[发明专利]基于FRSPT和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器

说明书

本发明涉及一种微秒脉冲发生器，具体涉及一种基于分数比可饱和脉冲变压器和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器，属于脉冲功率领域。所述脉冲发生器由充电模块、脉冲升压模块、脉冲形成模块和负载组成。所述充电模块主要用于对脉冲发生器充电，其通过脉冲升压模块对脉冲形成模块充电；所述脉冲升压模块为分数比可饱和脉冲变压器，其一方面作为脉冲升压模块的变压器，另一方面作为脉冲形成模块的开关；所述脉冲形成模块用于形成波形前后沿时间合理、平顶度好的准方波脉冲。该脉冲发生器寿命长、运行稳定，实现了脉冲发生器的全固态紧凑集成，且输出方波质量好，可用于大功率微波源、食品、杀菌消毒、废水处理等领域。

技术领域

本发明涉及一种微秒脉冲发生器，具体涉及一种基于分数比可饱和脉冲变压器(fractional-turn ratio saturable pulse transformer,FRSPT)和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器，属于脉冲功率领域，主要用于大功率微波调制器，也可以应用于大功率微波源、食品、杀菌消毒、废水处理等领域。

背景技术

脉冲功率技术是一种把“慢”存储起来的具有较高密度的电场或磁场能量进行快速压缩、转换或直接释放给负载的电物理技术，随着现代工业、农业、医学、环保、生物电子学和国防等领域的迅速发展，研究具有高功率、长脉宽、固态化、长使用寿命等特点的脉冲发生器成为脉冲功率领域发展的趋势。

一般来说，脉冲功率装置根据储能方式不同可分为电容储能型和电感储能型。电感储能型的装置以磁场的方式储能，其优势在于储能密度高，容易实现系统的小型化，但是这一类型的系统往往需要有能够提供大电流的电源，且能够稳定工作的大容量断路开关，同时电感储能型的装置单级能量转化效率很低，且很难实现重复频率运行；相比之下，电容储能型的装置具有转换效率高，脉冲宽度可调，重频运行能力强等优点，当前仍然是使用最多的储能方式。

从功能上区分，电容储能型脉冲发生器主要分为四大块：初级储能装置、升压装置、脉冲形成装置和负载。按照不同的升压装置，电容储能型脉冲发生器主要可分为三种类型：Marx发生器型、传输线倍压器型和脉冲变压器型。传统的电容储能型脉冲发生器主要采用Marx发生器给脉冲形成线(PFL)充电的形式，多级串联的Marx发生器电容器组将初级储能和电压倍增的功能合二为一，通过并联充电和串联放电，可以在PFL和负载上输出几百kV，甚至MV级的长脉冲。Marx发生器型的优势在于高电压和高功率输出；但由于装置体积普遍都很庞大，受自身固有电感的限制，输出脉冲前沿一般较长，且重频运行能力非常有限，Marx发生器型脉冲发生器应用范围受到了较大的限制。

传输线变压器型脉冲发生器是一种将电压倍压功能和脉冲形成功能合二为一的脉冲发生器形式，它通过对多个传输线进行并联充电和串联放电，在负载上获得高于传输线充电电压的电脉冲。传输线变压器型脉冲发生器克服了Marx发生器型脉冲发生器体积庞大的缺陷，由于同轴电缆线和平板传输线的使用，系统装置体积减小，但受绝缘问题的影响，其升压能力有限，多级叠加后输出脉冲前沿变缓，波形变差。

目前，应用最广泛的是脉冲变压器型脉冲发生器，其基本原理是：初级储能电容给变压器初级绕组放电，从而在初级回路产生谐振，通过初、次级绕组之间的紧密耦合，在次级绕组中输出脉冲信号给脉冲形成线充电。当形成线充电到一定的电压值时，主开关导通，形成线给负载放电，在负载上获得几百千伏以上的高电压脉冲。这种脉冲发生器结构紧凑，可以实现100Hz以上的高重频运行。