[发明专利]一种纳秒级高压脉冲发生器及高压探头上升时间的溯源方法

权利要求书

1.一种纳秒级高压脉冲发生器，其特征在于：包括系统电源、辅助电源、单片机、显示控制模块、直流高压驱动电路、直流高压开关电路、放电保护电路和反馈保护电路；所述的系统电源连通辅助电源、单片机和直流高压驱动电路并供电，所述的单片机分别连通显示控制模块、直流高压驱动电路、直流高压开关电路和反馈保护电路；辅助电源的输出端连接直流高压开关电路的供电端，直流高压开关电路的开启受控端连接直流高压驱动电路的输出端，直流高压开关电路通过反馈保护电路连接单片机，直流高压开关电路还连接放电保护电路。

2.根据权利要求1所述的纳秒级高压脉冲发生器，其特征在于：所述的直流高压驱动电路包括TTL信号驱动模块，TTL信号驱动模块的受控端连接单片机，TTL信号驱动模块的输出端连接直流高压开关电路的开启受控端。

3.根据权利要求2所述的纳秒级高压脉冲发生器，其特征在于：所述的直流高压开关电路包括依次电连接的PWM调制驱动模块、PWM高压前级驱动模块、整流检测模块、整流倍压模块、高压开关模块和直流高压脉冲输出模块，所述的PWM高压前级驱动模块、整流检测模块、整流倍压模块、高压开关模块分别与反馈保护电路连接，整流检测模块通过查分检测模块连接单片机，整流倍压模块连接放电保护电路，高压开关模块的受控端连接TTL信号驱动模块的输出端。

4.根据权利要求3所述的纳秒级高压脉冲发生器，其特征在于：所述的高压开关模块由高压脉冲模块和外围电路组成，所述的外围电路包括耦合电阻，缓冲电容、限流电阻、RC吸收电路和反馈电阻，TTL信号驱动模块的输出端通过耦合电阻连接到高压脉冲模块的信号接收端口，TTL信号驱动模块的输出信号做为高压脉冲模块的触发信号；辅助电源通过缓冲电容连接到高压脉冲模块的供电端口；高压脉冲模块的报警反馈端口连接单片机的报警端，高压脉冲模块的高压输入端通过限流电阻连接高压源，高压脉冲模块还连接RC吸收电路，高压脉冲模块通过反馈电阻输出脉冲直流信号。

5.根据权利要求4所述的纳秒级高压脉冲发生器，其特征在于：所述的高压脉冲模块包括光电隔离、运算放大器、Mosfet驱动管、和多组并联的同步可调脉冲输出电路，每组同步可调脉冲输出电路包括由一个脉冲变压器、谐振模块、保护模块、一个Mosfet功率管和一个可调电阻依次串联组成的回路，所述的光电隔离的信号接收端连接TTL信号驱动模块的输出端，光电隔离的输出端连接到运算放大器的反向输入端，运算放大器的同相输入端和输出端均连接到Mosfet驱动管的栅极，Mosfet驱动管的漏极连接到第一组同步可调脉冲输出电路的脉冲变压器的原边， Mosfet驱动管的漏极还连接辅助电源的供电端，每组同步可调脉冲输出电路的脉冲变压器的副边分别通过谐振模块和保护模块连接到Mosfet功率管的栅极，第一组同步可调脉冲输出电路的Mosfet功率管的漏极连接直流高压电源端，第一组同步可调脉冲输出电路的Mosfet功率管的源极连接下一组Mosfet功率管的漏极，多个Mosfet功率管依次相连，最后一组的同步可调脉冲输出电路的Mosfet功率管的源极作为输出端，输出可调脉冲信号。

6.一种基于纳秒级高压脉冲发生器的高压探头上升时间的溯源方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：高压脉冲发生器的输出端连接高压探头的供电端，再用衰减后的高压探头连接带宽大于高压探头两倍的示波器，组成测量系统，并采集得到完整的波形；

B：用示波器的测量功能测得高压探头的上升时间t，若上升时间t=t_r×（1±10% ）ns，其中，t_r为高压脉冲发生器的上升时间，利用公式计算；

公式中，为谐振模块阻抗值及Mosfet功率管自身电阻R_g之和；

C_gd为功率管自身特性电容，

V_DS为工作电源电压；

V_GS为驱动电压；

V_gp为功率管饱和电压；

则认为，示波器和高压探头组成的测量系统可准确采集上升时间t≥t_r（ns）的脉冲信号，从而证明高压探头的带宽B≥350/t_r，从而实现高压探头带宽的溯源。