[实用新型]一种双极性高压脉冲电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种高压脉冲电源，特别是涉及一种双极性高压脉冲电源。 

背景技术

由于脉冲电源有断续供电的特性，在很多领域都获得了广泛的应用。比如高能量物理、粒子加速器、金属材料的加工处理、食品的杀菌消毒、环境的除尘除菌等方面，都需要这样一种脉冲能量——可靠、高能量、脉宽和频率可调、双极性、平顶的电压波形。 

随着电力电子技术的发展，一些新型的半导体开关被逐渐应用到脉冲功率技术中，绝缘栅极双晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor‐‐IGBT）就是其中一种。IGBT是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有驱动方式简单，开关速度快，电压、电流容量高等优点。但是在电压等级高的脉冲功率技术应用中，单个IGBT因耐压值、电流容量有限的问题，需将多个IGBT串并联连接，以满足不同高压设备的需要。 

然而，由于单个IGBT器件特性不一致、控制信号传输过程中延时不同等原因会造成IGBT串联组件在开关过程中因开关动作的时间不一致，易出现电压分配不均，易造成器件的损坏。 

串联器件静态不均流、不均压容易解决，影响较小。而动态串并联的运行较难，影响较大，目前国内外提出了IGBT动态串并联的多种方法。针对串联动态均压的方法主要有：（1）门极电压倾斜控制，它虽然能实现动态串联的均衡，但会使系统的工作频率大大降低，且产生大量的开关损耗，在正常工作期间仍会产生额外的功率损耗。(2)数字无差拍控制，它虽然功率损耗较小，但需要响应速度快的传感器、模数转换器等，因而成本高，不适合于实际应用。(3)门极电流脉冲控制，它虽然非常有效，控制路径小，功率损耗小，但在变负载的情况下无法产生精确的门极脉冲数，无法响应连续的过电压。 

磁场可以在空间中以光速传播，而变压器正是一种电磁电转换设备，采用一种称为“同步变压器”的变压器使驱动信号同步的方法电路简单，易于实现，便于直接应用在高压脉冲电源的研制中。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种双极性高压脉冲电源发生电路，该电路以单片机为控制核心，利用同步变压器对IGBT驱动信号进行补偿，能实现对全桥逆变电路中串联的IGBT同时开通和关断控制，最后产生幅值为40kV左右的双极性高压脉冲。 

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案： 

本实用新型包括50kV高压直流电源、储能电容、单片机、2个PWM放大电路、2个8个光耦串联电路、2个8组8个光耦串联电路、2个63个同步变压器电路、4组32个IGBT串联电路、隔离变压器和2个半波整流电路；50kV高压直流电源提供的电压，经储能电容储能后依次与全桥逆变电路、隔离变压器和2个半波整流电路相连，最后分别由2个半波整流电路输出正、负极性的高压脉冲；全桥逆变电路4个桥臂上的功率开关组S1、S2、S3、S4分别由4组32个串联的IGBT组成，每个功率开关组中各自的32个IGBT以串联的方式连接，即前一个IGBT的发射极与后一个IGBT的集电极相连；单片机发出两路PWM信号PWM1、PWM2，PWM1信号依次与第一个PWM放大电路、第一个8个光耦串联电路、第一个8组8个光耦串联电路、第一个63个同步变压器电路相连，第一个63个同步变压器电路输出的64路信号与全桥逆变电路的2个功率开关组S1、S3中各自的32个IGBT相连；PWM2信号依次与第二个PWM放大电路、第二个8个光耦串联电路、第二个8组8个光耦串联电路、第二个63个同步变压器电路相连，第二个63个同步变压器电路输出的64路信号与全桥逆变电路的2个功率开关组S2、S4中各自的32个IGBT相连。