[发明专利]一种基于断路半导体开关的脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种基于断路半导体开关的脉冲发生器；包括一个LC型泵浦电路和两级DSRD开关堆体，所述LC型泵浦电路中包括有一个直流电源、一个前级开关、两个电容和三个电感，所述直流电源的输入端为电源端V0，所述前级开关为开关K，两个所述电容分别为电容C1和电容C2，三个所述电感分别为电感L1、电感L2和电感L3；两级所述DSRD开关堆体包括有DSRD1半导体开关和DSRD2半导体开关；本发明采用LC振荡电路提供驱动DSRD的泵浦电流；前级开关工作在零电流关断条件下，不存在开关大电流关断导致开关损坏问题，并且降低了对开关同步控制的要求；采用两级DSRD级联方式，降低了第二级DSRD所需泵浦电流的上升时间，从而提高输出脉冲电压的上升速率。

技术领域

本发明属于脉冲发生器技术领域，具体涉及一种基于断路半导体开关的脉冲发生器。

背景技术

高压快前沿脉冲在超宽带雷达、等离子体产生、材料表面改性及生物医学研究等方面具有广泛的应用前景。传统的基于火花隙开关的快脉冲发生器虽然具有功率大的特点，但是由于受到开关电极烧蚀及绝缘气体恢复的影响，此类发生器重频通常在百Hz以内，并且很难实现长时间稳定运行；基于磁开关技术脉冲发生器虽然可实现数十kHz的重频运行，但其输出脉冲前沿通常较长，很难实现纳秒级前沿脉冲输出；随着功率半导体技术的发展，半导体开关在功率容量上有了很大的提升，其中基于等离子体层换流理论的断路半导体开关(DSRD)具有纳秒级的电流切断速度、数千伏的耐压等级及数MHz的运行能力，并且串并联方便，使得基于此类开关的电感储能型脉冲发生器具备高电压、快前沿及高重频的特点，逐步成为研究热点。

目前，基于DSRD的脉冲发生器主要有几种拓扑结构。专利《一种基于DSRD的高压快脉冲电源》(CN 208241573 U)一文中介绍了一种采用多级感应叠加电路驱动DSRD的电路，该结构可靠性高、抗干扰能力强，采用模块化设计理念有利于功率拓展和电路检修调试。该结构需要采用磁芯及脉冲变压器实现DSRD的驱动，体积重量不具有优势，并且在长时间运行情况下变压器和磁芯的温升会导致工作点的变化，从而影响输出买成波形的一致性。

专利《一种新型的DSRD脉冲功率电路》(CN 111416522 B)一文介绍了一种输出脉冲参数调节灵活的DSRD脉冲产生电路，该结构以电感和电容为初始储能元件，通过调节充电电压或电感储能来改变输出脉冲峰值，通过饱和变压器和磁开关的组合，在较低的工作电压下可以实现较高峰值的脉冲输出，从而降低对前级开关性能的要求。该结构采用两组前级可控开关，不利于结构的简化，并且在大电流关断条件下可能会导致开关的损坏，不利于高重频的应用，另外，同第一种结构类似，在长时间运行情况下饱和变压器和磁开关的温升也会影响输出脉冲的稳定性。

专利《一种亚纳秒高压脉冲产生电路》(CN 109004918 A)介绍了一种结构更为简单的DSRD脉冲发生电路，该电路只需一个电压源和一组前级开关，并且不需要变压器和磁芯，使得系统体积更为紧凑。根据该电路的工作原理，DSRD的反向泵浦电流需要前级开关的硬关断来提供，这增加了对前级开关同步控制的要求，另外与第二种结构类似，大电流关断可能会导致开关损坏，不利于高压高重频的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于断路半导体开关的脉冲发生器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于断路半导体开关的脉冲发生器，包括一个LC型泵浦电路和两级DSRD开关堆体，所述LC型泵浦电路中包括有一个直流电源、一个前级开关、两个电容和三个电感，所述直流电源的输入端为电源端V0，所述前级开关为开关K，两个所述电容分别为电容C1和电容C2，三个所述电感分别为电感L1、电感L2和电感L3；

两级所述DSRD开关堆体包括有DSRD1半导体开关和DSRD2半导体开关。

优选的，所述电源端V0的后端电性连接所述电容C1，所述电容C1的后端电性连接所述电容C2，所述电容C2的后端电性连接所述电感L2，所述电感L2的后端电性连接所述电感L3。