[发明专利]用于重复频率高压脉冲电源的程控脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲发生器。

背景技术

高压脉冲电源是通过能量的低速储存和高速释放的一种电源装置，通过各种形式开关的开通和关断，输出一定宽度、幅值和频率的高压脉冲。目前高压脉冲电源主要应用在气体放电、介质绝缘老化、脉冲射流机理等基础研究领域，以及材料表面改性、废水/气处理、杀菌消毒等工业应用领域。实验研究中需要改变脉冲的脉宽、频率、幅值等参数来分析各电源参数变化对不同放电形式的影响，工业应用中需要改变脉宽、频率、幅值等参数来应对不同的处理对象。而基于磁脉冲压缩的高压脉冲电源提高工作频率，必须通过多台电源并联延时运行，此多路可延时输出的脉冲发生器可以满足要求；基于半导体开关串联、Marx发生器、电源模块级联的高压脉冲电源提高脉冲电压，必须通过多个开关严格同时触发，此多路输出的脉冲发生器可以提供严格同步的多路信号。

脉冲发生器已发展多年，其中基于分频器和晶体振荡器来控制电路以及利用LC振荡电路产生脉冲的方法发展最早，其缺点是不容易产生比较窄的、形状比较好的的脉冲信号，这些发生器产生的脉冲还会有拖尾或反冲，直接影响着功率开关元件的安全可靠触发；而直接依靠简单的分立元件组合来产生脉冲信号的脉冲发生器，脉冲频率和脉冲幅值等又不易调节，如专利CN200510089523.9的“可编程同步脉冲发生器”，可以在时钟同步器中运行，采用相位检测和验证电路系统来保证脉冲边沿；依靠可编程嵌入式芯片产生较高要求的脉冲信号已成为最优选择-基于FPGA编程器件的发生器。以日本熊本大学Masahiro Akiyama等为代表成功应用在了磁脉冲压缩电源，为IGBT提供高频触发信号(Masahiro Akiyama，et al.，High-performance pulsed-power generator controlled by FPGA，IEEE Transaction onplasma science，2010，38(10)：2588-2592)；基于CPLD编程器件的发生器，以中山大学林文富为代表，利用可编程逻辑器件成功实现了纳秒级脉冲信号发生器(林文富，基于PLD的纳秒级脉冲发生器，现代电子技术，2007(13)：58-59+62)；基于DSP编程器件的发生器，多作为电机运行的控制系统，但其连接液晶显示屏等外围设备时需要驱动电路，如中国专利200620028188.1的“基于DSP的液晶显示屏控制电路”，提供了一种稳定可靠的液晶显示屏控制电路方案，但是附加的驱动电路使整机体积较大。而ARM芯片处理速度快，可重复编写修改程序，不需要专门的驱动电路设计，整机体积小，外围电路简单，可满足丰富的脉冲触发要求。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术所存在的缺点，提出一种新的程控脉冲发生器。本发生器基于ARM微处理器，ARM微处理器选用型号为STM32F103VET6，输出脉冲频率可以以1Hz为步长，在1Hz-30kHz之间进行调节；脉冲宽度能够以0.1μs的步长在1μs-30μs之间调节；脉冲幅值能够以0.1V的步长在1-15V之间进行调节；而且具有多路输出接口，每路之间可以在0-1ms范围内进行延时调节，最多可提供十路同步或延时触发信号，提供给多个开关同步触发或按照一定频率延时触发。本发明精度高，参数调节范围广，触发可靠，体积小，便于整机集成。

本发明主要包括主电源、辅助电源、ARM微处理器、功率放大电路等。主电源5V电压和1-15V变化的电压输出端通过引线连接到ARM微处理器的供电引脚和数据接收引脚处，显示屏和键盘通过插针连接到ARM微处理器的功能引脚处，从ARM微处理器的10路I/O输出引脚的引线连接到10路功率放大电路的输入端，最终用引线将放大功率后的脉冲用引线引出。辅助电源采用NXP公司电源控制芯片SSL1523，主电源采用将APFC控制和反激电路控制集成到一起的TEA1750T控制芯片，它是典型的电流型PWM控制芯片，能够实现1-15V的输出电压调节。本发明采用了ST公司的ARM微处理器，型号为STM32F103VET6，产生10路脉冲信号。10路脉冲信号后各加一级做功率放大电路，用来产生有一定功率的脉冲，驱动负载开关器件。其中，主电源5V输出端口与ARM微处理器的5V供电端连接，主电源的1-15V变压输出端OUT+与功率放大电路的上位电压端连接，ARM微处理器的信号输出口与功率放大电路的脉冲信号输入端口连接。

本发明多功能脉冲发生器的工作原理说明如下：