[发明专利]一种双极性全固态LTD方波脉冲发生电路

说明书

本发明公开了一种双极性全固态LTD方波脉冲发生电路，采用LTD电路模块、脉冲变压器和负载电阻R_L，LTD电路模块包括充电回路、双极性推挽放电回路、负载回路和续流回路，充电回路的输出端与双极性推挽放电回路的输入端连接，双极性推挽放电回路的输出端与脉冲变压器原边绕组连接，负载回路、续流回路和负载电阻R_L均连接于脉冲变压器的副边绕组，保证在高幅值宽脉宽的输出模式下，方波后沿不会出现较大的过冲，在负载上输出双极性的高压方波脉冲，不再需要另外的电路为磁芯复位，输出方波的脉冲宽度可在纳秒到微秒范围内连续可调，极大地提高了LTD电路输出参数的调节范围，可以满足肿瘤组织不可逆电穿孔消融技术对方波脉冲电源的参数要求。

技术领域

本发明涉及方波脉冲发生电路，具体涉及一种双极性全固态LTD方波脉冲发生电路。

背景技术

脉冲功率技术(Pulsed Power Technology，PPT)是一种以低功率储能，然后以高功率释放到特定负载中的电物理技术，以脉冲功率技术为基础的多参数可调方波脉冲电源在肿瘤组织不可逆电穿孔消融等领域有着十分广泛的应用。

肿瘤组织不可逆电穿孔消融技术对纳秒方波脉冲电源的输出参数有如下要求：输出电压0-6kV可调，脉冲宽度0.1-10μs可调，脉冲前沿30ns，极性为双极性。要实现对多个输出参数的调节，则需要采用IGBT或MOSFET等全控型半导体器件，而要产生双极性高压方波脉冲，目前可采取Marx和LTD两种方案。例如，2015年，熊兰等人利用IGBT作为主开关器件，基于单极性Marx发生器和全桥固态调制器研制出一款双极性微秒脉冲电源，该电源输出电压幅值最高7kV，前沿150ns，最大脉宽10μs，并且重复频率、脉宽、电压幅值可调。相较于Marx电路，LTD电路的优势在于每一级电路利用相同的低电位，避免了驱动电路需要进行高压隔离的问题，因此可以很容易地实现较高电压的叠加。此外，LTD电路可以更加容易地实现多路并联，可以有效降低回路的电感，缩短脉冲前沿，提高电源的最大输出电流。例如，2010年，江伟华等人设计的基于MOSFET的LTD模块，该LTD系统可在120Ω的负载上可以产生最高29kV的输出电压和240A的输出电流，脉冲前沿30～40ns，脉冲宽度在50～170ns范围内任意可调。

目前国内外关于多参数可调方波脉冲电路的研究中，实现微秒级脉宽调节主要采用Marx电路技术方案，输出的脉冲前沿相对较慢，100ns-1000ns范围内调节则大多采用LTD的技术方案，而因为LTD电路在输出高幅值、宽脉宽脉冲方波电压后，在半导体器件的关断时刻会在方波下降沿会产生较大的反向过冲，影响脉冲方波的波形质量，因此限制了纳秒和微秒级脉冲方波电路的一体化设计，目前无法有效在0.1μs～10μs范围内对脉宽连续调节的双极性方波脉冲电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双极性全固态LTD方波脉冲发生电路，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种双极性全固态LTD方波脉冲发生电路，包括LTD电路模块、脉冲变压器和负载电阻R_L，LTD电路模块包括充电回路、双极性推挽放电回路、负载回路和续流回路，充电回路的输出端与双极性推挽放电回路的输入端连接，双极性推挽放电回路的输出端与脉冲变压器原边绕组连接，负载回路、续流回路和负载电阻R_L均连接于脉冲变压器的副边绕组。

进一步的，具体的，包括M个并联的LTD电路模块，每个LTD电路模块连接一个脉冲变压器，M个脉冲变压器连接于1个负载电阻。

进一步的，LTD电路模块中包括N个并联的双极性推挽放电回路，N个并联的双极性推挽放电回路接同一个充电回路和同一个脉冲变压器。