本發(fā)明涉及一種高壓脈沖電源，具體涉及一種電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源。

背景技術(shù)：

常規(guī)的全固態(tài)脈沖功率電源很難直接驅(qū)動(dòng)容性負(fù)載，這是因?yàn)樵诜烹娺^(guò)程中，容性負(fù)載中會(huì)存儲(chǔ)電荷，而這些電荷會(huì)緩慢泄放，使負(fù)載上的電壓并不會(huì)很快降到零電位，從而使脈沖形成拖尾。這些拖尾會(huì)帶來(lái)許多不良的影響：嚴(yán)重地影響了波形，使方波難以獲得；使輸出脈沖的半高寬變寬，增加了窄脈沖輸出的難度；限制了電源的工作頻率；造成額外的功耗等。脈沖功率技術(shù)的很多應(yīng)用中，負(fù)載都表現(xiàn)出一定的容性行為，如介質(zhì)阻擋放電、食物殺菌、等離子體注入、空氣凈化、細(xì)胞處理等應(yīng)用。在某種程度上限制了脈沖功率技術(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案主要是采用集中電感截尾的Marx電路來(lái)提升電源性能以適用各種應(yīng)用。

但是現(xiàn)有的集中電感截尾的Marx電路由于電感在放電過(guò)程處于恒壓充電狀態(tài)，在Marx電路工作的下一個(gè)充電過(guò)程，其儲(chǔ)存的能量將向各級(jí)電容進(jìn)行釋放，類(lèi)似于boost升壓的效果，從而使電容兩端的電壓高于電源電壓，當(dāng)電路進(jìn)入放電狀態(tài)，在負(fù)載兩端得到的電壓將會(huì)高于理想電壓。該工作模式會(huì)對(duì)信號(hào)控制電路造成嚴(yán)重的電磁干擾，而且集中式電感體積龐大，質(zhì)量較重，在精細(xì)化的工程應(yīng)用方面存在較大的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源，用于輸出高壓脈沖電壓驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其特征在于，具有：直流電源V_dc、發(fā)射極連接在該直流電源V_dc的負(fù)極的開(kāi)關(guān)管S_C0以及分別連接直流電源V_dc的正極和開(kāi)關(guān)管S_C0的集電極的n級(jí)方波截尾Marx電路模塊，n為大于2的整數(shù)，其中，直流電源V_dc的正極連接負(fù)載的一端并接地，n級(jí)方波截尾Marx電路模塊包括連接在直流電源V_dc兩端的第1級(jí)Marx電路以及依次連接的n-1個(gè)第i級(jí)電路，i為2～n的整數(shù)，第i級(jí)Marx電路包括開(kāi)關(guān)管S_Ci、開(kāi)關(guān)管S_di、電容C_i以及二極管D_i，電容C_i的一端以及開(kāi)關(guān)管S_Ci的集電極連接第i-1級(jí)Marx電路里的開(kāi)關(guān)管S_Ci-1的發(fā)射極，開(kāi)關(guān)管S_Ci的發(fā)射極分別連接開(kāi)關(guān)管S_di的集電極以及負(fù)載的另一端或者后一級(jí)Marx電路里的開(kāi)關(guān)管S_Ci+1的集電極，開(kāi)關(guān)管S_di的發(fā)射極連接二極管D_i的正極，該二極管D_i的正極還與電容C_i的另一端連接，二極管D_i的負(fù)極連接第i-1級(jí)Marx電路里的開(kāi)關(guān)管S_di-1的發(fā)射極。

本發(fā)明提供的一種新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源，還可以具有這樣的特征：其中，第1級(jí)Marx電路包括開(kāi)關(guān)管S_C1、開(kāi)關(guān)管S_d1以及電容C₁，電容C₁的一端以及開(kāi)關(guān)管S_C1的集電極分別連接直流電源V_dc的正極，開(kāi)關(guān)管S_C1的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S_d1的集電極，開(kāi)關(guān)管S_d1的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S_C0的集電極，該開(kāi)關(guān)管S_C0的集電極還與電容C₁的另一端連接。

本發(fā)明提供的一種新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源，還可以具有這樣的特征：其中，n為2～40的整數(shù)。

發(fā)明作用與效果

根據(jù)本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源，由于采用開(kāi)關(guān)管代替了龐大的集中隔離電感，避免了電磁干擾，也減小了電源體積和重量；由于將該開(kāi)關(guān)管置于下端，這樣可以充分利用第一級(jí)的電容，且減少放電損壞一級(jí)開(kāi)關(guān)管的風(fēng)險(xiǎn)；由于該開(kāi)關(guān)管在放電時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，從而將充電源隔離，防止放電脈沖電流經(jīng)充電源放電，因此保護(hù)了充電源免受放電脈沖電流沖擊。由于把負(fù)載置于頂端，將負(fù)載一端和充電源正端接地，在負(fù)載另一端可以獲得需要的負(fù)高壓脈沖，同時(shí)將充電源和負(fù)載實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。采用優(yōu)化了的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)截尾功能，避免容性負(fù)載造成的拖尾現(xiàn)象，輸出理想的方波脈沖電壓。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路圖；

圖2是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路充電與截尾過(guò)程示意圖；

圖3是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路放電過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

<實(shí)施例>

圖1是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路圖。

如圖1所示，本實(shí)施例提供的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高壓脈沖電源)20包括直流電源V_dc1、開(kāi)關(guān)管S_C02以及n級(jí)方波截尾Marx電路模塊3，n為2～40的整數(shù)。

直流電源V_dc1的正極連接負(fù)載的一端并接地，開(kāi)關(guān)管S_C02的發(fā)射極連接在該直流電源V_dc1的負(fù)極，其中，負(fù)載為阻值較大的高壓電阻。

在本實(shí)施例中，n的取值為10，即10級(jí)方波截尾Marx電路模塊3包括連接在直流電源V_dc1兩端的第1級(jí)Marx電路31以及依次連接的9個(gè)第i級(jí)電路i1，i為2～10的整數(shù)。

第1級(jí)Marx電路31包括開(kāi)關(guān)管S_C1、開(kāi)關(guān)管S_d1以及電容C₁，電容C₁的一端以及開(kāi)關(guān)管S_C1的集電極分別連接直流電源V_dc的正極，開(kāi)關(guān)管S_C1的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S_d1的集電極，開(kāi)關(guān)管S_d1的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S_C0的集電極，該開(kāi)關(guān)管S_C0的集電極還與電容C₁的另一端連接。

第2級(jí)Marx電路32包括開(kāi)關(guān)管S_C2、開(kāi)關(guān)管S_d2、電容C₂以及二極管D₂，電容C₂的一端以及開(kāi)關(guān)管S_C2的集電極連接第1級(jí)Marx電路11里的開(kāi)關(guān)管S_C1的發(fā)射極，開(kāi)關(guān)管S_C2的發(fā)射極連接開(kāi)關(guān)管S_d2的集電極，開(kāi)關(guān)管S_d2的發(fā)射極連接二極管D₂的正極，該二極管D₂的正極還與電容C₂的另一端連接，二極管D₂的負(fù)極連接第1級(jí)Marx電路里的開(kāi)關(guān)管S_d1的發(fā)射極。

以此類(lèi)推，第3級(jí)、第4至第10級(jí)Marx電路310依次連接，第10級(jí)Marx電路310包括開(kāi)關(guān)管S_C10、開(kāi)關(guān)管S_d10、電容C₁₀以及二極管D₁₀，電容C₁₀的一端以及開(kāi)關(guān)管S_C10的集電極連接第9級(jí)Marx電路(圖中未示出)里的開(kāi)關(guān)管S_C9的發(fā)射極，開(kāi)關(guān)管S_C10的發(fā)射極分別連接負(fù)載的另一端，開(kāi)關(guān)管S_d10的發(fā)射極連接二極管D₁₀的正極，該二極管D₁₀的正極還與電容C₁₀的另一端連接，二極管D₁₀的負(fù)極連接第9級(jí)Marx電路里的開(kāi)關(guān)管S_d9的發(fā)射極。

以下結(jié)合附圖說(shuō)明本實(shí)施例的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源20的工作過(guò)程。

圖2是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路充電與截尾過(guò)程示意圖；

如圖3所示，當(dāng)高壓脈沖電源20處于充電狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)管Sc₀～Sc₁₀處于導(dǎo)通狀態(tài)，開(kāi)關(guān)管S_d1～S_d10處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，直流電源V_dc1對(duì)10級(jí)方波截尾Marx電路模塊3里的各級(jí)電容C₁～C₁₀進(jìn)行并聯(lián)充電，以C₁₀為例，其充電回路為直流電源V_dc1、開(kāi)關(guān)管Sc₁～Sc₉、C₁₀、D₁～D₉、Sc₀、直流電源V_dc1，其余各級(jí)電容C₁～C₉充電同理。

當(dāng)充電過(guò)程結(jié)束，即開(kāi)關(guān)管S_d1～S_d10導(dǎo)通前一刻，各級(jí)電容的上端電位為0，下端電位為直流電源V_dc1的幅值-U₀。同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)管Sc₀～Sc₁₀處于導(dǎo)通狀態(tài)，負(fù)載兩端通過(guò)Sc₁～Sc₁₀截尾。

另一條截尾回路如圖2中的箭頭所示，支路包含負(fù)載和開(kāi)關(guān)管Sc₁～Sc₁₀，一方面在直流電源V_dc1對(duì)電容C₁～C₁₀充電的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載短路，保證負(fù)載兩端電壓為零，從而在接下來(lái)放電得到陡峭的上升沿。另一方面，在放電結(jié)束后對(duì)各級(jí)電容C₁～C₁₀充電即可以實(shí)現(xiàn)截尾功能，避免容性負(fù)載造成的拖尾現(xiàn)象，從而獲得陡峭的下降沿，實(shí)現(xiàn)高壓脈沖電源20方波脈沖輸出。

圖3是本發(fā)明的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源電路放電過(guò)程示意圖。

如圖3所示，當(dāng)高壓脈沖電源20處于放電狀態(tài)，即開(kāi)關(guān)管Sc₀～Sc₁₀處于關(guān)斷狀態(tài)，開(kāi)關(guān)管Sd₁～Sd₁₀處于導(dǎo)通狀態(tài)，前一級(jí)電容的上端和后一級(jí)電容的下端等電位，由于電容兩端的電壓不能突變，因此，電容C₁上端電位為0，C₁下端電位為-U₀，電容C₃上端和C₂下端電位為-2U₀，C3下端電位為-3U₀，以此類(lèi)推，C₁₀下端的電位為-10U₀，而此時(shí)各級(jí)電容和前一級(jí)充電開(kāi)關(guān)管的上管腳之間的電壓為U₀，由電路中二極管D₁～D₉以及開(kāi)關(guān)管Sc₁～Sc₉的體二極管承受反向電壓，避免各級(jí)電容C₁～C₁₀和開(kāi)關(guān)管Sc₀～Sc₁₀直接放電，因此，第一級(jí)電容C₁和最后一級(jí)開(kāi)關(guān)管Sd₁₀之間各個(gè)元器件在放電過(guò)程中處于串聯(lián)狀態(tài)，并以10U₀的電壓對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電。而負(fù)載一端和直流電源V_dc1的正極接地，在負(fù)載另一端可以獲得需要的負(fù)高壓脈沖，同時(shí)將直流電源V_dc1和負(fù)載實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。

實(shí)施例作用與效果

根據(jù)本實(shí)施例的新型電路拓?fù)浞讲ǜ邏好}沖電源，由于采用開(kāi)關(guān)管代替了龐大的集中隔離電感，避免了電磁干擾，也減小了電源體積和重量；由于將該開(kāi)關(guān)管置于下端，這樣可以充分利用第一級(jí)的電容，且減少放電損壞一級(jí)開(kāi)關(guān)管的風(fēng)險(xiǎn)；由于該開(kāi)關(guān)管在放電時(shí)處于關(guān)斷狀態(tài)，從而將充電源隔離，防止放電脈沖電流經(jīng)充電源放電，因此保護(hù)了充電源免受放電脈沖電流沖擊。由于把負(fù)載置于頂端，將負(fù)載一端和充電源正端接地，在負(fù)載另一端可以獲得需要的負(fù)高壓脈沖，同時(shí)將充電源和負(fù)載實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)。采用優(yōu)化了的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)截尾功能，避免容性負(fù)載造成的拖尾現(xiàn)象，輸出理想的方波脈沖電壓?？傊?，本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，抗干擾能力強(qiáng)，體積小，重量輕，工作可靠性高，便于推廣使用。