發(fā)光頭U51工作。U51與光纖反饋電路中光纖收光頭U52相連，U52的6腳輸出故障信號到8輸入或非門U68的2腳，此時U68的13腳輸出低電平的PLC，PLC立即關(guān)斷PWM控制信號，使整個IGBT串聯(lián)電路處于關(guān)斷狀態(tài)。故障輸出電路中U49、U50、U51，與IGBT串聯(lián)電路中U15、U42、U44、U46、U48所需的5V工作電源由電源芯片U40 (LM2576-5. O)將24V電壓降為5V輸出。VI、V2、V3、V4及U40所需的24V電源來源如下整流電路通過I個大功率整流橋Dl將輸入的市電整流為直流電，濾波電容C1、C2對其進行濾波，進而連接高頻MOSFET全橋逆變電路。功率MOSFET驅(qū)動電路中的Ul (SG3525 )發(fā)出控制信號，驅(qū)動兩個功率MOSFET驅(qū)動芯片U2、U3(IR2110)，U2、U3產(chǎn)生4路驅(qū)動脈沖使高頻MOSFET全橋逆變電路的四個功率MOSFET Q1 Q4工作，將直流電逆變?yōu)轭l率為IOOkHz的高頻方波。Ql的源極接一根耐壓60kV的硅橡膠絕緣線，并將該絕緣線接到16個鐵基納米晶磁環(huán)TfT16，每個磁環(huán)繞兩圈，使16個鐵基納米晶磁環(huán)的初級串聯(lián)連接。16個鐵基納米晶磁環(huán)的次級分別用耐壓3000V以上的導(dǎo)線環(huán)繞后接入16個獨立的隔離電源次級電路。隔離電源次級電路中的D8、D9、DIO、Dll四個快速恢復(fù)二極管將輸入的IOOkHz高頻方波整流為直流電，C16、C17對其進行濾波使其變?yōu)?8V的穩(wěn)壓直流電，隨后輸入電源芯片U4 (LM2576-ADJ)。通過調(diào)節(jié)與U4相連的可調(diào)電阻R13，將38V直流降壓為24V的電壓輸出。16路獨立的隔離電源次級電路分別輸出16路獨立的24V電源為16 路IGBT串聯(lián)電路及16路故障輸出電路供電。
權(quán)利要求1.ー種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于包括高壓電源、儲能電容、PLC、整流電路(I)、濾波電路(2)、高頻功率MOSFET全橋逆變電路(3)、功率MOSFET驅(qū)動電路(4)、串聯(lián)磁環(huán)隔離電路(5)、16路相互獨立的隔離電源次級電路(6)、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7 )、光纖隔離電路(8 )、PWM放大電路(9 )、16路相互獨立的故障輸出電路(10 )和光纖反饋電路(11);高壓電源提供的電壓，經(jīng)儲能電容儲能后通過16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7 )產(chǎn)生高壓脈沖；PLC產(chǎn)生PWM控制脈沖，依次接PWM放大電路(9 )、光纖隔離電路(8 )、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7);市電經(jīng)整流電路(I)、濾波電路(2)后變成直流電，再依次接高頻功率MOSFET全橋逆變電路(3 )、串聯(lián)磁環(huán)電路(5 )、16路獨立的隔離電源次級電路(6)、16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7);功率MOSFET驅(qū)動電路(4)與高頻功率MOSFET全橋逆變電路(3)相連；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)輸出的故障信號依次由16路獨立的故障輸出電路(10)、光纖反饋電路(11)輸入PLC。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于所述的整流電路(I)采用I個大功率整流橋進行整流，進而連接濾波電路(2);濾波電路(2)采用兩個電容進行濾波，進而連接高頻MOSFET全橋逆變電路(3);高頻MOSFET全橋逆變電路(3)采用4個功率MOSFET組成全橋結(jié)構(gòu)，進而連接串聯(lián)磁環(huán)隔離電路(5);功率MOSFET驅(qū)動電路(4)由芯片SG3525發(fā)出控制信號，驅(qū)動兩個芯片IR2110，兩個IR2110產(chǎn)生4路驅(qū)動脈沖分別與高頻MOSFET全橋逆變電路(3)的4個MOSFET的柵極和漏極相連；高頻磁環(huán)隔離電路(5)所用磁環(huán)為16個鐵基納米晶磁環(huán)，用耐壓60kV的硅橡膠絕緣線將16個鐵基納米晶磁環(huán)的初級串聯(lián)起來，16個鐵基納米晶磁環(huán)的次級分別用耐壓3000V以上的導(dǎo)線環(huán)繞后接入16路獨立的隔離電源次級電路(6)，每個鐵基納米晶磁環(huán)的初級繞2圈，次級繞4圈；16路獨立的隔離電源次級電路(6)的輸入端分別與16個高頻磁環(huán)隔離電路(5)的16路次級相連，16路獨立的隔離電源次級電路(6)通過16個電源芯片LM2576-ADJ將輸出電壓調(diào)整為16路獨立輸出的24V的穩(wěn)壓直流電，并輸入16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于所述的PLC所產(chǎn)生的PWM控制脈沖接入PWM放大電路(9)，PWM放大電路(9)由2個TLP250串聯(lián)而成，第一個TLP250的2腳通過電阻和PLC相連，第一個TLP250的3腳和第二個TLP250的2腳相連，第二個TLP250的3腳與PLC相連，PWM放大電路(9)的輸出端與光纖隔離電路(8)相連；光纖隔離電路(8)共有16路光纖，分為兩組，每組8路光纖；第一組中，第一個光纖發(fā)光頭HFBR-1414的2腳經(jīng)電阻與PWM放大電路(9)中第一個TLP250的6腳相連，前一個HFBR-1414的3腳與后ー個HFBR-1414的2腳相連，第八個HFBR-1414的3腳與第一個TLP250的5腳相連；第二組中，第九個光纖發(fā)光頭HFBR-1414的2腳經(jīng)電阻與PWM放大電路(9)中第二個TLP250的6腳相連，前ー個HFBR-1414的3腳與后ー個HFBR-1414的2腳相連，最后ー個HFBR-1414的3腳與第二個TLP250的5腳相連；光纖隔離電路(8)的輸出端為16個光纖收光頭HFBR-2412，每個HFBR-2412的6腳經(jīng)電阻分別接16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)的16路信號輸入端TLP250的2腳；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)中每路IGBT串聯(lián)電路采用4個IGBT串聯(lián)，每個IGBT用I個M57962L為驅(qū)動芯片，第一個M57962L的14腳通過電阻與TLP250相連，前ー個M57962L的13腳與后ー個M57962L的14腳相連，第四個M57962L的14腳與TLP250的5腳相連；每個M57962L的供電電源為隔離電壓為3000V的24V轉(zhuǎn)正負12V的DC/DC電源模塊NN2-24D12S3，其中+12V接M57962L的4腳，-12V接M57962L的6腳；每個M57962L的4腳通過電阻與TLP521-1的I腳相連，8腳與TLP521-1的2腳相連；16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)分別與16路獨立的故障輸出電路(10)相連，每路故障輸出電路(10)包括芯片74HC4072、SN75451及一個光纖發(fā)光頭HFBR-1414，每個74HC4072的4個輸入端A、B、C、D與每路IGBT串聯(lián)電路(7)中的4個TLP521-1 的 3 腳中，74HC4072 的 I 腳與 SN75451 的 2 腳相連，SN75451 的 3 腳與 HFBR-1414的2腳相連，HFBR-1414通過光纖與光纖反饋電路(11) ; 16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)的每個IGBT的柵極通過柵極電阻與與其對應(yīng)的M57962L的5腳相連，16路相互串聯(lián)的IGBT串聯(lián)電路(7)共有64個IGBT，其中第一個IGBT的集電極與儲能電容的正極相連，前一個IGBT的發(fā)射極分別與后一個IGBT的集電極相連，直至最后一個，最后一個IGBT的發(fā)射極為高壓脈沖正極輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器，其特征在于所述的光纖反饋電路(11)包括16路獨立的光纖接收電路，2個74HC4078，其中16個光纖收光頭HFBR-2412的6腳分別與兩個74HC4078的8個輸入端相連，兩個74HC4078的13腳接PLC。
專利摘要本實用新型公開了一種IGBT串聯(lián)型高壓脈沖發(fā)生器。該高壓脈沖發(fā)生器由高壓電源提供電壓，經(jīng)儲能電容儲能后通過多級IGBT串聯(lián)電路產(chǎn)生高壓脈沖。PLC產(chǎn)生PWM控制脈沖，經(jīng)PWM放大電路后輸入光纖隔離電路，進而驅(qū)動IGBT串聯(lián)電路，IGBT串聯(lián)電路工作所需的電源由與其相連的隔離電源次級電路提供。市電經(jīng)整流電路、濾波電路后變成直流電，再由經(jīng)功率MOSFET驅(qū)動電路所驅(qū)動的高頻功率MOSFET全橋逆變電路變成高頻方波，高頻方波經(jīng)串聯(lián)磁環(huán)電路隔離后輸入隔離電源次級電路。當IGBT串聯(lián)電路出現(xiàn)故障時，故障信號經(jīng)故障輸出電路、光纖反饋電路后輸入PLC，PLC即中斷控制信號，使IGBT串聯(lián)電路處于關(guān)斷狀態(tài)，進而保護整個系統(tǒng)。
文檔編號H03K3/02GK202550982SQ20122010107
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者余琳, 江婷婷, 王劍平, 王海軍, 蓋玲, 黃康 申請人:浙江大學(xué)