[发明专利]一种产生双极性高压脉冲的装置和方法

权利要求书

1.一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，包括串联连接的高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路，所述高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路组成双极性高压脉冲产生电路，其中，高压正脉冲产生电路由一系列高压正脉冲模块组成，高压负脉冲产生电路由一系列高压负脉冲模块组成，所述高压正脉冲模块包括正脉冲控制模块、正脉冲开关模块以及正脉冲储能模块，正脉冲控制模块通过控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定正脉冲储能模块充电或放电；所述高压负脉冲模块包括负脉冲控制模块、负脉冲开关模块以及负脉冲储能模块，负脉冲控制模块通过控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定负脉冲储能模块充电或放电；所述产生双极性高压脉冲的装置还包括用于给正脉冲储能模块和负脉冲储能模块提供高压直流输入的高压直流电源模块，且高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间相互隔离，以及用于给正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压的低压直流电源模块；

双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压正脉冲模块组成，后半部分由高压负脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块任意交错级联组成，即双极性高压脉冲产生电路的每一级为高压正脉冲模块或高压负脉冲模块，但是，至少有一级必须是和其它级是不一样的模块；

所述正脉冲开关模块包括n级开关组，负脉冲开关模块包括k级开关组，且n≥1，k≥1，n+k＝2m，2m级开关组悬浮级联，每级开关组包括高端固体开关K1和低端固体开关K2，高端固体开关K1和低端固体开关K2连接的节点为每级开关组的高压输出Vout，每级开关组的地端GND为低端固体开关K2的另一端，每级开关组的电源端Vp为高端固体开关K1的另一端。

2.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，在高压正脉冲产生电路中，高一级开关组SW_n+1的地端GND和低一级开关组SW_n的电源输出端Vout直接相连，其中n＝1，2，3，…，2m-1；在高压负脉冲产生电路中，高一级开关组SW_k+1的电源端Vp和低一级开关组SW_k的电源输出端Vout直接相连，其中k＝1，2，3，…，2m-1，且k≠n。

3.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，高端固体开关K1为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接；低端固体开关K2为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接。

4.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，每级开关组的高端固体开关K1和低端固体开关K2能够同时关闭，但不能同时导通。

5.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间通过变压器进行隔离或通过单向导通器件进行隔离；当采用单向导通器件进行隔离时，在高压正脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出高端和正脉冲储能模块的输入高端之间；在高压负脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出低端和负脉冲储能模块的输入低端之间。

6.一种采用权利要求1所述的装置产生双极性高压脉冲的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开启低压直流电源模块，为正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压；

步骤二：正脉冲控制模块控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，负脉冲控制模块控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断；

步骤三：根据步骤二中正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电或放电；同时根据步骤二中负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电或放电；

步骤四：每一级开关组的高压输出叠加，在双极性高压脉冲产生电路的最后一级，输出双极性高压脉冲。

7.根据权利要求6所述的一种产生双极性高压脉冲的方法，其特征在于，步骤三具体为：在高压正脉冲产生电路中，当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行放电；

在高压负脉冲产生电路中，当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行放电。