[发明专利]一种脉冲发生器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域中的电能变换装置，具体为一种脉冲发生器。

背景技术

脉冲发生器是常用的电力电子变换器，广泛应用于污染防治、食品加工、激光电源、核物理等领域。

大功率双极性脉冲源在废气处理、食品杀菌、材料改性、PDP、雷达电源、激光技术及工业加工等很多方面有广泛应用。目前使用的大功率双极性脉冲源的结构复杂，脉冲边沿不够陡峭，效率较低。基于固态器件的脉冲发生器由于效率高、控制灵活、体积较小等优点，越来越受到人们的关注，基于固态器件的大功率双极性脉冲源，它利用了固态器件分布电容小的特性及快恢复二极管的高速特性，分析和仿真表明该脉冲源有如下特点：升压比高，电压应力小，结构较简单，效率高，输出脉冲边沿陡峭，频率较高，正负对称。文献《New solid-state Marx topology for bipolar repetitive high-voltage pulses》中提出了两个多级结构结合起来以实现正或负的输出脉冲，边沿时间很快，但是结构复杂，且其中的固态器件是硬开关的，效率低。文献《Pulsed Power systems for Food and Wastewater processing》对此进行了改进，从而在一个拓扑中可以实现双极性输出，但结构依然复杂，此外，很难实现多个开关的同步，球隙放电脉冲发生器存在抖动和寿命问题。文献《Narrow pulsed voltage generator for liquid food sterilization》中给出几种带SG的双极性脉冲发生器，在这几种脉冲源的前级使用反激变换器，既限制了功率，又增加了复杂性。基于固态器件的脉冲发生器寿命长，工作稳定。通过对输入方波微分或通过短路传输线可以产生双极性脉冲源，但这样必须增加输入方波电路，使电路复杂化。在文献《A low-cost, high-performance pulse generator for ultrasound imaging》、《Pulse generators for pulsed electric field exposure of biological cells and tissues》中，为了产生高压输出脉冲，还要引入高压直流电压，这也增加了电路的复杂性。文献《 Design of Bipolar Pulse Generator for Biomedical Applications》中给出了一种性能良好的大功率双极性脉冲源，但是功率器件工作于硬开关状态。在很多情况下需要陡峭的脉冲沿。例如在烟气脱硫硝中，陡峭的脉冲沿可以抑制二次电子发射，进而减小能耗；在细胞试验中，陡峭的脉冲沿能降低细胞死亡率。利用脉冲源对食品杀菌处理比高温杀菌消耗的能量小得多，效果更好。文献《All-Solid-State Repetitive Pulsed-Power Generator Using IGBT and Magnetic Compression Switches》虽然引入磁脉冲压缩技术，但输出脉冲边沿依然有300ns，不够陡峭，且顶部不平坦。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲发生器，以解决现有技术中脉冲发生器结构复杂，效率较低，且输出脉冲边沿不够陡峭，顶部不平坦的问题。为达到所述目的，本发明采用的技术方案为：

一种脉冲发生器，至少包括两个基本单元，每个基本单元包括至少一个电感、至少一个二极管、至少一个电容器和至少一个可控开关，所述可控开关单元的一端连结输入电源的负极，并且连接二极管的负极；所述电感的一端连接在可控开关单元的另一端上，而且连接电容的一极；所述电感的另一端连结输入电源的正极；所述电容的另一极连接二极管的正极；基本单元中的电容的各自一极分别连接负载的一端，也可以分别连接变压器的一端。

有益效果：

本发明与传统技术相比具有如下优点：

1、本发明能够把输入直流电压变换为输出脉冲电压，通过控制，该输出脉冲电压幅度可以比该输入直流电压高，也可以比该输入直流电压低。输出脉冲电压的前沿和后沿陡峭，有较平的脉冲顶部。通过适当的控制，可以使开关器件M实现零电压切换，提高效率。当使用耦合电感时，可控开关器件可以实现软开关，大大提高效率和使用寿命。可控开关的驱动电源共有一个参考点(地)，这个参考点也是输入电源Vin的地。这样一来，可以仅使用一个驱动电源，节约资源，大大降低体积和成本。

2、本发明中的脉冲发生器输出脉冲重复频率较高，可达几十千赫兹。