[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

摘要

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。

主权项

一种基于FRSPT和反谐振网络的全固态高电压微秒脉冲发生器，其特征在于：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；所述充电模块由稳压电源DC、限流电阻RC，一号高压硅堆D1、二号高压硅堆D2，回收电感LR，隔离电感L01、L02、…、L0N、原边电容C01、C02、…、C0N和开关S01、S02、…、S0N组成；所述稳压电源DC为高压直流电源，根据原边电容C01、C02、…、C0N的充电电压确定稳压电源DC的工作电压、工作电流；一号高压硅堆D1用于保证原边电容C01、C02、…、C0N不会反向放电；隔离电感L01、L02、…、L0N用来起保护作用，在一路原边电容C0n发生故障时，可以保护其它路原边电容的安全，n＝1,2,…,N；隔离电感L01、L02、…、L0N与原边电容C01、C02、…、C0N，回收电感LR，二号高压硅堆D2构成能量回收回路，当原边电容给分数比可饱和脉冲变压器完成一次充电后，原边电容电压反向，原边电容与回收电感LR构成了振荡回路，将绝大部分能量以磁场的方式暂时储存在回收电感LR中；原边电容C01、C02、…、C0N用作分数比可饱和脉冲变压器的原边储能电容；开关S01、S02、…、S0N用于控制原边电容对分数比可饱和脉冲变压器放电的时间；所述脉冲升压模块为分数比可饱和脉冲变压器，所述分数比可饱和脉冲变压器由N个相同的子磁芯构成变压器磁芯，N≥2，分别在每个子磁芯上用高压线绕制N1匝，构成分数比可饱和脉冲变压器的原边，在所有子磁芯上用高压线绕制N2匝，构成分数比可饱和脉冲变压器的副边，这样分数比可饱和脉冲变压器的变比理论上为次级匝数N2与初级匝数比值N1的N倍；FRSPT初级绕组与原边电容C01、C02、…、C0N连接，为其提供初级能源，通过所述FRSPT为次级电容C1谐振充电，若FRSPT初次级电感分别为Lp，Ls，其互感为k为所述FRSPT耦合系数，磁芯选定、初次级匝数确定后，上述Lp，Ls，K可以分别确定，原边电容C01、C02、…、C0N，次级电容C1通过需要输出的电压值确定；所述脉冲形成模块由一节充电网络、(M‑1)节整形网络和一个主电感L1组成的M节反谐振网络构成；其中，充电网络为分数比可饱和脉冲变压器的次级电容C1，整形网络由并联的整形电容C2与整形电感L2、并联的整形电容C3与整形电感L3、…、并联的整形电容CM与整形电感LM再串联组成；所述充电网络的次级电容C1一端与分数比可饱和脉冲变压器的输出端相连接，另一端与第一节整形网络的一端连接，第一节整形网络的另一端连接下一节整形网络的一端，(M‑1)节整形网络串联连接；最后一节整形网络的一端与前级整形网络相连接，另一端与负载模块的升压变压器PT的原边连接；主电感L1与次级电容C1以及(M‑1)节整形网络串联，主电感L1用于脉冲调制；所述负载模块由升压变压器PT和负载组成，所述升压变压器PT为方波变压器，用于将脉冲形成模块输出的微秒级方波脉冲进一步升压；当升压变压器的升压比为1:s时，升压变压器PT输出阻抗与脉冲形成模块的阻抗之比为s2:1，所述负载为电阻性负载，根据脉冲形成模块的阻抗以及升压变压器PT的变比可以确定负载的阻值。