專利名稱：一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置的制作方法
—種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
脈沖功率技術(shù)隨著氮氧化物處理、臭氧制備、污水處理等工業(yè)領(lǐng)域的迫切應(yīng)用需求而迎來發(fā)展高峰期，對脈沖電壓幅值、上升時(shí)間、重復(fù)工作頻率，特別是脈沖源的體積和造價(jià)都提出了更嚴(yán)格的要求。
現(xiàn)階段廣泛采用的重復(fù)頻率脈沖倍壓電路為一種免復(fù)位的磁壓縮電路，其電路構(gòu)造如圖I所示(張冬冬，嚴(yán)萍，王鈺，等.單級磁脈沖壓縮系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究[J]，強(qiáng)激光與粒子束，2008:20(8)，1397 - 1410.)。低壓充電電容C1和晶閘管THY1 (或IGBT)，空心電感 L1 (或磁開關(guān))及脈沖變壓器PT1的初級繞組串聯(lián)并構(gòu)成閉合回路。高壓充電電容(2和(3 與磁開關(guān)MS1及空心電感L2 (或半導(dǎo)體斷路開關(guān)，上端陽極，下端陰極)串聯(lián)并構(gòu)成閉合回路。脈沖變壓器次級繞組與高壓充電電容C3并聯(lián)，并構(gòu)成閉合回路。負(fù)載與空心電感L2并聯(lián)并構(gòu)成閉合回路。
為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的要求以獲得幅值高達(dá)數(shù)十千伏的輸出電壓，現(xiàn)有技術(shù)主要依靠脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)電壓倍增、依靠磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮。因此，脈沖變壓器需要把幾百伏的電壓倍增到數(shù)十千伏，這將導(dǎo)致脈沖變壓器具有相當(dāng)大的變比。高變比帶來的問題有二 首先，高變比要求脈沖變壓器初級線圈匝數(shù)很少。為了保證脈沖在上升過程中能夠得到有效倍壓，需要脈沖變壓器的磁芯在倍壓過程中不飽和，而由于初級線圈匝數(shù)較少，則必須依靠增加磁芯截面積來達(dá)到磁芯不飽和的要求。因此，整體磁芯體積將會變大，系統(tǒng)造價(jià)和體積都會增加。另一方面，高變比要求脈沖變壓器次級線圈匝數(shù)較多。為了能夠在磁環(huán)上繞制足夠多的線圈，磁環(huán)的周長需要較大，從而增加了磁芯體積和造價(jià)。
文獻(xiàn)(RichardAnthony Fitch, Mort imer. “Electrical Pulse Generator”，USPatent nr 3，366，799，30.)提出了 Fitch電路用作脈沖電壓的幅值倍增。 其中，N個(gè)電容串聯(lián)，且相間的電容兩端并聯(lián)空心電感，空心電感和電容通過球隙連接。各級電容通過電阻連接，電阻的作用是為電容充電提供回路。當(dāng)電容通過電阻充電完成后，各級球隙同步導(dǎo)通，相間的電容和空心電感電壓進(jìn)行諧振。當(dāng)電壓極性完全反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出端得到N倍的輸入電壓。但是，上述的電路具有如下缺點(diǎn)1、電容通過電阻充電，充電時(shí)間很長， 無法做到重復(fù)運(yùn)行。2、采用球隙作為開關(guān)，其絕緣恢復(fù)時(shí)間和電極燒蝕也限制了整套系統(tǒng)的重復(fù)運(yùn)行頻率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，提出新的脈沖倍增電路，能夠降低對脈沖變壓器的變比和輸出電壓幅值的要求以及對磁壓縮的壓縮比的要求，減少脈沖變壓器與磁壓縮電路的磁芯體積與重量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化、緊湊化。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，包括脈沖源、磁壓縮電路、脈沖變壓器和脈沖倍增級聯(lián)單元；脈沖源通過電感給磁壓縮電路充電，輸入脈沖經(jīng)過磁壓縮電路前沿壓縮后送入脈沖變壓器進(jìn)行初級倍壓，然后再送入脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及前沿壓縮；
磁壓縮電路通過電感與脈沖源相連接，包括多級磁壓縮單元，每級磁壓縮單元包括電容和磁開關(guān)，電容的一端和磁開關(guān)的一端相連接，電容的另一端和磁開關(guān)的另一端與下一級電容并聯(lián)；
磁壓縮電路通過脈沖變壓器與脈沖倍增級聯(lián)單元相連接；級聯(lián)單元包括多個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，每個(gè)脈沖倍增單元包括第一電容和第二電容，耦合磁開關(guān)并聯(lián)在第一電容的兩端，第一電容和第二電容之間設(shè)有二極管，二極管的陰極連接第一電容一端，陽極連接第二電容一端，第一電容的另一端和第二電容的另一端相連；脈沖倍增單元的電壓輸入端為第一電容的兩端，輸出端為二極管的陽極對二極管的陰極，相鄰脈沖倍增單元的級聯(lián)方式為前級的二極管陽極連接后級的二極管陰極，耦合磁開關(guān)耦合于同一磁芯上。
所述的脈沖倍增單元中第一電容與與耦合磁開關(guān)并聯(lián)，第二電容的一個(gè)引腳與第一電容的一個(gè)引腳相連，另一個(gè)引腳連接二極管的陽極，二極管的陰極連接至第一電容的另一個(gè)引腳。
所述的脈沖倍增級聯(lián)單元為N個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，前級二極管的陽極連接后級二極管的陰極。
所述的脈沖倍增級聯(lián)單元的輸入端為第一級脈沖倍增單元的第一電容的兩端，輸出端為第N級脈沖倍增單元的二極管的陽極對第一電容的二極管陰極。
所述的為N個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元中的2N個(gè)電容具有相同的參數(shù)，N個(gè)磁開關(guān)耦合至同一磁芯且具有相同參數(shù)，其同名端排列均為同一方向。
所述的脈沖倍增級聯(lián)單元在充電階段時(shí)，N個(gè)耦合磁開關(guān)處于非飽和狀態(tài)，第一級脈沖倍增單元的兩個(gè)電容被輸入脈沖并聯(lián)充電，二極管過正向電流，第一級脈沖倍增單元的耦合磁開關(guān)兩端的充電電壓感應(yīng)到其后級聯(lián)的N-I級的耦合磁開關(guān)兩端，同時(shí)向后面 N-I級模塊中的所有電容充電，所有電容電壓被同時(shí)充到峰值U ;
所有電容電壓充到峰值U后進(jìn)入放電階段，耦合磁開關(guān)所在的磁芯飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的耦合磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)放電的電容電壓從U變?yōu)?U，在此階段，由于二極管的反向電壓隔離，剩余的一半電容電壓維持不變，從N個(gè)串聯(lián)的二極管兩端輸出了電壓，其幅值是2N個(gè)電容電壓的疊加為2NU。
所述脈沖源通過電感向磁壓縮電路充電后，首先對首個(gè)磁壓縮單元的電容C5充電，其兩端電壓達(dá)到峰值時(shí)，首個(gè)磁壓縮單元的磁開關(guān)MS2飽和導(dǎo)通，電容C5通過MS2的飽和電感開始向下級磁壓縮單元的電容C6諧振充電，C6充電至峰值時(shí)，下級磁壓縮單元的磁開關(guān)MS3飽和導(dǎo)通，電容C6通過磁開關(guān)MS3的飽和電感與脈沖變壓器向脈沖倍增級聯(lián)單元充電。
所述向脈沖倍增級聯(lián)單元充電時(shí)，在脈沖倍增級聯(lián)單元的電容充電至峰值前，耦合磁開關(guān)未導(dǎo)通，脈沖倍增級聯(lián)單元等效為所有電容的并聯(lián)，對所有電容完成同步充電，二極管在充電階段流過正向電流；
所有電容充電至峰值后耦合磁開關(guān)飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的耦合磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)放電的電容電壓翻轉(zhuǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果
本發(fā)明提供的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，能夠?qū)γ}沖變壓器的輸出脈沖通過磁壓縮電路進(jìn)行初步脈沖壓縮，并通過脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及脈沖前沿壓縮， 從而降低對脈沖變壓器的變比和輸出電壓幅值的要求以及對磁壓縮的壓縮比的要求，極大的減少脈沖變壓器與磁壓縮電路的磁芯體積與重量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化、緊湊化。
本發(fā)明提供的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其中的脈沖倍增級聯(lián)單元是基于耦合磁開關(guān)和Fitch電路的重復(fù)頻率緊湊脈沖倍增器(CoupledMagnetic Switches based Fitch Booster,簡稱CMSFB)，由N個(gè)模塊構(gòu)成的CMSFB可以倍增輸入脈沖電壓幅值2N倍， 并且具有壓縮輸入脈沖電壓前沿的效果。因此，將N個(gè)模塊構(gòu)成的CMSFB稱為2N級CMSFB.
2N級CMSFB在充電階段，N個(gè)耦合磁開關(guān)處于非飽和狀態(tài)，可以看做N個(gè)I: I的變壓器，第一級模塊的2個(gè)電容被輸入脈沖并聯(lián)充電(此階段二極管流過正向電流，相當(dāng)于短路)，同時(shí)第一級磁開關(guān)兩端的充電電壓感應(yīng)到后N-I級磁開關(guān)兩端，從而給后N-I級模塊中的所有電容充電。因此，充電階段中，CMSFB中所有電容電壓被同時(shí)充到U;在放電階段CMSFB中所有電容電壓充到U時(shí)，磁開關(guān)所在的磁芯飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)電容電壓從U變?yōu)?U.在此階段，由于二極管的反向電壓隔離效果，剩余的一半電容電壓維持不變。因此，從N個(gè)串聯(lián)的二極管兩端輸出了電壓，其幅值是 2N個(gè)電容電壓的疊加，為2NU，其上升時(shí)間是磁開關(guān)和電容振蕩周期的一般，遠(yuǎn)小于電容的充電時(shí)間。因此，CMSFB也具有脈沖上升時(shí)間壓縮的效果。
CMSFB的充電回路不是由電阻構(gòu)成，而是通過耦合磁開關(guān)未飽和時(shí)等效為1:1的脈沖變壓器進(jìn)行，從而保證充電時(shí)間更短，效率更高。進(jìn)一步，控制電感與電容振蕩開始不是靠氣體開關(guān)，而是可飽和電感(耦合磁開關(guān))。磁開關(guān)沒有電極燒蝕和絕緣恢復(fù)的問題，從而使得本電路可以在高重復(fù)頻率下運(yùn)行。只要輸入電源是重頻，就可以讓CMSFB工作于重頻狀態(tài)。


圖I為現(xiàn)有的免復(fù)位磁壓縮電路拓?fù)鋱D2為4級脈沖倍增器的整體電路拓?fù)鋱D3-1 3-3分別為4級脈沖倍增器的實(shí)驗(yàn)電壓波形圖4為6級脈沖倍增器的整體電路拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，包括脈沖源、磁壓縮電路、脈沖變壓器和脈沖倍增級聯(lián)單元；脈沖源通過電感給磁壓縮電路充電，輸入脈沖經(jīng)過磁壓縮電路前沿壓縮后送入脈沖變壓器進(jìn)行初級倍壓，然后再送入脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及前沿壓縮；
磁壓縮電路通過電感與脈沖源相連接，包括多級磁壓縮單元，每級磁壓縮單元包括電容和磁開關(guān)，電容的一端和磁開關(guān)的一端相連接，電容的另一端和磁開關(guān)的另一端與下一級電容并聯(lián)；
磁壓縮電路通過脈沖變壓器與脈沖倍增級聯(lián)單元相連接；
脈沖倍增級聯(lián)單元包括多個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，每個(gè)脈沖倍增單元包括第一電容和第二電容，耦合磁開關(guān)并聯(lián)在第一電容的兩端，第一電容和第二電容之間設(shè)有二極管， 二極管的陰極連接第一電容一端，陽極連接第二電容一端，第一電容的另一端和第二電容的另一端相連；脈沖倍增單元的電壓輸入端為第一電容的兩端，輸出端為二極管的陽極對二極管的陰極，相鄰脈沖倍增單元的級聯(lián)方式為前級的二極管陽極連接后級的二極管陰極，稱合磁開關(guān)稱合于同一磁芯上。
上述的脈沖倍增級聯(lián)單元，即為基于耦合磁開關(guān)和Fitch電路的脈沖倍增級聯(lián)單兀稱為重復(fù)頻率緊湊脈沖倍增器(Coupled Magnetic Switches basedFitch Booster,簡稱CMSFB)。在CMSFB的輸入端給電后，即可達(dá)到倍壓及前沿壓縮的效果。
參見圖2，包含兩個(gè)單元級聯(lián)的CMSFB的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，可以分為兩個(gè)部分，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述如下
第一部分是一個(gè)兩級經(jīng)典磁壓縮電路。脈沖源S1通過電感L3給磁壓縮電路(由 C5, C6, MS2, MS3構(gòu)成)充電。輸入脈沖經(jīng)過前沿壓縮后送入脈沖變壓器PT2的初級進(jìn)行倍壓。
第二子系統(tǒng)即為兩個(gè)單元級聯(lián)的CMSFB，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)描述如下電容C7與耦合磁開關(guān)MS4并聯(lián)，C8的一個(gè)引腳與C7的一個(gè)引腳相連，另一個(gè)引腳連接二極管D1的陽極， 二極管的陰極連接至電容C7的另一個(gè)引腳。上述電路拓?fù)涫荂MSFB的一個(gè)模塊，可以級聯(lián)多個(gè)模塊達(dá)到電壓倍增的效果。CMSFB的級聯(lián)為前級二極管的陽極連接后級二極管的陰極，耦合磁開關(guān)耦合于一個(gè)磁芯上。
脈沖倍增級聯(lián)單元可以由N個(gè)脈沖倍增單元級聯(lián)構(gòu)成，通過首個(gè)模塊第一電容上端連接至系統(tǒng)輸入電壓的正極，第一電容下端連接至系統(tǒng)輸入電壓的負(fù)極即接地極，其余部分將上一模塊的輸出端與下一模塊的輸入端相連的方法構(gòu)成2N級脈沖倍增器，其中2N 個(gè)電容具有相同的參數(shù)，N個(gè)磁開關(guān)耦合至同一磁芯且具有相同參數(shù)，其同名端排列均為同一方向。
CMSFB利用電容充滿電后極性翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)倍壓，其充電回路不是由電阻構(gòu)成，而是通過耦合磁開關(guān)未飽和時(shí)等效為1:1的脈沖變壓器進(jìn)行，從而保證充電時(shí)間更短，效率更高。 而且控制電感與電容振蕩開始不是靠氣體開關(guān)，而是可飽和電感(磁開關(guān))。磁開關(guān)沒有電極燒蝕和絕緣恢復(fù)的問題，從而使得本電路可以在高重復(fù)頻率下運(yùn)行。
由N個(gè)模塊構(gòu)成的CMSFB可以倍增輸入脈沖電壓幅值2N倍，并且具有壓縮輸入脈沖電壓前沿的效果(輸出端與輸入端相比，輸出電壓上升時(shí)間小于輸出電壓上升時(shí)間)。因此，將N個(gè)模塊構(gòu)成的CMSFB命名為2N級CMSFB. 2N級CMSFB的工作分為兩個(gè)階段，即充電階段和放電階段。
脈沖倍增級聯(lián)單元在充電階段時(shí)，N個(gè)耦合磁開關(guān)處于非飽和狀態(tài)，第一級脈沖倍增單元的兩個(gè)電容被輸入脈沖并聯(lián)充電，二極管過正向電流，第一級脈沖倍增單元的耦合磁開關(guān)兩端的充電電壓感應(yīng)到其后級聯(lián)的N-I級的耦合磁開關(guān)兩端，同時(shí)向后面N-I級模塊中的所有電容充電，所有電容電壓被同時(shí)充到峰值U ；
所有電容電壓充到峰值U后進(jìn)入放電階段，耦合磁開關(guān)所在的磁芯飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的耦合磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)放電的電容電壓從U變?yōu)?U，在此階段，由于二極管的反向電壓隔離，剩余的一半電容電壓維持不變，從N個(gè)串聯(lián)的二極管兩端輸出了電壓，其幅值是2N個(gè)電容電壓的疊加為2NU。其上升時(shí)間是磁開關(guān)和電容振蕩周期的一般，遠(yuǎn)小于電容的充電時(shí)間。因此，CMSFB也具有脈沖上升時(shí)間壓縮的效果。
具體的，重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置在充電時(shí)，脈沖源S通過電感L3向電容C5 充電，C5兩端電壓達(dá)到峰值時(shí)，磁開關(guān)MS2飽和導(dǎo)通，電容C5通過MS2的飽和電感開始向電容C6諧振充電。電容C6充電至峰值時(shí)，磁開關(guān)MS3飽和導(dǎo)通，電容C6通過磁開關(guān)MS3的飽和電感與脈沖變壓器PT2向后級的4級CMSFB充電。
電容C6通過MS3和PT2向CMSFB充電。此過程中，CMFB等效為C7-Cltl的并聯(lián)。在 C7充電至峰值前，耦合磁開關(guān)MS4與1^5并未導(dǎo)通，可視之為變比為1:1的脈沖變壓器，其初級充電電壓耦合到次級，對C9與Cltl完成同步充電。二極管D1與D2在充電階段流過正向電流，相當(dāng)于短路。
C7-Cltl充電至峰值U時(shí)MS4與MS5飽和，等效為一個(gè)電感值極小的線性電感。隨后， C7和C9分別與MS4與MS5諧振放電。在半個(gè)振蕩周期內(nèi)，C7和C9兩端電壓從U0翻轉(zhuǎn)至-U0, C8和Cltl兩端電壓由于二極管D1與D2的隔離保持峰值。此時(shí)輸出脈沖(D2的陽極對D1的陰極)的電壓幅值為-4%，實(shí)現(xiàn)了電壓倍增和脈沖上升沿壓縮的作用。
C7-C10電容值相同，以保證放電階段同步工作。MS4與MS5應(yīng)纏繞于同一個(gè)磁芯并具有相同匝數(shù)，以保證兩個(gè)模塊充電電壓相同，相應(yīng)電容同時(shí)翻轉(zhuǎn)到-Utl，從而輸出電壓上升時(shí)間最短。
圖3-1 圖3-3示出CMSFB各級電容及輸出電壓波形圖。圖3_1與圖3_2分別為電容C7, C8, C9, C10的充電與放電波形，C7-Cltl在8. 5 μ S內(nèi)同步充電至8. 5kV.隨后MS4與MS5 飽和，C7與C9兩端電壓在I. 58 μ s內(nèi)分別翻轉(zhuǎn)至-13kV與-11. 6kV，在此過程中C8和Cltl兩端電壓僅下降到4. 5kV，因此從D2的陽極和D1的陰極產(chǎn)生的輸出電壓達(dá)到了約4倍充電電壓，如圖3-3所示。輸出電壓倍增至33. 6kV，上升沿壓縮至I. 6 μ S，電壓倍增效率η為99%， 脈沖壓縮比為5. 3。
為了體現(xiàn)CMSFB的模塊式設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提出了 6級CMSFB的電路結(jié)構(gòu)拓?fù)洌鐖D 4所示。6級CMSFB與前述4級CMSFB的區(qū)別在于前者增加了一個(gè)級聯(lián)模塊，即圖4中的 C17, C18, D5, MS10.級聯(lián)方法是D5的陰極和D4的陽極相連，MS10和MS8及MS9耦合在一個(gè)磁芯上。根據(jù)前述分析，6級CMSFB的輸出電壓幅值為輸入脈沖電壓幅值的6倍。
權(quán)利要求
1.一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，包括脈沖源、磁壓縮電路、脈沖變壓器和脈沖倍增級聯(lián)單元；脈沖源通過電感給磁壓縮電路充電，輸入脈沖經(jīng)過磁壓縮電路前沿壓縮后送入脈沖變壓器進(jìn)行初級倍壓，然后再送入脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及前沿壓縮；磁壓縮電路通過電感與脈沖源相連接，包括多級磁壓縮單元，每級磁壓縮單元包括電容和磁開關(guān)，電容的一端和磁開關(guān)的一端相連接，電容的另一端和磁開關(guān)的另一端與下一級電容并聯(lián)；磁壓縮電路通過脈沖變壓器與脈沖倍增級聯(lián)單元相連接；脈沖倍增級聯(lián)單元包括多個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，每個(gè)脈沖倍增單元包括第一電容和第二電容，耦合磁開關(guān)并聯(lián)在第一電容的兩端，第一電容和第二電容之間設(shè)有二極管，二極管的陰極連接第一電容一端，陽極連接第二電容一端，第一電容的另一端和第二電容的另一端相連；脈沖倍增單元的電壓輸入端為第一電容的兩端，輸出端為二極管的陽極對二極管的陰極，相鄰脈沖倍增單元的級聯(lián)方式為前級的二極管陽極連接后級的二極管陰極，耦合磁開關(guān)稱合于同一磁芯上。
2.如權(quán)利要求I所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述的脈沖倍增單元中第一電容與與耦合磁開關(guān)并聯(lián)，第二電容的一個(gè)引腳與第一電容的一個(gè)引腳相連， 另一個(gè)引腳連接二極管的陽極，二極管的陰極連接至第一電容的另一個(gè)引腳。
3.如權(quán)利要求I或2所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述的脈沖倍增級聯(lián)單元為N個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，前級二極管的陽極連接后級二極管的陰極。
4.如權(quán)利要求3所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述的脈沖倍增級聯(lián)單元的輸入端為第一級脈沖倍增單元的第一電容的兩端，輸出端為第N級脈沖倍增單元的二極管的陽極對第一電容的二極管陰極。
5.如權(quán)利要求3所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述的為N個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元中的2N個(gè)電容具有相同的參數(shù)，N個(gè)磁開關(guān)耦合至同一磁芯且具有相同參數(shù)，其同名端排列均為同一方向。
6.如權(quán)利要求3所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述的脈沖倍增級聯(lián)單元在充電階段時(shí)，N個(gè)耦合磁開關(guān)處于非飽和狀態(tài)，第一級脈沖倍增單元的兩個(gè)電容被輸入脈沖并聯(lián)充電，二極管過正向電流，第一級脈沖倍增單元的耦合磁開關(guān)兩端的充電電壓感應(yīng)到其后級聯(lián)的N-I級的耦合磁開關(guān)兩端，同時(shí)向后面N-I級模塊中的所有電容充電，所有電容電壓被同時(shí)充到峰值U ；所有電容電壓充到峰值U后進(jìn)入放電階段，耦合磁開關(guān)所在的磁芯飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的耦合磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)放電的電容電壓從U變?yōu)?U，在此階段， 由于二極管的反向電壓隔離，剩余的一半電容電壓維持不變，從N個(gè)串聯(lián)的二極管兩端輸出了電壓，其幅值是2N個(gè)電容電壓的疊加為2NU。
7.如權(quán)利要求I所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，脈沖源通過電感向磁壓縮電路充電后，首先對首個(gè)磁壓縮單元的電容C5充電，其兩端電壓達(dá)到峰值時(shí)，首個(gè)磁壓縮單元的磁開關(guān)MS2飽和導(dǎo)通，電容C5通過MS2的飽和電感開始向下級磁壓縮單元的電容C6諧振充電，C6充電至峰值時(shí)，下級磁壓縮單元的磁開關(guān)MS3飽和導(dǎo)通，電容C6通過磁開關(guān)MS3的飽和電感與脈沖變壓器向脈沖倍增級聯(lián)單元充電。
8.如權(quán)利要求7所述的重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，其特征在于，向脈沖倍增級聯(lián)單元充電時(shí)，在脈沖倍增級聯(lián)單元的電容充電至峰值前，耦合磁開關(guān)未導(dǎo)通，脈沖倍增級聯(lián)單元等效為所有電容的并聯(lián)，對所有電容完成同步充電，二極管在充電階段流過正向電流； 所有電容充電至峰值后耦合磁開關(guān)飽和，相間的電容和與其并聯(lián)的耦合磁開關(guān)振蕩放電，在半個(gè)周期內(nèi)放電的電容電壓翻轉(zhuǎn)。
9.一種基于耦合磁開關(guān)和Fitch電路的重復(fù)頻率緊湊脈沖倍增器，其特征在于，包括 多個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元，每個(gè)脈沖倍增單元包括第一電容和第二電容，耦合磁開關(guān)并聯(lián)在第一電容的兩端，第一電容和第二電容之間設(shè)有二極管，二極管的陰極連接第一電容一端，陽極連接第二電容一端，第一電容的另一端和第二電容的另一端相連； 脈沖倍增單元的電壓輸入端為第一電容的兩端，輸出端為二極管的陽極對二極管的陰極，相鄰脈沖倍增單元的級聯(lián)方式為前級的二極管陽極連接后級的二極管陰極，耦合磁開關(guān)率禹合于同一磁芯上； 當(dāng)N個(gè)級聯(lián)的脈沖倍增單元級聯(lián)時(shí)，其輸入端為第一級脈沖倍增單元的第一電容的兩端，輸出端為第N級脈沖倍增單元的二極管的陽極對第一電容的二極管陰極；輸出端與輸入端相比其電壓倍增到2N倍。
10.如權(quán)利要求9所述的基于耦合磁開關(guān)和Fitch電路的重復(fù)頻率緊湊脈沖倍增器，其特征在于，輸出端與輸入端相比，輸出電壓上升時(shí)間小于輸出電壓上升時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重復(fù)頻率的脈沖倍壓發(fā)生裝置，包括脈沖源、磁壓縮電路、脈沖變壓器和脈沖倍增級聯(lián)單元；脈沖源通過電感給磁壓縮電路充電，輸入脈沖經(jīng)過磁壓縮電路前沿壓縮后送入脈沖變壓器進(jìn)行初級倍壓，然后再送入脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及前沿壓縮。本發(fā)明提供的裝置，能夠?qū)γ}沖變壓器的輸出脈沖通過磁壓縮電路進(jìn)行初步脈沖壓縮，并通過脈沖倍增級聯(lián)單元進(jìn)行二次倍壓及前沿壓縮，從而降低對脈沖變壓器的變比和輸出電壓幅值的要求以及對磁壓縮的壓縮比的要求，極大的減少脈沖變壓器與磁壓縮電路的磁芯體積與重量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)小型化、緊湊化。
文檔編號H02M9/04GK102931867SQ201210382348
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者丁衛(wèi)東, 任航, 吳佳瑋 申請人:西安交通大學(xué)