[发明专利]一种高电压长脉宽准方波脉冲发生器

摘要

本发明涉及一种准方波脉冲发生器，具体涉及一种高电压长脉宽准方波脉冲发生器，属于脉冲功率技术领域。所述脉冲发生器由脉冲形成模块、脉冲升压模块、负载三大部分组成。脉冲形成模块的输入端与初级储能系统的输出端相连接，脉冲形成模块的输出端与脉冲升压模块的输入端相连接，脉冲升压模块的输出端与负载相连接。本发明要解决的技术问题是克服现有脉冲形成模块所需网络节数过多、寿命短、输出波形平顶稳定性较差和脉冲升压模块波形畸变严重、脉冲升压比低等不足，提出了一种高电压长脉宽准方波脉冲发生器，具有成本较低、网络节数少、免维护、电压升压比高且脉冲波形无畸变等优势，实现了平顶稳定性好的高电压长脉宽准方波脉冲输出。

主权项

1.一种高电压长脉宽准方波脉冲发生器，其特征在于：所述脉冲发生器由脉冲形成模块、脉冲升压模块、负载三大部分组成，脉冲形成模块的输入端与初级储能系统的输出端相连接，脉冲形成模块的输出端与脉冲升压模块的输入端相连接，脉冲升压模块的输出端与负载相连接；所述脉冲形成模块由三节反谐振网络构成，具体由高压开关S、一节串联谐振网络和两节并联谐振网络组成：串联谐振网络由主电容C1和主电感L1串联组成，第一节并联谐振网络由第一节调制电容C2和第一节调制电感L2并联组成，第二节并联谐振网络由第二节调制电容C3和第二节调制电感L3并联组成；所述串联谐振网络的主电容C1的一端与高压开关S的一端和初级储能系统的高压输出端连接，主电容C1的另一端与主电感L1的一端连接，高压开关S的另一端接地；主电感L1的另一端与第一节并联谐振网络的一端连接，第一节并联谐振网络的另一端与第二节并联谐振网络的一端连接，第二节并联谐振网络的另一端即为脉冲形成模块的输出端，与脉冲升压模块的输入端相连接；所述主电容C1、调制电容C2和C3的电容值以及主电感L1、调制电感L2和L3的电感值根据所需输出的脉冲宽度和特性阻抗确定，具体参数根据以下公式计算：其中：τ为输出准方波的脉冲宽度，ρ为脉冲形成网络的特性阻抗；所述脉冲升压模块由第1级传输线变压器、第2级传输线变压器、...、第N级传输线变压器组成，N≥1；传输线变压器采用同轴传输线，所述同轴传输线的内芯采用的是同轴电缆，并以同轴电缆的铜芯作为内导体，同轴电缆的绝缘层作为同轴传输线的绝缘介质，同轴电缆外包一层铜皮作为同轴传输线的外导体，此同轴传输线的阻抗可以表示为：式中，D为同轴电缆外包铜皮的内径，d为同轴电缆铜内芯的外径，εr为同轴电缆绝缘层的相对介电常数；同轴传输线的长度l可以表示为：式中，ε0为真空中的介电常数，εr为同轴电缆绝缘层的相对介电常数，μ0为真空中的磁导率，μr为同轴电缆绝缘层的相对磁导率，c为真空中的光速；每级传输线变压器均采用电感绕法，绕在用PP做成的圆筒上，当所需要传输线的长度l较长时，采用多层密绕的方式，将传输线绕在多个PP圆筒上，圆筒上刻上合适的刻槽以方便传输线的绕制和固定，每个圆筒的直径应满足圆筒之间能够以大筒套小筒的方式嵌套以达到紧凑化的目的；同时，每级传输线变压器嵌套的圆筒个数为奇数个，以避免将传输线变压器的输入端和输出端置于圆筒的同一侧；所述脉冲升压模块的连接方式如下：N级传输线变压器采用输入端并联，输出端串联的方式来实现N级倍压输出：即在脉冲升压模块的输入端，每级传输线变压器的同轴电缆的铜内芯相互并联后与脉冲形成模块的输出端连接，同轴电缆的外包铜皮相互并联接地；在脉冲升压模块的输出端，第一级传输线变压器同轴电缆的铜内芯与负载的一端连接，其外包铜皮与第二级传输线变压器的同轴电缆的铜内芯连接，第二级传输线变压器的同轴电缆的外包铜皮与第三极传输线变压器同轴电缆的铜内芯连接，......，第(N‑1)级传输线变压器的同轴电缆的外包铜皮与第N级传输线变压器的同轴电缆的铜内芯连接，第N级传输线变压器的同轴电缆的外包铜皮与负载的另一端连接，同时接地；假设传输线变压器的输入端电压为V0，每级传输线变压器的自身阻抗为Z0，则通过此连接方式后，N级传输线变压器输入端的阻抗减小为Z0/N，输出端的阻抗增大为Z0×N，在阻抗匹配的情况下输出端电压也增至V0×N；所述负载的阻值要与传输线变压器的输出阻抗Z0×N匹配，耐压值要高于传输线变压器的输出电压V0×N。