CN108462482B - 一种产生双极性高压脉冲的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种产生双极性高压脉冲的装置及方法，该装置由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块级联而成，并且有多种连接方式。通过控制模块控制高压正脉冲模块和高压负脉冲模块中全部固体开关的导通和关断，决定高压直流电源模块是否对与开关组并联的储能电容进行充电，从而输出周期的、非周期的或者任意数目的双极性高压脉冲，这些双极性高压脉冲的幅值可以由高压正脉冲产生电路级数、高压负脉冲产生电路级数和高压直流电源的改变进行调节。

Description

一种产生双极性高压脉冲的装置和方法

技术领域

本发明属于双极性高压脉冲领域，具体涉及一种产生双极性高压脉冲的装置和方法。

背景技术

脉冲功率技术越来越广泛地应用到国防和民用工业等研究领域。现有的产生双极性高压脉冲的方法和电路主要采用以下方法实现：利用L-C脉冲成型网络产生的脉冲高压；利用脉冲电容储能、触发放电产生的脉冲高压；利用逆变，串联谐振来产生脉冲高压。这几种高压脉冲电源虽然能够产生较高的电压幅值，但脉冲波形得不到精确控制，重复频率低。除此之外，还有利用固体开关串联的半桥型电压逆变电路，但是该电路输出的电压幅值只能为输入高压直流电源的二分之一，直流两侧需两个电容器串联，控制两者电压的均衡。此外，还有利用半桥式Marx电路和H桥的级联方式产生双极性电路，但是这种电路的输出电压的最大幅值受固体开关最大耐压的限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生双极性高压脉冲的装置和方法，用于解决现有技术的问题，本发明能够输出周期的、非周期的或者任意数目的双极性高压脉冲或者单极性的正/负高压脉冲，且本发明结构简单，能够得到稳定的且重复输出的双极性高压脉冲，具有非常广泛的应用领域。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种产生双极性高压脉冲的装置，包括串联连接的高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路，所述高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路组成双极性高压脉冲产生电路，其中，高压正脉冲产生电路由一系列高压正脉冲模块组成，高压负脉冲产生电路由一系列高压负脉冲模块组成，所述高压正脉冲模块包括正脉冲控制模块、正脉冲开关模块以及正脉冲储能模块，正脉冲控制模块通过控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定正脉冲储能模块充电或放电；所述高压负脉冲模块包括负脉冲控制模块、负脉冲开关模块以及负脉冲储能模块，负脉冲控制模块通过控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定负脉冲储能模块充电或放电；所述产生双极性高压脉冲的装置还包括用于给正脉冲储能模块和负脉冲储能模块提供高压直流输入的高压直流电源模块，且高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间相互隔离，以及用于给正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压的低压直流电源模块。

进一步地，所述正脉冲开关模块包括n级开关组，负脉冲开关模块包括k级开关组，且n≥1，k≥1，n+k＝2m，2m级开关组悬浮级联。

进一步地，每级开关组包括高端固体开关K1和低端固体开关K2，高端固体开关K1和低端固体开关K2连接的节点为每级开关组的高压输出Vout，每级开关组的地端GND为低端固体开关K2的另一端，每级开关组的电源端Vp为高端固体开关K1的另一端。

进一步地，在高压正脉冲产生电路中，高一级开关组SW_n+1的地端GND和低一级开关组SW_n的电源输出端Vout直接相连，其中n＝1，2，3，…，2m-1；在高压负脉冲产生电路中，高一级开关组SW_k+1的电源端Vp和低一级开关组SW_k的电源输出端Vout直接相连，其中k＝1，2，3，…，2m-1，且k≠n。

进一步地，高端固体开关K1为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接；低端固体开关K2为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接。

进一步地，每级开关组的高端固体开关K1和低端固体开关K2能够同时关闭，但不能同时导通。

进一步地，双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压正脉冲模块组成，后半部分由高压负脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块任意交错级联组成，即双极性高压脉冲产生电路的每一级为高压正脉冲模块或高压负脉冲模块，但是，至少有一级必须是和其它级是不一样的模块。

进一步地，高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间通过变压器进行隔离或通过单向导通器件进行隔离；当采用单向导通器件进行隔离时，在高压正脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出高端和正脉冲储能模块的输入高端之间；在高压负脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出低端和负脉冲储能模块的输入低端之间。

一种产生双极性高压脉冲的方法，包括以下步骤：

步骤一：开启低压直流电源模块，为正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压；

步骤二：正脉冲控制模块控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，负脉冲控制模块控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断；

步骤三：根据步骤二中正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电或放电；同时根据步骤二中负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电或放电；

步骤四：每一级开关组的高压输出叠加，在双极性高压脉冲产生电路的最后一级，输出双极性高压脉冲。

进一步地，步骤三具体为：在高压正脉冲产生电路中，当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行放电；

在高压负脉冲产生电路中，当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行放电。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明电路中高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路直接串联，不需要其它电路进行隔离和控制正负脉冲的输出，输出的正负脉冲可以是任意脉冲数的交错输出，也可以是单独的正脉冲或负脉冲。本发明产生的不同周期中的双极性高压脉冲的幅值可以相同，也可以不相同，相邻两个输出正负脉冲的幅值可以相同，也可以不同，结构简单，能够得到稳定的且重复输出的双极性高压脉冲，具有非常广泛的应用领域。

进一步地，本发明采用固体开关悬浮级联的方式产生双极性高压脉冲，电路结构简单，有多种拓扑结构，由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块级联成的电路有多种连接方式，可以是电路前半部分由高压正脉冲模块组成，后半部分由高压负脉冲模块组成；也可以是电路前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成，还可以是由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块任意交错级联组成。

进一步地，本发明所述的双极性高压脉冲产生电路，采用固体开关取代传统Marx发生器充电回路中的电阻，解决了传统Marx发生器随着级数增加，充电时间变长，效率变低的问题；采用固体开关还解决了因为储能器件周围接地电阻放电而导致脉冲顶降的问题；此外，本发明所述的双极性高压脉冲产生电路在主脉冲结束后将负载短路，因此正/负脉冲能获得陡峭的下降沿，很好地解决了脉冲拖尾的现象。

进一步地，电路中每个开关组需要一个高压直流电源输入，可以使用一个高压直流电源对所有开关组进行高压直流输入，也可以使用多个高压直流电源子模块对每个开关组进行高压直流输入，这些高压直流电源子模块的输出电压可以是相同的，也可以是不同的。高压直流电源子模块和对应的与开关模块并联的储能电容之间应该是相互隔离的，若隔离方式是单向器件隔离，那么单向器件连接在高压直流电源的输出端和储能电容的输入端之间。

附图说明

图1是本发明的装置结构图；

图2是本发明中双极性脉冲产生电路可能的结构组成；

图3是本发明中双极性脉冲产生电路的实施例1；

图4是本发明中双极性脉冲产生电路的实施例2。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1和图2，一种实现双极性高压脉冲的装置，此装置为由高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路组成的双极性高压脉冲产生电路，高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路直接串联连接，不需要额外的开关电路对高压正脉冲产生电路输出的正脉冲和高压负脉冲产生电路输出的负脉冲进行切换，可以直接在电路最后一级输出双极性高压脉冲。其中，高压正脉冲产生电路由一系列高压正脉冲模块组成，高压负脉冲产生电路由一系列高压负脉冲模块组成，所述高压正脉冲模块包括正脉冲控制模块、正脉冲开关模块以及正脉冲储能模块，正脉冲控制模块通过控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定正脉冲储能模块充电或放电；所述高压负脉冲模块包括负脉冲控制模块、负脉冲开关模块以及负脉冲储能模块，负脉冲控制模块通过控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定负脉冲储能模块充电或放电；所述产生双极性高压脉冲的装置还包括用于给正脉冲储能模块和负脉冲储能模块提供高压直流输入的高压直流电源模块，且高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间相互隔离，以及用于给正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压的低压直流电源模块。

正脉冲开关模块包括n级开关组，负脉冲开关模块包括k级开关组，且n≥1，k≥1，n+k＝2m，2m级开关组悬浮级联，每级开关组包括高端固体开关K1和低端固体开关K2，高端固体开关K1和低端固体开关K2连接的节点为每级开关组的高压输出Vout，每级开关组的地端GND为低端固体开关K2的另一端，每级开关组的电源端Vp为高端固体开关K1的另一端，在高压正脉冲产生电路中，高一级开关组SW_n+1的地端GND和低一级开关组SW_n的电源输出端Vout直接相连，其中n＝1，2，3，…，2m-1；在高压负脉冲产生电路中，高一级开关组SW_k+1的电源端Vp和低一级开关组SW_k的电源输出端Vout直接相连，其中k＝1，2，3，…，2m-1，且k≠n，高端固体开关K1为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接；低端固体开关K2为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接，各固体开关可以是同一种类型的开关，也可以是不同类型的开关。构成高端固体开关K1和低端固体开关K2的开关类型包括MOSFET、IGBT等，但是不限于这类开关，每级开关组的高端固体开关K1和低端固体开关K2能够同时关闭，但不能同时导通，各个开关组之间是相互独立的，任何一组开关的状态不会影响其它组开关的状态。

双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压正脉冲模块组成，后半部分由高压负脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块任意交错级联组成，即双极性高压脉冲产生电路的每一级为高压正脉冲模块或高压负脉冲模块，但是，至少有一级必须是和其它级是不一样的模块，这样才能保证在电路的最后一级输出双极性高压脉冲。

高压直流电源模块可以是正压，也可以是负压。在电路中，可以是由一个高压直流电源给所有开关组提供高压直流输入，也可以是多个高压直流电源分别给每一级开关组提供高压直流输入；可以是全部开关组都是正高压输入，也可以全部开关组都是负高压输入，还可以是一部分开关组是正高压输入，另一部分开关组是负高压输入，高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间通过变压器进行隔离或通过单向导通器件进行隔离；当采用单向导通器件进行隔离时，在高压正脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出高端和正脉冲储能模块的输入高端之间；在高压负脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出低端和负脉冲储能模块的输入低端之间。

一种产生双极性高压脉冲的方法，包括以下步骤：

步骤一：开启低压直流电源模块，为正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压；

步骤二：正脉冲控制模块控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，负脉冲控制模块控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断；

步骤三：根据步骤二中正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电或放电；同时根据步骤二中负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电或放电；具体为：在高压正脉冲产生电路中，当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行放电；在高压负脉冲产生电路中，当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行放电；

步骤四：每一级开关组的高压输出叠加，在双极性高压脉冲产生电路的最后一级，输出双极性高压脉冲。

下面对本发明的实施过程做详细描述：

本发明主要包括低压直流电源模块、高压直流电源模块、控制模块(包括正脉冲控制模块和负脉冲控制模块)、开关模块(包括正脉冲开关模块和负脉冲开关模块)和储能模块(包括正脉冲储能模块和负脉冲储能模块)。低压直流电源模块为高压直流电源模块、开关模块和控制模块提供工作电压。高压直流电源模块给储能模块提供充电电压，控制模块通过控制开关模块的导通或关断，决定是否对储能模块进行充电。开关模块由SW₁，SW₂，…，SW_2m悬浮级联的2m组开关(m不小于1)组成，其中，每一个开关组由高端固体开关K1和低端固体开关K2串联组成，每一组高端固体开关K1和低端固体开关K2连接的节点是该组开关的输出端Vout。在双极性高压脉冲产生电路中，主要分为高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路两个部分，高压正脉冲产生电路中，高一级开关组SW_n+1(n＝1，2，3，…，2m-1)的地端GND和低一级开关组SW_n的电源输出端Vout直接相连；高压负脉冲产生电路中，高一级开关组SW_k+1(k＝1，2，3，…，2m-1，其中k≠n)的电源端Vp和低一级开关组SW_k的电源输出端Vout直接相连。高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路直接串联连接，不需要额外的开关电路对高压正脉冲产生电路输出的正脉冲和高压负脉冲产生电路输出的负脉冲进行切换，可以直接通过控制开关时序在电路最后一级输出双极性脉冲。高压直流电源模块给与2m组开关并联的储能模块提供充电电压，充电过程中，高压直流电源模块的输出端和储能模块的输入端之间是相互隔离的。

开关组SW₁，SW₂，…，SW_2m的导通和关断均由控制模块控制，在同一时刻，一个开关组内的高端固体开关K1和低端固体开关K2不能同时导通，但可以同时关闭。通过控制正负高压的脉冲产生电路中每个开关的导通时序，能在电路最后一级输出所需波形参数特征的双极性高压脉冲。

以下举例说明本发明提出的双极性高压脉冲产生方法和电路的工作过程，假定所有高压直流电源子模块提供的电压均为VH。

如图2所示的本发明中双极性脉冲产生电路可能的一种结构组成，电路的前半部分(第1级到第m级)是由高压正脉冲模块组成，后半部分(第m+1级到第2m级)由高压负脉冲模块组成。在第一个阶段，开关组SW₁，SW₂，…，SW_m中的低端固体开关K2和开关组SW_m+1，SW_m+2，…，SW_2m中的高端固体开关K1均导通，相应的开关组SW₁，SW₂，…，SW_m中的高端固体开关K1和开关组SW_m+1，SW_m+2，…，SW_2m中的低端固体开关K2均关断，这时，高压正脉冲模块和高压负脉冲模块都处于充电状态，SW_2m的输出端(也是本发明装置的最后输出端)电压为0V。

第二个阶段，开关组SW₁，SW₂，…，SW_2m中的高端固体开关K1均导通，相应的开关组SW₁，SW₂，…，SW_2m中的低端固体开关K2均关断，这时，高压正脉冲模块处于放电状态，高压负脉冲模块处于充电状态，SW₁开关组的输出电压是VH，由于短时间内储能模块两端的电压不会突变，SW₁的输出端和SW₂的低端、以及高压直流电源的子模块DC₂的低端DC_2L相连，这时，DC₂的高端DC_2H电压幅值为2VH，因此，SW₂的输出端电压为2VH。依次类推，SW_m的输出端为mVH，而SW_m输出端和SW_m+1低端、以及高压直流电源的子模块DC_m+1的高端DC_(m+1)H相连，可得SW_m+1的输出为mVH。依次类推，SW_2m的输出端电压为mVH。

第三个阶段和第一个阶段类似，开关组SW₁，SW₂，…，SW_m中的低端固体开关K2和开关组SW_m+1，SW_m+2，…，SW_2m中的高端固体开关K1均导通，相应的开关组SW₁，SW₂，…，SW_m中的高端固体开关K1和开关组SW_m+1，SW_m+2，…，SW_2m中的低端固体开关K2均关断，这时，高压正脉冲模块和高压负脉冲模块均处于充电状态，SW_2m开关组的输出电压是0V。

第四个阶段，开关组SW₁，SW₂，…，SW_2m中的低端固体开关K2均导通，相应的开关组SW₁，SW₂，…，SW_2m中的高端固体开关K1均关断，此时，高压正脉冲模块处于充电状态，高压负脉冲模块处于放电状态，SW₁的高压输出端为0V，依次类推，SW_m的高压输出端也为0V。这时，由于SW_m的输出端和SW_m+1的高端、以及高压直流电源的子模块DC_m+1的高端DC_(m+1)H相连，DC_m+1的高端电压为0V，因此SW_m+1的低端电压为-VH，开关K2导通，SW_m+1的高压输出为-VH。依次类推，SW_2m的高压输出为-mVH。

如果按照上述时序循环控制每个开关组中高端固体开关K1和低端固体开关K2的导通和关断，就可以产生多个幅值为±mVH的双极性高压脉冲。

实施例1

如图3所示的本发明中双极性高压脉冲产生电路的实施例1，电路的前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成。第一个阶段，SW₁、SW_m+2，SW_m+3，…，SW_2m的低端固体开关K2导通，SW₂，SW₃，…，SW_m+1的高端固体开关K1导通，相应地，SW₁、SW_m+2，SW_m+3，…，SW_2m的高端固体开关K1关闭，SW₂，SW₃，…，SW_m+1的低端固体开关K2关闭，高压正脉冲模块和高压负脉冲模块都处于充电状态，SW_2m的高压输出为0；第二个阶段，所有开关组的高端固体开关K1导通，低端固体开关K2关闭，高压正脉冲模块处于放电状态，高压负脉冲模块处于充电状态，此时，SW₁的高压输出端直接和高压直流输入高端DC_1H连接，因此SW₁的高压输出为VH，同理，SW_m+1的高压输出为VH，而SW_m+1的高压输出和SW_m+2的高压直流输入低端DC_(m+2)L相连，因此，SW_m+2的高压直流电源输入高端DC_(m+2)H为2VH，SW_m+2的高压输出为2VH。依次类推，SW_2m的高压输出为mVH；第三个阶段，开关工作状态和第一个阶段完全相同，SW_2m的高压输出为0；第四个阶段，所有开关组的低端固体开关K2导通，高端固体开关K1关闭，高压正脉冲模块处于充电状态，高压负脉冲模块处于放电状态，此时，SW₁的高压输出为0V，而SW₁的高压输出和SW₂的高压直流输入高端DC_2H相连，因此，SW₂的高压直流输入低端DC_2L为-VH，SW₂的高压输出为-VH，依次类推，SW_m+1的高压输出为-mVH。SW_2m的高压输出相当于和SW_m+1的高压输出直接相连，也为-mVH。

如果按照上述时序循环控制每个开关组中高端固体开关K1和低端固体开关K2的导通和关断，就可以产生多个幅值为±mVH的双极性高压脉冲。

实施例2

如图4所示的本发明中双极性高压脉冲产生电路可能的第三种结构组成，电路由正脉冲模块和负脉冲模块交错级联组成。第一个阶段，SW₁，SW₃，…，SW_2m-1的低端固体开关K2导通，SW₂，SW₄，…，SW_2m的高端固体开关K1导通，相应地，SW₁，SW₃，…，SW_2m-1的高端固体开关K1关闭，SW₂，SW₄，…，SW_2m的低端固体开关K2关闭，高压正脉冲模块和高压负脉冲模块都处于充电状态，SW_2m的高压输出为0；第二个阶段，所有开关组的高端固体开关K1导通，低端固体开关K2关闭，高压正脉冲模块处于放电状态，高压负脉冲模块处于充电状态，此时，SW₁的高压输出为VH，SW₂的高压直流输入相当于和SW₁的高压输出直接相连，也为VH，而SW₂的高压输出和SW₃的高压直流输入低端DC_3L直接相连，因此，SW₃的高压直流输入高端DC_3H为2VH，SW₃高压输出为2VH，依次类推，SW_2m-1的高压输出为mVH。SW_2m的高压输出相当于和SW_2m-1高压输出直接相连为mVH；第三个阶段，开关工作状态和第一个阶段完全相同，高压正脉冲模块和高压负脉冲模块都处于充电状态，SW_2m的高压输出为0；第四个阶段，所有开关组的低端固体开关K2导通，高端固体开关K1关闭，高压正脉冲模块处于放电状态，高压负脉冲模块处于放电状态，此时，SW₁的高压输出为0，而SW₁的高压输出和SW₂的高压直流输入高端DC_2H直接相连，因此，SW₂的高压直流输入低端DC_2L为-VH，SW₂高压输出为-VH，依次类推，SW_2m的高压输出为-mVH。

如果按照上述时序循环控制每个开关组中高端固体开关K1和低端固体开关K2的导通和关断，就可以产生多个幅值为±mVH的双极性高压脉冲。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，包括串联连接的高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路，所述高压正脉冲产生电路和高压负脉冲产生电路组成双极性高压脉冲产生电路，其中，高压正脉冲产生电路由一系列高压正脉冲模块组成，高压负脉冲产生电路由一系列高压负脉冲模块组成，所述高压正脉冲模块包括正脉冲控制模块、正脉冲开关模块以及正脉冲储能模块，正脉冲控制模块通过控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定正脉冲储能模块充电或放电；所述高压负脉冲模块包括负脉冲控制模块、负脉冲开关模块以及负脉冲储能模块，负脉冲控制模块通过控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断决定负脉冲储能模块充电或放电；所述产生双极性高压脉冲的装置还包括用于给正脉冲储能模块和负脉冲储能模块提供高压直流输入的高压直流电源模块，且高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间相互隔离，以及用于给正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压的低压直流电源模块；

双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压正脉冲模块组成，后半部分由高压负脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路的前半部分由高压负脉冲模块组成，后半部分由高压正脉冲模块组成；或双极性高压脉冲产生电路由高压正脉冲模块和高压负脉冲模块任意交错级联组成，即双极性高压脉冲产生电路的每一级为高压正脉冲模块或高压负脉冲模块，但是，至少有一级必须是和其它级是不一样的模块；

所述正脉冲开关模块包括n级开关组，负脉冲开关模块包括k级开关组，且n≥1，k≥1，n+k＝2m，2m级开关组悬浮级联，每级开关组包括高端固体开关K1和低端固体开关K2，高端固体开关K1和低端固体开关K2连接的节点为每级开关组的高压输出Vout，每级开关组的地端GND为低端固体开关K2的另一端，每级开关组的电源端Vp为高端固体开关K1的另一端。

2.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，在高压正脉冲产生电路中，高一级开关组SW_n+1的地端GND和低一级开关组SW_n的电源输出端Vout直接相连，其中n＝1，2，3，…，2m-1；在高压负脉冲产生电路中，高一级开关组SW_k+1的电源端Vp和低一级开关组SW_k的电源输出端Vout直接相连，其中k＝1，2，3，…，2m-1，且k≠n。

3.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，高端固体开关K1为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接；低端固体开关K2为一个开关或多个开关，且多个开关之间并联或串联连接。

4.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，每级开关组的高端固体开关K1和低端固体开关K2能够同时关闭，但不能同时导通。

5.根据权利要求书1所述的一种产生双极性高压脉冲的装置，其特征在于，高压直流电源模块与正脉冲储能模块及负脉冲储能模块之间通过变压器进行隔离或通过单向导通器件进行隔离；当采用单向导通器件进行隔离时，在高压正脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出高端和正脉冲储能模块的输入高端之间；在高压负脉冲产生电路中，单向导通器件连接在高压直流电源模块的输出低端和负脉冲储能模块的输入低端之间。

6.一种采用权利要求1所述的装置产生双极性高压脉冲的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：开启低压直流电源模块，为正脉冲控制模块、负脉冲控制模块、正脉冲开关模块、负脉冲开关模块以及高压直流电源模块提供工作电压；

步骤二：正脉冲控制模块控制正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，负脉冲控制模块控制负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断；

步骤三：根据步骤二中正脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电或放电；同时根据步骤二中负脉冲开关模块中每个开关的导通或关断，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电或放电；

步骤四：每一级开关组的高压输出叠加，在双极性高压脉冲产生电路的最后一级，输出双极性高压脉冲。

7.根据权利要求6所述的一种产生双极性高压脉冲的方法，其特征在于，步骤三具体为：在高压正脉冲产生电路中，当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对正脉冲储能模块进行放电；

在高压负脉冲产生电路中，当高端固体开关K1导通，低端固体开关K2断开，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行充电；当高端固体开关K1断开，低端固体开关K2导通，高压直流电源模块对负脉冲储能模块进行放电。

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