[发明专利]一种连续高重频高压脉冲源

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲功率源，尤其是涉及一种连续高重频高压脉冲源。

背景技术

传统上脉冲功率技术服务于国防科研领域，一般是单次运行。随着军事、高能物理领域需求的提高，以及脉冲功率技术在医学、工业、民用等领域的应用，对一定平均功率的新需求使脉冲源必须处于重复频率工作状态。新一代脉冲源的研究已不是一味追求单次脉冲的大功率或快上升沿，更重视一定脉冲功率输出情况下，具有更高重复频率、精确性、可控性、灵活性的脉冲源，同时兼顾脉冲源的可靠性、体积、造价等因素。目前，已经历四次重大突破的脉冲源技术目前正面临第五次技术突破，即高重复频率方面的突破，其指标由原先的KHz级别向数百KHz乃至MHz级别发展。

发达国家常年重视该设备的研制与不断创新。技术指标方面，设备的重复频率大多呈现随电压升高而降低的特点。具体的先进参数为：burst状态，重频为2MHz及更高；连续状态，重频为300～500KHz。综合指标先进的产品价格昂贵，如德国FID公司的产品价格在10～15万欧元以上；一般产品，如重频在100KHz及其以下的脉冲源，价格也在1万美元以上。需特别指出的是，由于此类产品在国防技术以及一些重大战略工程中的重要应用，西方发达国家均对我国禁运。

在国内，高重复频率高压脉冲源研制刚起步，处于原理样机试验阶段。除上海交通大学外，其余单位受器件所制，基本无法同时突破3KV、100KHz连续重频这一综合技术指标瓶颈。这是因为传统全固态半导体脉冲开关器件或是工作电压很高但频率低(如GTO)，或是工作频率很高但电压很低(如MOSFET)，尚没有工作电压以及重复频率都高的器件。1MHz的重频对MOSFET而言，也仅在Burst状态下方可实现，无法提供连续MHz重频。现实情况下，热极限的存在，提供数千伏高压的MOSFET开关模块，其连续重频＜100KHz。为此，采用多MOSFET模块单向并联、分时工作方式，存在突破热极限，实现MHz连续重复频率的全固态脉冲源的可能性。但当多MOSFET器件串并联以满足电压功率需求时，作为三端器件，MOSFET需要复杂的电路提供触发信号，增加设备成本，给使用和维护带来了困难。为加大单脉冲功率而涉及的触发同步问题则是更为复杂的问题。另外，数十纳秒的开通时间仍较长，在ps级短脉冲应用日益普遍的情况下，该指标成为MOSFET在超宽带雷达、通讯及固态激光器领域应用的障碍。这些关键问题的存在又决定我们的工作不能单纯依赖MOSFET。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种脉冲重复频率、电磁隔离好的连续高重频高压脉冲源。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种连续高重频高压脉冲源，包括FPGA控制模块和依次连接的高压储能模块、单向化脉冲模块、脉冲传输模块，所述的FPGA控制模块与单向化脉冲模块连接，所述的单向化脉冲模块包括依次连接的单向化能量分配子模块、MOSFET阵列和单向化钳位及脉冲合成子模块，所述的单向化能量分配子模块与高压储能模块连接，所述的单向化钳位及脉冲合成子模块与脉冲传输模块连接，所述的MOSFET阵列与FPGA控制模块连接；

高压储能模块为单向化脉冲模块提供高压电源，并通过单向化能量分配子模块将能量进行分配，FPGA控制模块控制MOSFET阵列分时有序地发出脉冲，单向化钳位及脉冲合成子模块将脉冲进行钳位及合成处理后，通过脉冲传输模块输出高重频高压脉冲。

所述的MOSFET阵列为由多个MOSFET开关并联而成，各MOSFET开关由FPGA控制模块分时触发。

所述的单向化能量分配子模块、MOSFET阵列和单向化钳位及脉冲合成子模块间的能量传递为单向化传递。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明MOSFET开关发出的脉冲进行分时有序合成，既提高脉冲源重复频率，同时避免单开关高重复频率时的热极限问题；

2)本发明单向化脉冲模块中能量只能单向化传递，具备良好的电磁隔离；

3)本发明脉冲源可产生高重复频率、高精确性的脉冲。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明MOSFET阵列的结构示意图；

图3为本发明MOSFET阵列脉冲合成时序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例