[发明专利]一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法

说明书

本发明公开了一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法，通过m个开关组以串联的方式耦合在一起，构成一个完整的开关组模块。m个开关组中，每一个开关组由于其导通和关断的顺序和延时不同，所产生的脉冲电压是不完全相同的；这些脉冲电压叠加后，就可以在输出端产生所需的高压脉冲。开关组模块受控于控制模块，可以直接接收控制模块所传输的控制信号，在控制信号的作用下，开关组模块中每一个开关组的工作状态都可以得到控制。因此，在控制模块和开关组模块的配合下，调整开关组的工作状态，可以调整输出端的高压脉冲波形，从而改善高压脉冲和负载匹配的情况，实现高压脉冲和负载的匹配。

技术领域

本发明涉及负载匹配装置，具体涉及一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法。

背景技术

在高压脉冲电源的实际使用过程中，随着负载的变化，输出的高压脉冲往往伴随着不同程度过冲、下冲、振铃等现象的发生，导致实际高压脉冲波形并不能达到理想的状况。其中，过冲可能导致信号的幅值超过电路和器件正常工作的允许范围；下冲的出现在某些情况下则会使波形幅值低于信号判决的阈值而产生错误；振铃现象在不同的应用场合下则可能干扰到输出信号的正常接收。因此，当过冲、下冲、振铃等现象较显著的时候，会严重影响的所输出脉冲信号的正常使用。当高压脉冲源用于等离子放电时，这些过冲、下冲和振铃等会影响等离子放电的产生，为了提高脉冲电源可靠性和实用性，如何采取有效的措施来抑制和减弱输出脉冲波形中的过冲、下冲、振铃的发生，使高压脉冲电源的负载良好地匹配，对等离子放电及相关研究有着重要意义。

从本质上讲，过冲、下冲以及振铃现象的发生是由于输出端的负载不匹配所导致的。对于集成化的元件和设备而言，必然存在着不可避免的寄生电容和电感，这些不可控的电容和电感正是引起负载失配的主要因素。随着不同的电压幅值、频率等参数的变化，寄生电容和电感对负载的影响程度也是不断变化的。因此，对高压脉冲而言，其脉冲波形必然会不同程度地出现过冲、下冲和振铃等现象，因此，很难在变化的脉冲参数下实现负载的完全匹配。为了尽可能地减弱寄生电容和电感对负载匹配状况的影响，主要有两种思路。一方面在设计和实现脉冲电源的过程中，采用优良的技术和器件尽量减小和抑制这些寄生因素的存在，另一方面则是通过对高压脉冲波形进行补偿调节，使其能够在不同的负载和不同的脉冲参数下实现匹配。相比之下，在脉冲电源的设计过程中优良技术和器件的引入和应用会大幅提高成本，并且目前还没有一种成熟且有效的设计方法来有效抑制和规避这些杂散参数。因此，对高压脉冲波形的补偿调节是一种更可行的使得高压脉冲和负载匹配的思路。

对高压脉冲波形进行补偿来改善负载匹配状况的方法有两种，一种是直接通过负载端增加补偿电容和补偿电感等元件，改善输出的脉冲波形。然而，随着电压幅值、频率等参数的变化，寄生的电容和电感对负载的影响程度也是变化的，因此这种补偿的方法实际上是很难实现的。另一种补偿的方法是间接补偿，即通过对高压脉冲的幅值、频率、上升沿、下降沿等参数进行调整，从而改善输出脉冲的波形的特征，抑制和减弱过冲、下冲、振铃等现象的出现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法，对高压脉冲电源中开关组模块的导通和关断状态的调节，从而调节输出高压脉冲的幅值、频率、上升沿、下降沿等参数，使其能够补偿寄生电感和电容对输出高压脉冲波形的影响，最终实现高压输出脉冲和不同负载的匹配。

为了达到上述目的，一种高压脉冲电源的负载匹配装置，包括控制模块，控制模块连接开关组模块，开关组模块连接外加直流电源模块；

控制模块包括m路控制信号，m≥2，开关组模块包括m个串联的开关组，开关组之间的工作状态为相互独立的，控制模块的m路控制信号连接与其对应的开关组，首端开关组设置有高压脉冲输出GND，末端开关组设置有输出端；

控制模块用于对每一个开关组发出对应的控制信号，调节每一个开关组的导通时刻、关断时刻、导通延时及关断延时。