CN102437773A - 一种脉冲发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲发生器，包括两个结构相同的基本单元，每个基本单元包括有电感、二极管、电容和可控开关单元，电感的一端连接在可控开关单元的第二端上，电感的另一端依次经二极管、电容也连接在可控开关单元的第二端上，两个基本单元中的两个电感的其中一端相连后作为本脉冲发生器的一个输入端，两个基本单元中的可控开关单元的第一端相连后作为本脉冲发生器的另一个输入端，两个基本单元中的电容的各自一端分别作为输出端。本发明能够把输入直流电压变换为脉冲电压，输出脉冲电压的前沿和后沿陡峭，有较平的脉冲顶部，采用的元件均为常用器件，结构简单，便于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域中的电能变换装置，具体为一种脉冲发生器。
背景技术
脉冲发生器是常用的电力电子变换器，广泛应用于污染防治、食品加工、激光电源、核物理等领域。
大功率双极性脉冲源在废气处理、食品杀菌、材料改性、PDP等很多方面有广泛应用。目前使用的大功率双极性脉冲源的结构复杂，脉冲边沿不够陡峭，效率较低。基于固态器件的脉冲发生器由于效率高、控制灵活、体积较小等优点，越来越受到人们的关注，基于固态器件的大功率双极性脉冲源，它利用了固态器件分布电容小的特性及快恢复二极管的高速特性，分析和仿真表明该脉冲源有如下特点：升压比高，电压应力小，结构较简单，效率高，输出脉冲边沿陡峭，频率较高，正负对称。文献《New solid-state Marx topology for bipolar repetitive high-voltage pulses》中提出了两个多级结构结合起来以实现正或负的输出脉冲，边沿时间很快，但是结构复杂，且其中的固态器件是硬开关的，效率低。文献《Pulsed Power systems for Food and Wastewater processing》对此进行了改进，从而在一个拓扑中可以实现双极性输出，但结构依然复杂，此外，很难实现多个开关的同步，球隙放电脉冲发生器存在抖动和寿命问题。文献《Narrow pulsed voltage generator for liquid food sterilization》中给出几种带SG的双极性脉冲发生器，在这几种脉冲源的前级使用反激变换器，既限制了功率，又增加了复杂性。基于固态器件的脉冲发生器寿命长，工作稳定。通过对输入方波微分或通过短路传输线可以产生双极性脉冲源，但这样必须增加输入方波电路，使电路复杂化。在文献《A low-cost, high-performance pulse generator for ultrasound imaging》、《Pulse generators for pulsed electric field exposure of biological cells and tissues》中，为了产生高压输出脉冲，还要引入高压直流电压，这也增加了电路的复杂性。文献《 Design of Bipolar Pulse Generator for Biomedical Applications》中给出了一种性能良好的大功率双极性脉冲源，但是功率器件工作于硬开关状态。在很多情况下需要陡峭的脉冲沿。例如在烟气脱硫硝中，陡峭的脉冲沿可以抑制二次电子发射，进而减小能耗；在细胞试验中，陡峭的脉冲沿能降低细胞死亡率。利用脉冲源对食品杀菌处理比高温杀菌消耗的能量小得多，效果更好。文献《All-Solid-State Repetitive Pulsed-Power Generator Using IGBT and Magnetic Compression Switches》虽然引入磁脉冲压缩技术，但输出脉冲边沿依然有300ns，不够陡峭，且顶部不平坦。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲发生器，以解决现有技术中脉冲发生器结构复杂，效率较低，且输出脉冲边沿不够陡峭，顶部不平坦的问题。
为达到所述目的，本发明采用的技术方案为：
一种脉冲发生器，其特征在于：包括两个结构相同的基本单元，每个基本单元包括有电感、二极管、电容和可控开关单元，所述电感的一端连接在可控开关单元的第二端上，所述电感的另一端连接二极管正极，所述二极管的负极连接电容的一端，所述电容的另一端连接在可控开关单元的第二端上，两个基本单元中的每个电感的一端相连后作为本脉冲发生器的一个输入端连接输入电源的正极，两个基本单元中的可控开关单元的第一端相连后作为本脉冲发生器的另一个输入端连接输入电源的负极，两个基本单元中的电容的各自一端分别作为输出端。
所述的一种脉冲发生器，其特征在于：所述可控开关单元由一个可控开关器件构成，或者由多个可控开关器件连接构成；当可控开关器件为多个时，多个可控开关器件相互并联或串联。
所述的一种脉冲发生器，其特征在于：所述可控开关单元中可控开关器件优先选用MOS管,或IGBT管，或GTO管，或GTR管。
本发明的有益效果为：
本发明能够把输入直流电压变换为输出脉冲电压，通过控制，该输出脉冲电压幅度可以比该输入直流电压高，也可以比该输入直流电压低。该输出脉冲电压的前沿和后沿陡峭，有较平的脉冲顶部。通过适当的控制，可以使开关器件M实现零电压切换，提高效率。该发明中采用的元件均为常用器件，结构简单，便于推广应用。
附图说明
图1为本发明基本单元的电路结构示意图。
图2为本发明电路结构示意图。
图3为本发明主要波形示意图。
图4和图5分别为本发明在实际应用中的多种实施电路中的一种实施电路示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括两个结构相同的基本单元，每个基本单元包括有电感、二极管、电容和可控开关单元，电感的一端连接在可控开关单元的第二端上，电感的另一端连接二极管正极，二极管的负极连接电容的一端，电容的另一端连接在可控开关单元的第二端上，两个基本单元中的每个电感的一端相连后作为本脉冲发生器的一个输入端连接输入电源的正极，两个基本单元中的可控开关单元的第一端相连后作为本脉冲发生器的另一个输入端连接输入电源的负极，两个基本单元中的电容的各自一端分别作为输出端。
可控开关单元由一个可控开关器件构成，或者由多个可控开关器件电连接构成；当可控开关器件为多个时，多个可控开关器件相互并联或串联。
电感选用各种具有电感功能的器件，也可选用耦合电抗器。
如图3所示，1为M1驱动波形，2为M2驱动波形，3为M1漏源压降，4为M2漏源压降，5为输出电压。
如图4和图5所示，当可控开关器件M1或M2被驱动导通后，电感（或耦合电感）L1或L2会充磁。M1或M2断开后，由于电感电流的不能突然变化，电容C1或C2会被充电，这样C1和C2的电压升高。当M2断开而M1导通时，续流二极管D2导通，C2的电压通过M2加到负载load上，在负载load上得到一个脉冲电压。反之，当M1断开而M2导通时，续流二极管D1导通，C1的电压通过M1加到负载load上，在负载load上得到一个反向脉冲电压。由于电感（或互感或漏感）电流的作用，该二极管D1或D2会迅速导通；当电感（或互感或漏感）电流减小到零时，D1或D2承受电容C1或C2的反向电压，会迅速截止。这样，在负载load上的脉冲电压的上升沿和下降沿时间是非常短的。由于电容C1或C2的电压波动很小，负载load上的脉冲电压的平顶波动也很小。
Claims (1)
1.一种脉冲发生器，其特征在于：包括两个结构相同的基本单元，每个基本单元包括有电感、二极管、电容和可控开关单元，所述电感的一端连接在可控开关单元的第二端上，所述电感的另一端连接二极管正极，所述二极管的负极连接电容的一端，所述电容的另一端连接在可控开关单元的第二端上，两个基本单元中的每个电感的一端相连后作为本脉冲发生器的一个输入端连接输入电源的正极，两个基本单元中的可控开关单元的第一端相连后作为本脉冲发生器的另一个输入端连接输入电源的负极，两个基本单元中的电容的各自一端分别作为输出端。
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