[发明专利]一种重复频率的脉冲倍压发生装置

说明书

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，涉及一种重复频率的脉冲倍压发生装置。 

背景技术

脉冲功率技术随着氮氧化物处理、臭氧制备、污水处理等工业领域的迫切应用需求而迎来发展高峰期，对脉冲电压幅值、上升时间、重复工作频率，特别是脉冲源的体积和造价都提出了更严格的要求。 

现阶段广泛采用的重复频率脉冲倍压电路为一种免复位的磁压缩电路，其电路构造如图1所示（张冬冬,严萍,王钰,等.单级磁脉冲压缩系统实验研究[J],强激光与粒子束,2008:20(8),1397–1410.）。低压充电电容C₁和晶闸管THY₁(或IGBT)，空心电感L₁(或磁开关)及脉冲变压器PT₁的初级绕组串联并构成闭合回路。高压充电电容C₂和C₃与磁开关MS₁及空心电感L₂(或半导体断路开关，上端阳极，下端阴极)串联并构成闭合回路。脉冲变压器次级绕组与高压充电电容C₃并联，并构成闭合回路。负载与空心电感L₂并联并构成闭合回路。 

为了适应工业应用的要求以获得幅值高达数十千伏的输出电压，现有技术主要依靠脉冲变压器实现电压倍增、依靠磁开关实现脉冲压缩。因此，脉冲变压器需要把几百伏的电压倍增到数十千伏，这将导致脉冲变压器具有相当大的变比。高变比带来的问题有二：首先，高变比要求脉冲变压器初级线圈匝数很少。为了保证脉冲在上升过程中能够得到有效倍压，需要脉冲变压器的磁芯在倍压过程中不饱和，而由于初级线圈匝数较少，则必须依靠增加磁芯截面积来达到磁芯不饱和的要求。因此，整体磁芯体积将会变大，系统造价和体积都会增加。另一方面，高变比要求脉冲变压器次级线圈匝数较多。为了能够在磁环上绕制足够多的线圈，磁环的周长需要较大，从而增加了磁芯体积和造价。 

文献（Richard Anthony Fitch,Mortimer.“Electrical Pulse Generator”,USPatent nr 3,366,799,30.）提出了Fitch电路用作脉冲电压的幅值倍增。其中，N个电容串联，且相间的电容两端并联空心电感，空心电感和电容通过球隙连接。各级电容通过电阻连接，电阻的作用是为电容充电提供回路。当电容通过电阻充电完成后，各级球隙同步导通，相间的电容和空心电感电压进行谐振。当电压极性完全反转时，输出端得到N倍的输入电压。但是，上述的电路具有如下缺点：1、电容通过电阻充电，充电时间很长，无法做到重复运行。2、采用球隙作为开关，其绝缘恢复时间和电极烧蚀也限制了整套系统的重复运行频率。 

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种重复频率的脉冲倍压发生装置，提出新的脉冲倍增电路，能够降低对脉冲变压器的变比和输出电压幅值的要求以及对磁压缩的压缩比的要求，减少脉冲变压器与磁压缩电路的磁芯体积与重量，实现系统小型化、紧凑化。 

本发明是通过以下技术方案来实现： 

一种重复频率的脉冲倍压发生装置，包括脉冲源、磁压缩电路、脉冲变压器和脉冲倍增级联单元；脉冲源通过电感给磁压缩电路充电，输入脉冲经过磁压缩电路前沿压缩后送入脉冲变压器进行初级倍压，然后再送入脉冲倍增级联单元进行二次倍压及前沿压缩； 

磁压缩电路通过电感与脉冲源相连接，包括多级磁压缩单元，每级磁压缩单元包括电容和磁开关，电容的一端和磁开关的一端相连接，电容的另一端和磁开关的另一端与下一级电容并联； 

磁压缩电路通过脉冲变压器与脉冲倍增级联单元相连接；级联单元包括多个级联的脉冲倍增单元，每个脉冲倍增单元包括第一电容和第二电容，耦合磁开关并联在第一电容的两端，第一电容和第二电容之间设 有二极管，二极管的阴极连接第一电容一端，阳极连接第二电容一端，第一电容的另一端和第二电容的另一端相连；脉冲倍增单元的电压输入端为第一电容的两端，输出端为二极管的阳极对二极管的阴极，相邻脉冲倍增单元的级联方式为前级的二极管阳极连接后级的二极管阴极，耦合磁开关耦合于同一磁芯上。 

所述的脉冲倍增单元中第一电容与与耦合磁开关并联，第二电容的一个引脚与第一电容的一个引脚相连，另一个引脚连接二极管的阳极，二极管的阴极连接至第一电容的另一个引脚。 

所述的脉冲倍增级联单元为N个级联的脉冲倍增单元，前级二极管的阳极连接后级二极管的阴极。