本申請(qǐng)要求2014年7月11日提交的名稱(chēng)為“HIGH VOLTAGE NANOSECOND PULSER WITH VARIABLE PULSE WIDTH AND PULSE REPETITION FREQUENCY CONTROL FOR NONEQUILIBRIUM PLASMA APPLICATIONS”(用于非平衡等離子體應(yīng)用的具有可變脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率控制的高壓納秒脈沖發(fā)生器)的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)No.62/023,708的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)的全文以引用方式并入本文。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開(kāi)了多種納秒脈沖發(fā)生器。在一些實(shí)施例中，一種納秒脈沖發(fā)生器可包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路，所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)、變壓器和輸出。在一些實(shí)施例中，變壓器可包括第一變壓器鐵芯、至少部分地圍繞第一變壓器鐵芯的一部分纏繞的第一初級(jí)繞組、以及至少部分地圍繞第一變壓器鐵芯的一部分纏繞的次級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)與第一初級(jí)繞組的至少一部分耦接。在一些實(shí)施例中，輸出，輸出可與次級(jí)繞組電耦接，并且用于輸出具有比約1千伏大的峰值電壓和比150納秒或50納秒小的上升時(shí)間的電脈沖。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括設(shè)置在次級(jí)繞組與輸出之間的脈沖壓縮電路。脈沖壓縮電路可至少包括與次級(jí)繞組輸出串聯(lián)布置的飽和電感器、以及次級(jí)繞組輸出并聯(lián)布置次級(jí)電容器。飽和電感器例如可與輸出串聯(lián)布置，并且次級(jí)電容器與輸出并聯(lián)布置。

在一些實(shí)施例中，第一初級(jí)繞組可包括至少部分地圍繞第一變壓器鐵芯的一部分纏繞的多個(gè)初級(jí)繞組，并且其中多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)與初級(jí)繞組的子集耦接。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括第二一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路、第二變壓器鐵芯和至少部分地圍繞第二變壓器鐵芯的一部分纏繞的第二初級(jí)繞組。第二一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的一個(gè)或多個(gè)例如可與第二初級(jí)繞組耦接。第二初級(jí)繞組例如可至少部分地圍繞第二變壓器鐵芯的一部分纏繞。在一些實(shí)施例中，可使用多于兩個(gè)鐵芯，其中次級(jí)繞組圍繞每個(gè)鐵芯卷繞，并且一組初級(jí)繞組與圍繞一個(gè)鐵芯耦接的開(kāi)關(guān)電路耦接。

在一些實(shí)施例中，第一變壓器鐵芯可包括在第一變壓器鐵芯中具有孔的環(huán)形。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可穿過(guò)第一變壓器鐵芯中的孔，并且第一初級(jí)繞組可穿過(guò)第一變壓器鐵芯中的孔。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括具有頂表面和多個(gè)孔的電路板。在一些實(shí)施例中，第一初級(jí)繞組可在兩個(gè)位置處終止于第一電路板的頂表面上。在一些實(shí)施例中，第二初級(jí)繞組可針對(duì)每個(gè)繞組穿過(guò)多個(gè)孔中的至少兩個(gè)。

本發(fā)明公開(kāi)了一種納秒脈沖發(fā)生器，該納秒脈沖發(fā)生器包括第一開(kāi)關(guān)電路；第一變壓器鐵芯；第一初級(jí)繞組，所述第一初級(jí)繞組與所述第一開(kāi)關(guān)電路電耦接并且至少部分地圍繞所述第一變壓器鐵芯卷繞；第二開(kāi)關(guān)電路；第二變壓器鐵芯，其鄰近第一變壓器鐵芯設(shè)置；第二初級(jí)繞組，所述第二初級(jí)繞組與所述第二開(kāi)關(guān)電路電耦接并且至少部分地圍繞所述第二變壓器鐵芯卷繞；次級(jí)繞組，所述次級(jí)繞組圍繞所述第一變壓器鐵芯和所述第二變壓器鐵芯卷繞；以及與次級(jí)繞組耦接的輸出。

在一些實(shí)施例中，輸出可提供具有大于約1千伏的峰值電壓和小于150納秒或50納秒的上升時(shí)間的電脈沖。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括設(shè)置在第一變壓器鐵芯與第二變壓器鐵芯之間的電路板。

在一些實(shí)施例中，第一變壓器鐵芯包括具有孔的環(huán)形，并且第二變壓器鐵芯包括具有孔的環(huán)形。在一些實(shí)施例中，電路板可包括與第一變壓器的孔和第二變壓器的孔對(duì)齊的孔。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可穿過(guò)第一變壓器鐵芯中的孔、第二變壓器鐵芯中的孔和電路板中的孔。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可針對(duì)次級(jí)繞組中的每個(gè)繞組穿過(guò)第一變壓器鐵芯中的孔、第二變壓器鐵芯中的孔和電路板中的不同孔。

在一些實(shí)施例中，第一變壓器鐵芯可包括具有孔和周緣的環(huán)形，并且第一變壓器鐵芯設(shè)置在電路板的頂表面上。在一些實(shí)施例中，第一初級(jí)繞組包括第一多個(gè)繞組，該第一多個(gè)繞組在第一變壓器鐵芯的周緣附近以及在第一變壓器鐵芯的孔附近與電路板電耦接。

在一些實(shí)施例中，第二變壓器鐵芯包括具有孔和周緣的環(huán)形，并且第二變壓器鐵芯設(shè)置在電路板的底表面上。在一些實(shí)施例中，第二初級(jí)繞組包括第二多個(gè)繞組，該第二多個(gè)繞組在第二變壓器鐵芯的周緣附近以及在第二變壓器鐵芯的孔附近與電路板電耦接。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括第一電路板和第二電路板。第一變壓器鐵芯可包括具有孔的環(huán)形并且可設(shè)置在第一電路板上。第二變壓器鐵芯可包括具有孔的環(huán)形并且可設(shè)置在第二電路板上。第一電路板例如可包括與第一變壓器的孔和第二變壓器的孔對(duì)齊的孔。第二電路板可包括例如與第一變壓器的孔和第二變壓器的孔對(duì)齊的孔。次級(jí)繞組可例如穿過(guò)第一變壓器鐵芯中的孔、第二變壓器鐵芯中的孔、第一電路板中的孔和第二電路板中的孔。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可包括設(shè)置在次級(jí)繞組與輸出之間的脈沖壓縮電路。

在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可包括圍繞第一變壓器鐵芯和第二變壓器鐵芯卷繞多次的單個(gè)導(dǎo)體。

本發(fā)明公開(kāi)了一種納秒脈沖發(fā)生器，該納秒脈沖發(fā)生器包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路，所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路包括一個(gè)或多個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)；與開(kāi)關(guān)電路串聯(lián)設(shè)置的高速電容器；變壓器，其包括第一變壓器鐵芯、至少部分地圍繞第一變壓器鐵芯的一部分纏繞的第一初級(jí)繞組，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)與第一初級(jí)繞組的至少一部分耦接；以及次級(jí)繞組，其至少部分地圍繞第一變壓器鐵芯的一部分纏繞；以及輸出，其與次級(jí)繞組電耦接，并且用于輸出具有比約1千伏大的峰值電壓和比約150納秒或50納秒的小上升時(shí)間的電脈沖。

在一些實(shí)施例中，與一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路和高速電容器之間的連接相關(guān)聯(lián)的任何雜散電感小于50nH。在一些實(shí)施例中，與高速電容器和變壓器之間的連接相關(guān)聯(lián)的任何雜散電感小于50nH。在一些實(shí)施例中，與變壓器和一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路之間的連接相關(guān)聯(lián)的任何雜散電感小于50nH。

提及這些示例性實(shí)施例不是為了限制或限定本公開(kāi)，而是提供示例以幫助理解本公開(kāi)。在具體實(shí)施方式中討論了另外的實(shí)施例，并且提供了進(jìn)一步的描述。通過(guò)檢查本說(shuō)明書(shū)或通過(guò)實(shí)踐所提出的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，可以進(jìn)一步理解由一個(gè)或多個(gè)各種實(shí)施例所提供的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

當(dāng)參考附圖閱讀以下具體實(shí)施方式時(shí)能更好地理解本公開(kāi)的這些和其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。

圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的納秒脈沖發(fā)生器的示例性電路圖。

圖2為根據(jù)一些實(shí)施例的在負(fù)載處的存在和不存在脈沖壓縮電路下的脈沖的曲線(xiàn)圖。

圖3為示出根據(jù)一些實(shí)施例的具有不同脈沖寬度的跨負(fù)載的三個(gè)脈沖的曲線(xiàn)圖。

圖4示出堆疊變壓器布置的視圖，其中兩個(gè)變壓器堆疊在電路板的頂部和底部上。

圖5示出堆疊變壓器布置的視圖。

圖6為根據(jù)一些實(shí)施例的多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器的示意圖。

圖7為根據(jù)一些實(shí)施例的順序多變壓器鐵芯開(kāi)關(guān)布置的輸出信號(hào)的圖。

圖8為根據(jù)一些實(shí)施例的順序多變壓器鐵芯開(kāi)關(guān)布置的輸出信號(hào)的圖。

圖9示出變壓器的側(cè)剖視圖，其中單個(gè)初級(jí)繞組和單個(gè)次級(jí)繞組圍繞變壓器鐵芯卷繞。

圖10示出根據(jù)一些實(shí)施例的納秒脈沖發(fā)生器的示例性電路圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明公開(kāi)了多個(gè)高壓納秒脈沖發(fā)生器。在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生具有大于1千伏的電壓和/或小于150納秒或50納秒的上升時(shí)間的脈沖。在一些實(shí)施例中，高壓納秒脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生具有可編程、可控制和/或可變的脈沖寬度的脈沖。

在一些實(shí)施例中，高壓納秒脈沖發(fā)生器可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電路，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)電路可包括與變壓器耦接的一個(gè)或多個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)。變壓器例如可包括一個(gè)或多個(gè)變壓器鐵芯和多個(gè)初級(jí)繞組以及一個(gè)或多個(gè)次級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，初級(jí)繞組可圍繞單個(gè)變壓器鐵芯卷繞，并且次級(jí)繞組可圍繞一個(gè)以上的變壓器鐵芯卷繞。

在一些實(shí)施例中，高壓變壓器可包括設(shè)置在變壓器與輸出之間的脈沖壓縮電路，該脈沖壓縮電路可減少高壓脈沖的上升時(shí)間。

圖1示出根據(jù)一些實(shí)施例的納秒脈沖發(fā)生器90的示例性電路圖。納秒脈沖發(fā)生器100可包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105，所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路可包括開(kāi)關(guān)106、緩沖電阻器137、緩沖電容器135、緩沖二極管125或它們的某種組合。在一些實(shí)施例中，緩沖電容器135和緩沖二極管125可彼此串聯(lián)布置，并且與開(kāi)關(guān)106一起并聯(lián)。緩沖電阻器137例如可與緩沖二極管125并聯(lián)布置。

開(kāi)關(guān)106可包括可切換高壓的任何固態(tài)開(kāi)關(guān)裝置，例如固態(tài)開(kāi)關(guān)、IGBT、FET、MOSFET、SiC結(jié)型晶體管或類(lèi)似裝置。開(kāi)關(guān)106可包括集電極107和發(fā)射極108。開(kāi)關(guān)電路105可包括與開(kāi)關(guān)106一起的各種其他部件。多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105可能以并聯(lián)、串聯(lián)或它們的某種組合與變壓器電路115耦接。

開(kāi)關(guān)電路105可與高速電容器110耦接或可包括該高速電容器，該高速電容器可用于儲(chǔ)能。在一些實(shí)施例中，一個(gè)以上的開(kāi)關(guān)電路105可與高速電容器110耦接。在一些實(shí)施例中，高速電容器可以是儲(chǔ)能電容器。高速電容器110的電容值可為約1μF、約5μF、介于約1μF與約5μF之間、介于約100nF與約1,000nF之間等。

在開(kāi)關(guān)106的切換期間，可將高速電容器110中的能量釋放到變壓器116的初級(jí)繞組。此外，在一些實(shí)施例中，高速電容器110內(nèi)的能量可能未在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期期間基本上耗盡，這可允許較高的脈沖重復(fù)頻率。例如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的5％至50％可耗盡。又如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的10％至40％可耗盡。另如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的15％至25％可耗盡。

開(kāi)關(guān)電路105和高速電容器110可與變壓器電路115耦接。變壓器電路115例如可包括變壓器116、電容器、電感器、電阻器、其他裝置或它們的某種組合。變壓器116可包括具有中心孔的變壓器鐵芯，其中多個(gè)初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組圍繞變壓器鐵芯纏繞。在一些實(shí)施例中，可能存在比次級(jí)繞組更多的初級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，變壓器鐵芯可以是環(huán)形的；其周緣可以是方形、多邊形、橢圓形、矩形等。

變壓器電路115可包括雜散電容和/或雜散電感。雜散電容器185表示變壓器初級(jí)到次級(jí)雜散電容。雜散電容器190表示變壓器次級(jí)雜散電容。電感器155表示變壓器的初級(jí)雜散電感，并且電感器160表示變壓器的次級(jí)雜散電感。

在一些實(shí)施例中，變壓器116可包括環(huán)形變壓器鐵芯，該環(huán)形變壓器鐵芯包括：空氣、鐵、鐵氧體、軟鐵氧體、MnZn、NiZn、硬鐵氧體、粉末、鎳鐵合金、無(wú)定形金屬、金屬玻璃或它們的某種組合。

在一些實(shí)施例中，變壓器初級(jí)到次級(jí)雜散電容和/或變壓器次級(jí)雜散電容可低于約1pF，低于約100pF、約10pF、約20pF等。在一些實(shí)施例中，次級(jí)雜散電容和初級(jí)雜散電容的總和可小于約50pF、75pF、100pF、125pF、135pF等。

在一些實(shí)施例中，變壓器的次級(jí)雜散電感和/或變壓器的初級(jí)雜散電感的電感值可為例如1nH、2nH、5nH、10nH、20nH、介于約1nH與1,000nH之間、小于約100nH、小于約500nH等。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可以被設(shè)計(jì)成具有低雜散電容。例如，納秒脈沖發(fā)生器內(nèi)的所有雜散電容的總和可低于500pF。這可包括變壓器電路雜散電容、開(kāi)關(guān)電路雜散電容、其他雜散電容或它們的某種組合。

變壓器116的初級(jí)繞組可包括多個(gè)單繞組。例如，每個(gè)初級(jí)繞組可包括單電線(xiàn)，該單電線(xiàn)圍繞環(huán)形變壓器鐵芯的至少一大部分卷繞，并且終止于變壓器鐵芯的任一側(cè)面上。又如，初級(jí)繞組的一個(gè)端部可終止于開(kāi)關(guān)106的集電極107處，并且初級(jí)繞組的另一個(gè)端部可終止于高速電容器110處?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用使用任意數(shù)目的串聯(lián)或并聯(lián)的初級(jí)繞組。例如，約10、20、40、50、100、116、200、250、300等個(gè)或更多個(gè)繞組可用于初級(jí)繞組。

在一些實(shí)施例中，單個(gè)初級(jí)繞組可與單個(gè)開(kāi)關(guān)電路105耦接。在一些實(shí)施例中，可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電路，并且多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)可與多個(gè)初級(jí)繞組中的一個(gè)耦接。多個(gè)繞組可圍繞變壓器鐵芯并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，此布置可用于減少納秒脈沖發(fā)生器100中的雜散電感。

次級(jí)繞組可包括圍繞變壓器鐵芯以任意次數(shù)卷繞的單電線(xiàn)。例如，次級(jí)繞組可包括5、10、20、30、40、50、100等個(gè)繞組。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可圍繞變壓器鐵芯并且通過(guò)電路板的部分卷繞(例如，如圖9所示)。例如，變壓器鐵芯可定位在電路板上，其中電路板中的多個(gè)狹槽圍繞變壓器鐵芯的外部軸向布置，并且電路板中的內(nèi)部狹槽定位在環(huán)形變壓器鐵芯的中心內(nèi)。次級(jí)繞組可圍繞環(huán)形變壓器鐵芯卷繞，并且通過(guò)狹槽和內(nèi)部狹槽卷繞。次級(jí)繞組可包括高壓電線(xiàn)。

在一些實(shí)施例中，脈沖壓縮電路195可與變壓器電路115耦接。脈沖壓縮電路195例如可包括飽和電感器198和次級(jí)電容器196。飽和電感器198例如在飽和之前的電感值可小于100nH、10μH、100μH等，并且在飽和之后電感值可小于10nH、100nH等。次級(jí)電容器196的電容例如可小于約10pF、100pF、1nF、100nF等。脈沖壓縮電路195可與負(fù)載120耦接。在一些實(shí)施例中，多個(gè)脈沖壓縮模塊可與變壓器模塊115串聯(lián)耦接。

在一些實(shí)施例中，飽和電感器198可與變壓器116的次級(jí)繞組并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，次級(jí)電容器196可與變壓器116的次級(jí)繞組并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，飽和電感器198可與負(fù)載120串聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，次級(jí)電容器196可與負(fù)載120并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，飽和電感器198可與次級(jí)電容器196并聯(lián)布置。

在一些實(shí)施例中，脈沖壓縮電路195可減少來(lái)自變壓器電路115的信號(hào)的上升時(shí)間以得到負(fù)載120處的具有較低上升時(shí)間的信號(hào)。例如，負(fù)載120處的信號(hào)的上升時(shí)間可小于100ns、10ns、1ns等，其中電壓大于1千伏、10千伏等，和/或其中脈沖重復(fù)頻率大于20kHz、50kHz、100kHz、500kHz、1MHz、10MHz等。在一些實(shí)施例中，變壓器電路115所產(chǎn)生的上升時(shí)間可減少超過(guò)2倍、5倍、10倍、15倍、20倍等。

在一些實(shí)施例中，具有脈沖壓縮電路195的納秒脈沖發(fā)生器100可產(chǎn)生脈沖重復(fù)頻率大于1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz等的輸出脈沖。這可至少部分地例如因?yàn)槊}沖壓縮電路195被具有高脈沖重復(fù)頻率和高功率的開(kāi)關(guān)電路105和變壓器電路115驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)。

在一些實(shí)施例中，脈沖壓縮電路195可驅(qū)動(dòng)具有低阻抗的負(fù)載120，該低阻抗例如低于1,000歐姆、500歐姆、250歐姆、100歐姆、50歐姆、10歐姆等的阻抗。在一些實(shí)施例中，脈沖壓縮電路195可驅(qū)動(dòng)具有快速上升時(shí)間的負(fù)載120，而不需要多個(gè)脈沖壓縮電路。在一些實(shí)施例中，可包括與脈沖壓縮電路195串聯(lián)的多個(gè)脈沖壓縮電路。

在一些實(shí)施例中，單個(gè)脈沖壓縮電路195可與變壓器電路115和負(fù)載120耦接。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)脈沖壓縮電路可與變壓器電路115和負(fù)載120串聯(lián)和/或并聯(lián)耦接。每個(gè)脈沖壓縮電路195可包括具有不同尺寸的電容器和/或電感器。

在一些實(shí)施例中，飽和電感器198的值以及次級(jí)電容器196的值可被選擇成允許次級(jí)電容器196在飽和電感器198變得飽和時(shí)完全充電。變壓器電路115可為次級(jí)電容器196充電，它同時(shí)使飽和電感器198飽和。當(dāng)飽和電感器198變得飽和時(shí)，次級(jí)電容器196可以被完全充電。一旦飽和電感器198飽和，存儲(chǔ)在次級(jí)電容器196中的能量就可通過(guò)飽和電感器198釋放到負(fù)載120。這可得到快速的上升時(shí)間。此外，來(lái)自變壓器電路116的能量可繼續(xù)用足夠的能量(或電壓)驅(qū)動(dòng)脈沖壓縮電路195，以使飽和電感器198保持飽和并且從而允許輸出脈沖具有需要的脈沖寬度。

圖2為根據(jù)一些實(shí)施例的不使用脈沖壓縮電路195形成的脈沖205、以及使用脈沖壓縮電路195的在負(fù)載120處形成的脈沖210的曲線(xiàn)圖200。在此示例中，包括300ohm負(fù)載，和/或輸出電壓為27千伏。脈沖205的上升時(shí)間在脈沖壓縮電路195之前是160ns，并且在脈沖壓縮電路195之后減少到20ns。

圖3為示出根據(jù)一些實(shí)施例的具有不同脈沖寬度的跨負(fù)載120的三個(gè)脈沖的曲線(xiàn)圖300。例如，脈沖305具有100ns的脈沖寬度，脈沖310具有200ns的脈沖寬度，并且脈沖315具有300ns的脈沖寬度。每個(gè)脈沖例如具有2ns的相同上升時(shí)間。負(fù)載120處的脈沖的脈沖寬度可至少部分地取決于變壓器電路115所提供的脈沖的脈沖寬度。由此，納秒脈沖可產(chǎn)生具有可變脈沖寬度的脈沖。

圖1所示的變壓器116的初級(jí)繞組可包括多個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)或多個(gè)連續(xù)次級(jí)繞組。例如，每個(gè)初級(jí)繞組可包括單個(gè)電導(dǎo)體(或電線(xiàn))，該單個(gè)電導(dǎo)體圍繞環(huán)形變壓器鐵芯的至少一大部分卷繞并且終止于變壓器鐵芯的任一側(cè)面或兩個(gè)側(cè)面上。又如，初級(jí)繞組的一個(gè)端部可終止于開(kāi)關(guān)106的集電極107處，并且初級(jí)繞組的另一個(gè)端部可終止于高速電容器110處。可根據(jù)具體應(yīng)用使用任意數(shù)目的串聯(lián)或并聯(lián)的初級(jí)繞組。例如，約10、20、40、50、100、116、200、250、300、500、750、1,000等個(gè)或更多個(gè)繞組可用于初級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，初級(jí)繞組可包括圍繞變壓器鐵芯卷繞的導(dǎo)電片，而不是圍繞變壓器鐵芯纏繞的多個(gè)導(dǎo)體，用于創(chuàng)建以便為多個(gè)初級(jí)繞組提供補(bǔ)充或替代多個(gè)初級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，銅(或任何其他導(dǎo)電材料)帶可圍繞變壓器鐵芯卷繞，用于創(chuàng)建以便為一個(gè)或多個(gè)初級(jí)繞組提供補(bǔ)充或替代一個(gè)或多個(gè)初級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體可以被噴涂在變壓器鐵芯上(例如，其間具有絕緣體)，用于創(chuàng)建以便為多個(gè)初級(jí)繞組提供補(bǔ)充或替代多個(gè)初級(jí)繞組。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)體可沉積在變壓器鐵芯上(例如，使用蒸氣沉積技術(shù))，用于創(chuàng)建以便為多個(gè)初級(jí)繞組提供補(bǔ)充或替代多個(gè)初級(jí)繞組。

在一些實(shí)施例中，單個(gè)初級(jí)繞組可與單個(gè)開(kāi)關(guān)電路105和/或單個(gè)高速電容器110耦接。在一些實(shí)施例中，可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105和/或多個(gè)高速電容器110，并且多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)可與多個(gè)初級(jí)繞組中的一個(gè)耦接。多個(gè)繞組可圍繞變壓器鐵芯并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，此布置可用于減少納秒脈沖發(fā)生器100中的雜散電感。

一個(gè)或多個(gè)連續(xù)次級(jí)繞組可包括圍繞環(huán)形變壓器鐵芯卷繞多于一次的電導(dǎo)體(或電線(xiàn))。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組的數(shù)目可少于初級(jí)繞組的數(shù)目。在另外的實(shí)施例中，次級(jí)繞組的數(shù)目可大于初級(jí)繞組的數(shù)目。

在一些實(shí)施例中，具有環(huán)形變壓器鐵芯的多個(gè)電路板可堆疊在一起，并且次級(jí)繞組可圍繞每個(gè)板的變壓器鐵芯卷繞，如圖5所示。這種布置例如可增加脈沖的峰值電壓和/或峰值功率。這種布置還可限制雜散電感和/或雜散電容。

圖4示出堆疊變壓器布置400的視圖，其中兩個(gè)變壓器堆疊在電路板405的頂部和底部上。堆疊變壓器布置400包括設(shè)置在電路板405頂部上的第一變壓器鐵芯410和第一多個(gè)初級(jí)繞組415(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注415)。堆疊變壓器布置400還包括設(shè)置在電路板405底部上的第二變壓器鐵芯435和第二多個(gè)初級(jí)繞組440(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注440)。應(yīng)當(dāng)注意，環(huán)形第一變壓器鐵芯410和第二變壓器鐵芯435中的每一個(gè)內(nèi)的內(nèi)部分(或孔)以虛線(xiàn)示出。此外，與環(huán)形變壓器鐵芯中的孔對(duì)齊的電路板中的孔在電路板上以虛線(xiàn)示出。

第一多個(gè)初級(jí)繞組415中的每一個(gè)可圍繞第一變壓器鐵芯410纏繞一次或多次。例如，第一多個(gè)初級(jí)繞組415中的每一個(gè)可在第一變壓器鐵芯410的外周緣之外終止于電路板405的頂部上，并且在環(huán)形第一變壓器鐵芯410內(nèi)的孔內(nèi)終止于電路板405的頂部上。另選地或除此之外，第一多個(gè)初級(jí)繞組415中的每個(gè)繞組可圍繞第一變壓器鐵芯410纏繞一次或多次。第一多個(gè)初級(jí)繞組415可與一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)、一個(gè)或多個(gè)高速電容器(例如，高速電容器110)和/或設(shè)置在電路板405頂部上的其他部件耦接。另選地或除此之外，第一多個(gè)初級(jí)繞組415可與單個(gè)開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或單個(gè)高速電容器(例如，高速電容器110)耦接。

第二多個(gè)初級(jí)繞組440中的每一個(gè)圍繞第二變壓器鐵芯435纏繞一次或多次。例如，第二多個(gè)初級(jí)繞組440中的每一個(gè)在第二變壓器鐵芯435的外周緣之外終止于電路板405的底部上，并且在環(huán)形第二變壓器鐵芯435內(nèi)的孔內(nèi)終止于電路板405的底部上。另選地或除此之外，第二多個(gè)初級(jí)繞組440中的每個(gè)繞組可圍繞第二變壓器鐵芯435纏繞一次或多次。第二多個(gè)初級(jí)繞組440可與第二開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或設(shè)置在電路板405底部上的其他部件耦接。

次級(jí)繞組450中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)(在圖中次級(jí)繞組的僅單個(gè)環(huán)被標(biāo)記有標(biāo)注450)圍繞第一變壓器鐵芯410和第二變壓器鐵芯435兩者纏繞。例如，次級(jí)繞組450中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)穿過(guò)環(huán)形第一變壓器鐵芯410和環(huán)形第二變壓器鐵芯435中的每一個(gè)內(nèi)的孔。在一些構(gòu)造中，次級(jí)繞組450中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)穿過(guò)電路板405內(nèi)的孔。

圖5示出堆疊變壓器布置500的視圖，其中第一電路板505具有第一變壓器鐵芯510和第一多個(gè)初級(jí)繞組515(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注515)。堆疊變壓器布置500還包括具有第二變壓器鐵芯535和第二多個(gè)初級(jí)繞組540(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注540)的第二電路板530。堆疊變壓器布置500還包括具有第三變壓器鐵芯560和第三多個(gè)初級(jí)繞組565(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注565)的第三電路板555。堆疊變壓器布置500還包括具有第四變壓器鐵芯580和第四多個(gè)初級(jí)繞組585(在圖中僅單個(gè)初級(jí)繞組被標(biāo)記有標(biāo)注585)的第四電路板575。應(yīng)當(dāng)注意，第一變壓器鐵芯510、第二變壓器鐵芯535、第三變壓器鐵芯560和第四變壓器鐵芯580中的每一個(gè)的內(nèi)部分(或孔)以虛線(xiàn)示出。

第一多個(gè)初級(jí)繞組515中的每一個(gè)圍繞第一變壓器鐵芯510纏繞一次或更少。例如，第一多個(gè)初級(jí)繞組515中的每一個(gè)在第一變壓器鐵芯510之外以及在環(huán)形第一變壓器鐵芯510內(nèi)的孔內(nèi)終止于第一電路板505上。另選地或除此之外，第一多個(gè)初級(jí)繞組515中的每個(gè)繞組可圍繞第一變壓器鐵芯510纏繞一次或多次。第一多個(gè)初級(jí)繞組515可與第一開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或設(shè)置在第一電路板505上的其他部件耦接。

第二多個(gè)初級(jí)繞組540中的每一個(gè)圍繞第二變壓器鐵芯535纏繞一次或更少。例如，第二多個(gè)初級(jí)繞組540中的每一個(gè)在第二變壓器鐵芯535之外以及在環(huán)形第二變壓器鐵芯535內(nèi)的孔內(nèi)終止于第二電路板530上。另選地或除此之外，第二多個(gè)初級(jí)繞組540中的每個(gè)繞組可圍繞第二變壓器鐵芯535纏繞一次或多次。第二多個(gè)初級(jí)繞組540可與第二開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或設(shè)置在第二電路板530上的其他部件耦接。

第三多個(gè)初級(jí)繞組565中的每一個(gè)圍繞第三變壓器鐵芯560纏繞一次或更少。例如，第三多個(gè)初級(jí)繞組565中的每一個(gè)在第三變壓器鐵芯560之外以及在環(huán)形第三變壓器鐵芯560內(nèi)的孔內(nèi)終止于第三電路板555上。另選地或除此之外，第三多個(gè)初級(jí)繞組565中的每個(gè)繞組可圍繞第三變壓器鐵芯560纏繞一次或多次。第三多個(gè)初級(jí)繞組565可與第三開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或設(shè)置在第三電路板555上的其他部件耦接。

第四多個(gè)初級(jí)繞組585中的每一個(gè)圍繞第四變壓器鐵芯580纏繞一次或更少。例如，第四多個(gè)初級(jí)繞組585中的每一個(gè)在第四變壓器鐵芯580之外以及在環(huán)形第四變壓器鐵芯580內(nèi)的孔內(nèi)終止于第四電路板575上。另選地或除此之外，第四多個(gè)初級(jí)繞組585中的每個(gè)繞組可圍繞第四變壓器鐵芯580纏繞一次或多次。第四多個(gè)初級(jí)繞組585可與第四開(kāi)關(guān)電路(例如，圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105)和/或設(shè)置在第四電路板575上的其他部件耦接。

次級(jí)繞組550中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)(在圖中次級(jí)繞組的僅單個(gè)環(huán)被標(biāo)記有標(biāo)注550)圍繞第一變壓器鐵芯510和第二變壓器鐵芯535兩者纏繞。例如，次級(jí)繞組550中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)穿過(guò)環(huán)形第一變壓器鐵芯510和環(huán)形第二變壓器鐵芯535中的每一個(gè)內(nèi)的孔。在一些構(gòu)造中，次級(jí)繞組550中的每個(gè)環(huán)或多個(gè)環(huán)穿過(guò)第一電路板505內(nèi)的孔和/或第二電路板530內(nèi)的孔。

盡管堆疊變壓器布置400和堆疊變壓器布置500分別示出具有兩個(gè)堆疊變壓器鐵芯和四個(gè)堆疊變壓器鐵芯的堆疊變壓器鐵芯示例，但也可以任何組合堆疊任何數(shù)目的變壓器。例如，可將兩個(gè)變壓器與第一電路板如圖4所示堆疊成第一堆疊布置，并且可將兩個(gè)另外的變壓器與第二電路板堆疊成第二堆疊布置。第一堆疊布置和第二堆疊布置可隨后堆疊在一起以形成另一個(gè)堆疊布置。還可使用各種其他組合。

圖6為根據(jù)一些實(shí)施例的多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600的示意圖。多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600包括四個(gè)開(kāi)關(guān)電路605-A、605-B、605-C和605-D。在一些實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)電路605例如可包括圖1所示的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105。在一些實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)電路605例如可包括圖1所示的開(kāi)關(guān)電路105的所有或部分。開(kāi)關(guān)電路605可與初級(jí)繞組615耦接，該初級(jí)繞組至少部分地圍繞變壓器的變壓器鐵芯620纏繞。雜散電感610可在開(kāi)關(guān)電路605與初級(jí)繞組615之間形成和/或作為其一部分。在一些實(shí)施例中，初級(jí)繞組615中的一個(gè)或多個(gè)繞組可與開(kāi)關(guān)電路605中的一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)耦接。

次級(jí)繞組625圍繞多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600的四個(gè)變壓器鐵芯620-A、620-B、620-C和620-D纏繞。次級(jí)繞組625可包括次級(jí)雜散電感630和/或次級(jí)雜散電容640。在一些實(shí)施例中，次級(jí)雜散電容640可小于1nF、100pF、10pF、1pF等。在一些實(shí)施例中，次級(jí)雜散電感630可小于100nH、10nH、1nH等。此外，多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600可用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載635。當(dāng)雜散電容和/或雜散電感可以被定位貫穿變壓器時(shí)，可跨次級(jí)繞組測(cè)量雜散電容和/或雜散電感的值。

盡管在多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600中示出了四個(gè)開(kāi)關(guān)電路605，但也可在多變壓器鐵芯納秒脈沖發(fā)生器600中使用任意數(shù)目的開(kāi)關(guān)電路605。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)開(kāi)關(guān)電路605中的開(kāi)關(guān)可在不同時(shí)間和/或以不同序列來(lái)進(jìn)行切換。例如，開(kāi)關(guān)子集或所有開(kāi)關(guān)中的每個(gè)開(kāi)關(guān)可在預(yù)定時(shí)間段之后接通，直到開(kāi)關(guān)子集或所有開(kāi)關(guān)中的每個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)。諸如這種的順序多變壓器鐵芯開(kāi)關(guān)布置的示例性輸出信號(hào)705如圖7所示。如圖所示，隨著開(kāi)關(guān)子集的每個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輸出信號(hào)705以逐級(jí)的方式增加。在此示例中，第一開(kāi)關(guān)在時(shí)間T1打開(kāi)，并且輸出信號(hào)705上升到電壓V1。第二開(kāi)關(guān)在時(shí)間T2打開(kāi)，并且輸出信號(hào)705上升到電壓V2。第三開(kāi)關(guān)在時(shí)間T3打開(kāi)，并且輸出信號(hào)705上升到電壓V3。第四開(kāi)關(guān)在時(shí)間T4打開(kāi)，并且輸出信號(hào)705上升到電壓V4。在一些實(shí)施例中，電壓V1、V2、V3和/或V4可大于0.1、0.5、1.0、5、10、50、100、500等千伏。在一些實(shí)施例中，時(shí)間段T1、T2、T3和/或T4可小于200、100、50、25、10等納秒。在一些實(shí)施例中，每次電壓增加的上升時(shí)間可小于100、10、1等納秒。

又如，一個(gè)開(kāi)關(guān)子集可在一個(gè)時(shí)間段接通，并且第二開(kāi)關(guān)子集可在不同的時(shí)間段接通。諸如這種的順序多變壓器鐵芯開(kāi)關(guān)布置的示例性輸出信號(hào)805如圖8所示。在此示例中，兩個(gè)開(kāi)關(guān)電路605中的開(kāi)關(guān)在時(shí)間T1打開(kāi)，并且輸出信號(hào)805上升到電壓V1。稍后，在時(shí)間T2，開(kāi)關(guān)電路605的另外兩個(gè)開(kāi)關(guān)在時(shí)間T2打開(kāi)，并且輸出信號(hào)805上升到電壓V2。在一些實(shí)施例中，電壓V1和/或V2可大于0.1、0.5、1.0、5、10、50、100、500等千伏。在一些實(shí)施例中，時(shí)間段T1和/或T2可小于200、100、50、25、10等納秒。在一些實(shí)施例中，每次電壓增加的上升時(shí)間可小于100、10、1等納秒。

開(kāi)關(guān)電路605中的開(kāi)關(guān)的任何開(kāi)關(guān)組合可能以任何組合和/或序列來(lái)打開(kāi)和/或關(guān)閉，從而產(chǎn)生各種輸出信號(hào)形狀或波形。在一些實(shí)施例中，控制器、處理器、FPGA等可用于控制接通和斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間、順序、序列等，從而產(chǎn)生具有各種尺寸、形狀和/或構(gòu)型的波形。

圖9示出根據(jù)一些實(shí)施例的變壓器910的側(cè)剖視圖，其中單個(gè)初級(jí)繞組925和單個(gè)次級(jí)繞組920圍繞變壓器鐵芯910卷繞。盡管僅示出單個(gè)初級(jí)繞組925和單個(gè)次級(jí)繞組920，但也可使用任意數(shù)目的繞組。此圖像僅示出單個(gè)初級(jí)繞組925和單個(gè)次級(jí)繞組920，以便示出繞組如何圍繞變壓器鐵芯910獨(dú)特地纏繞。

在一些實(shí)施例中，初級(jí)繞組可以被設(shè)置成接近鐵芯以減少雜散電感。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可與鐵芯間隔某個(gè)距離以減少雜散電容。

如圖所示，初級(jí)繞組925在變壓器鐵芯910的外周緣上終止于襯墊940處，并且在環(huán)形變壓器鐵芯910的中心孔內(nèi)終止于襯墊941處。在一些實(shí)施例中，襯墊941可與電路板905的內(nèi)層上的導(dǎo)電電路板走線(xiàn)耦接。襯墊940和襯墊941將初級(jí)繞組與初級(jí)電路電耦接，該初級(jí)電路包括例如開(kāi)關(guān)電路(例如，開(kāi)關(guān)電路105)和/或其他部件。

如圖所示，次級(jí)繞組920通過(guò)穿過(guò)電路板905中的定位在環(huán)形變壓器鐵芯910周緣處的孔930、環(huán)形變壓器鐵芯910的內(nèi)孔以及電路板905中的孔911，圍繞變壓器鐵芯910卷繞。次級(jí)繞組920的順序繞組可穿過(guò)電路板中的孔930或另一個(gè)孔931。除此之外，次級(jí)繞組920的順序繞組可穿過(guò)電路板905中的孔911。次級(jí)繞組920可與次級(jí)電路耦接，該次級(jí)電路例如壓縮電路、輸出部件和/或負(fù)載。在一些實(shí)施例中，單個(gè)次級(jí)繞組920可穿過(guò)定位在變壓器鐵芯910周緣上的多個(gè)孔和孔911，圍繞變壓器鐵芯910卷繞多次。

圖10示出根據(jù)一些實(shí)施例的納秒脈沖發(fā)生器1000的示例性電路圖。納秒脈沖發(fā)生器1000可包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105，所述一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)電路可包括開(kāi)關(guān)、緩沖電阻器、緩沖電容器、緩沖二極管或它們的某種組合，如圖1示出的納秒脈沖發(fā)生器1000中所示。納秒脈沖發(fā)生器1000包括初級(jí)電路1030，該初級(jí)電路至少包括開(kāi)關(guān)電路105和高速電容器110、和/或與變壓器電路115的變壓器的初級(jí)繞組耦接的任何其他部件。在一些實(shí)施例中，緩沖電容器和緩沖二極管可彼此串聯(lián)并且與開(kāi)關(guān)一起并聯(lián)布置。緩沖電阻器例如可與緩沖二極管并聯(lián)布置。

開(kāi)關(guān)電路105的開(kāi)關(guān)可包括可切換高壓的任何固態(tài)開(kāi)關(guān)裝置，例如固態(tài)開(kāi)關(guān)、IGBT、FET、MOSFET、SiC結(jié)型晶體管或類(lèi)似裝置。開(kāi)關(guān)可包括集電極和發(fā)射極。開(kāi)關(guān)電路105可包括與開(kāi)關(guān)結(jié)合的各種其他部件。多個(gè)開(kāi)關(guān)電路105可能以并聯(lián)、串聯(lián)或它們的某種組合與變壓器電路115耦接。

開(kāi)關(guān)電路105可與高速電容器110耦接或可包括該高速電容器，該高速電容器可用于儲(chǔ)能。在一些實(shí)施例中，一個(gè)以上的開(kāi)關(guān)電路105可與高速電容器110耦接。在一些實(shí)施例中，高速電容器可以是儲(chǔ)能電容器。高速電容器110的電容值可為約1μF、約5μF、介于約1μF與約5μF之間、介于約100nF與約1,000nF之間等。

高速電容器110可具有被示出為雜散電感器1020的雜散電感。此雜散電感可以是高速電容器110的雜散電感、以及與高速電容器和/或與其他部件的任何連接(例如，與開(kāi)關(guān)電路105和/或變壓器電路115的連接)相關(guān)聯(lián)的雜散電感。在一些實(shí)施例中，雜散電感器1020的電感可小于1nH、5nH、20nH、50nH、100nH等。

在開(kāi)關(guān)的切換期間，可將高速電容器110中的能量釋放到變壓器電路115的初級(jí)繞組。此外，在一些實(shí)施例中，高速電容器110內(nèi)的能量可能未在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期期間基本上耗盡，這可允許較高的脈沖重復(fù)頻率。例如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的5％至50％可耗盡。又如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的10％至40％可耗盡。另如，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，存儲(chǔ)在高速電容器110內(nèi)的能量的15％至25％可耗盡。

開(kāi)關(guān)電路105和高速電容器110可與變壓器電路115耦接。變壓器電路115例如可包括變壓器、電容器、電感器、電阻器、其他裝置或它們的某種組合。變壓器可包括環(huán)形變壓器鐵芯，其中多個(gè)初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組圍繞變壓器鐵芯纏繞。在一些實(shí)施例中，可能存在比次級(jí)繞組更多的初級(jí)繞組。

變壓器電路115可包括雜散電容和/或雜散電感。雜散電容器185表示變壓器初級(jí)到次級(jí)雜散電容。雜散電容器190表示變壓器次級(jí)雜散電容。電感器155表示變壓器的初級(jí)雜散電感，并且電感器160表示變壓器的次級(jí)雜散電感。

雜散電感器1015表示變壓器電路115和/或變壓器雜散電感。此雜散電感可包括變壓器初級(jí)到次級(jí)雜散電感、和/或與變壓器電路115和/或與其他部件的任何連接(例如，與開(kāi)關(guān)電路105和/或高速電容器110的連接)相關(guān)聯(lián)的雜散電感。在一些實(shí)施例中，雜散電感器1015的電感可小于1nH、5nH、20nH、50nH、100nH等、介于約1nH與1,000nH之間、小于約100nH、或小于約500nH等。

在一些實(shí)施例中，變壓器116可包括環(huán)形變壓器鐵芯，該環(huán)形變壓器鐵芯包括：空氣、鐵、鐵氧體、軟鐵氧體、MnZn、NiZn、硬鐵氧體、粉末、鎳鐵合金、無(wú)定形金屬、金屬玻璃或它們的某種組合。

在一些實(shí)施例中，變壓器初級(jí)到次級(jí)雜散電容和/或變壓器次級(jí)雜散電容可低于約1pF，低于約100pF、約10pF、約20pF等。在一些實(shí)施例中，次級(jí)雜散電容和初級(jí)雜散電容的總和可小于約50pF、75pF、100pF、125pF、135pF等。

在一些實(shí)施例中，納秒脈沖發(fā)生器可以被設(shè)計(jì)成具有低雜散電容。例如，納秒脈沖發(fā)生器內(nèi)的所有雜散電容的總和可低于500pF。這可包括變壓器電路雜散電容、開(kāi)關(guān)電路雜散電容、其他雜散電容或它們的某種組合。

變壓器116的初級(jí)繞組可包括多個(gè)單繞組。例如，每個(gè)初級(jí)繞組可包括單電線(xiàn)，該單電線(xiàn)圍繞環(huán)形變壓器鐵芯的至少一大部分卷繞，并且終止于變壓器鐵芯的任一側(cè)面上。又如，初級(jí)繞組的一個(gè)端部可終止于開(kāi)關(guān)的集電極(例如，圖1所示的集電極107)處，并且初級(jí)繞組的另一個(gè)端部可終止于高速電容器110處?？筛鶕?jù)具體應(yīng)用使用任意數(shù)目的串聯(lián)或并聯(lián)的初級(jí)繞組。例如，約10、20、40、50、100、116、200、250、300等個(gè)或更多個(gè)繞組可用于初級(jí)繞組。

在一些實(shí)施例中，單個(gè)初級(jí)繞組可與單個(gè)開(kāi)關(guān)電路105耦接。在一些實(shí)施例中，可包括多個(gè)開(kāi)關(guān)電路，并且多個(gè)開(kāi)關(guān)電路中的每一個(gè)可與多個(gè)初級(jí)繞組中的一個(gè)耦接。多個(gè)繞組可圍繞變壓器鐵芯并聯(lián)布置。在一些實(shí)施例中，此布置可用于減少納秒脈沖發(fā)生器1000中的雜散電感。

納秒脈沖發(fā)生器1000可具有部件之間的低雜散電感。例如，雜散電感器1005示出與廣義高速電容器110和廣義開(kāi)關(guān)電路105之間的連接相關(guān)聯(lián)的雜散電感。雜散電感器1005可至少部分地包括高速電容器110、開(kāi)關(guān)電路105、開(kāi)關(guān)電路105內(nèi)的開(kāi)關(guān)、這些部件之間的連接和/或電路板中的雜散電感。在一些實(shí)施例中，雜散電感器1005的電感可小于1nH、5nH、20nH、50nH、100nH等、介于約1nH與1,000nH之間、小于約100nH、或小于約500nH等。

又如，雜散電感器1010示出與廣義開(kāi)關(guān)電路105和廣義變壓器電路116之間的連接相關(guān)聯(lián)的雜散電感。雜散電感器1010可至少部分地包括開(kāi)關(guān)電路105、開(kāi)關(guān)電路105內(nèi)的開(kāi)關(guān)中的雜散電感，變壓器電路115、變壓器電路115內(nèi)的變壓器、變壓器電路116內(nèi)的變壓器的初級(jí)繞組、這些部件之間的連接和/或電路板中的雜散電感。在一些實(shí)施例中，雜散電感器1010的電感可小于1nH、5nH、20nH、50nH、100nH等、介于約1nH與1,000nH之間、小于約100nH、或小于約500nH等。

又如，雜散電感器1015示出與高速電容器110和廣義變壓器電路116之間的連接相關(guān)聯(lián)的雜散電感。雜散電感器1010可至少部分地包括高速電容器110中的雜散電感，變壓器電路115、變壓器電路115內(nèi)的變壓器、變壓器電路116內(nèi)的變壓器的初級(jí)繞組、這些部件之間的連接和/或電路板中的雜散電感。在一些實(shí)施例中，雜散電感器1015的電感可小于1nH、5nH、20nH、50nH、100nH等、介于約1nH與1,000nH之間、小于約100nH、或小于約500nH等。

術(shù)語(yǔ)“廣義”描述理想化元件(例如，變壓器電路115和/或變壓器電路115內(nèi)的變壓器)連同關(guān)聯(lián)的非理想元件(例如，雜散電感1005、1110、1115和1020、和/或任何雜散電容)的組合。

圖10所示和上文所描述的雜散電感可包括在圖1的納秒脈沖發(fā)生器100中。

變壓器電路115內(nèi)的變壓器(例如，圖1所示的變壓器116)的次級(jí)繞組可包括圍繞變壓器鐵芯以任何次數(shù)卷繞的單電線(xiàn)。例如，次級(jí)繞組可包括5、10、20、30、40、50、100等個(gè)繞組。在一些實(shí)施例中，次級(jí)繞組可圍繞變壓器鐵芯并且通過(guò)電路板的部分卷繞(例如，如圖9所示)。例如，變壓器鐵芯可定位在電路板上，其中電路板中的多個(gè)狹槽圍繞變壓器鐵芯的外部軸向布置，并且電路板中的內(nèi)部狹槽定位在環(huán)形變壓器鐵芯的中心內(nèi)。次級(jí)繞組可圍繞環(huán)形變壓器鐵芯卷繞，并且通過(guò)狹槽和內(nèi)部狹槽卷繞。次級(jí)繞組可包括高壓電線(xiàn)。

本文公開(kāi)并描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例。本發(fā)明可延伸到每個(gè)公開(kāi)實(shí)施例的全部或一些的任何組合而不受限制。

術(shù)語(yǔ)“基本上”意味著參照制造公差或在制造公差內(nèi)的值的5％或10％之內(nèi)。

本文所論述的一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)不限于任何特定的硬件架構(gòu)或構(gòu)造。

在本文中使用“被適于”或“被構(gòu)造成”意味著不排除被適于或構(gòu)造成以執(zhí)行另外的任務(wù)或步驟的裝置的開(kāi)放性和包含性語(yǔ)言。除此之外，“基于”的使用意味著是開(kāi)放性和包含性的，因?yàn)椤盎凇币粋€(gè)或多個(gè)所述條件或值的過(guò)程、步驟、計(jì)算或其他動(dòng)作在實(shí)踐中也可以基于超出所述那些的另外的條件或值。本文所包括的標(biāo)題、列表和編號(hào)僅僅是為了便于解釋?zhuān)灰馕吨拗啤?/p>

盡管已經(jīng)相對(duì)于其具體實(shí)施例詳細(xì)描述了本主題，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在獲得對(duì)前述內(nèi)容的理解時(shí)，可以容易地產(chǎn)生對(duì)這些實(shí)施例的更改、變化和等同形式。因此，應(yīng)當(dāng)理解，出于示例性目的而非限制性目的而呈現(xiàn)本公開(kāi)，并且本公開(kāi)不排除包括對(duì)本主題的此類(lèi)修改、變化和/或添加，這對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。