[实用新型]基于SPWM的高压发生器

说明书

本实用新型提供了一种基于SPWM的高压发生器，包括：单片机电路，用于输出16KHz的SPWM脉冲方波；功率放大电路，用于将所述SPWM脉冲方波进行放大，输出脉冲电压；变压器，接收所述脉冲电压，并进行等比例放大后，输出SPWM脉冲高压；低通滤波电路，用于对所述变压器输出的SPWM脉冲高压进行滤波，输出正弦波高压。本实用新型有效解决了上述现有高压发生器的不足，其调制输出的SPWM脉冲方波的失真度较低，可在50Hz左右的低频工作频率下工作，且能提供5KV左右的电压值，同时还降低了发生器的体积。

技术领域

本实用新型涉及发生器技术领域，特别涉及一种基于SPWM的高压发生器。

背景技术

最开始流行起来的高压发生装置是Marx电路，该电路是德国科学家Marx在1925年实用新型的。Marx电路产生脉冲的原理是：把很多级的电容和电阻串联起来，整体再接入电源，通过电源的重复开和断，使得每一级的电容和电阻两端的电压倍增，经过多级的放大，使得最后的输出电压达到所需要的强度。但是这种高电压的波形是类似于三角波的波形，不是理想型的脉冲波，最重要的是体积很大。

到了1990年，D.A.Phelps改进了传统的逐级串联的方式，将电阻电容连接成了网络状，即脉冲网络。这种新型的连接方式，大大减小了发生器的体积，而且获得电压强度达到了600kv。但是需要注意每级充放电需要保持一致，而且测量出来的波形不是完美的脉冲方波，所以这种方式并没有广泛利用在某些特定领域中，例如食物保鲜领域。

加拿大科学家Keikez在此基础改变了电容电阻的材质，以此想得到更好的波形，但实际上收效甚微。

与此同时，中国工程物理研究院也对Marx电路进行了改进，分别研究了低阻抗、紧凑型和全固态等条件下的输出情况，最终决定正负两端同时采用横流充电的方式，才得到比较理想的脉冲波。

进入21世纪后，半导体技术发展越来越成熟，半导体器件的种类和性能也变得越来越丰富。科研人员发现了一种半导体材料——金属氧化物压敏电阻(MOV)，它可以代替Marx电路中电容电阻组成的网络，利用自身的稳压特性，可以产生高压脉冲。2009年，M.C.Clark就证明这一结论。

此外，2011年，R.J.Adler在原有高压发生装置的基础上加入了脉冲变压器，他的目的是为了获得更好的脉冲波形，然而，得到的下降沿始终不是很好。后来，国内的一些研究人员在电路中加入了磁开关(MS)，有效的解决了下降沿的问题。

随着科研人员的不断努力，Trivedi使用IGBT模块产生高压脉冲，但是频率极高。纵观高压脉冲发生器的发展史，直接采用半导体器件产生高压脉冲，这种方式会出现几个不足之处：

第一，因为各个半导体器件本身的参数做不到完全一致，产生的脉冲方波达不到理想效果，失真度高。

第二，直接采用半导体材料升压的方式，所以就导致半导体器件两端的电压极高，需要的半导体材料性能就需要很好，长时间使用发生器后效果就会越来越差。

第三，产生的脉冲波的工作频率都是高频，低频状态下的发生器很少。

第四，采用多级串联的RC电路升压的方式，使得发生器的体积很大，最小的也有41cm，而且需要采用耐压值高的元器件，发生器工作极易不稳定。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于SPWM(Sinusoidal PWM，正弦脉冲宽度调制)的高压发生器，有效解决了上述现有高压发生器的不足，其调制输出的SPWM脉冲方波的失真度较低，可在50Hz左右的低频工作频率下工作，且能提供5KV左右的电压值，同时还降低了发生器的体积。

本实用新型采用的技术方案为，一种基于SPWM的高压发生器，包括：

单片机电路，用于输出16KHz的SPWM脉冲方波；