CN110289832B - 一种固态调制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固态调制器，包括：直流电源、多个脉冲开关、二极管、脉冲变压器；其中，所述多个脉冲开关的输出端串联后与所述脉冲变压器的输入端连接；所述脉冲开关包括：储能电容、受控开关；其中，所述储能电容并联有直流电源，用于给所述储能电容充电；当触发所述未并联有二极管的脉冲开关中受控开关导通时，所述储能电容、受控开关、脉冲变压器、二极管形成电流回路，脉冲变压器的输入端得到低电压脉冲，对应输出低能脉冲；当触发所述至少一组未并联有二极管的脉冲开关和至少一组并联有二极管的脉冲开关中的受控开关同时导通时，脉冲变压器的输入端得到高电压脉冲，对应输出高能脉冲。

Description

一种固态调制器
技术领域
本发明涉及高压脉冲调制器，特别是一种固态调制器。
背景技术
脉冲调制器本质上是一个功率转换器，把初级电源送来的交流功率先转换成合适电压的直流功率，然后再通过脉冲产生系统形成和控制负载上所要求的调制脉冲，其基本原理是利用开关的通断状态来控制脉冲信号。固态调制器是脉冲调制器的一种类型，它广泛应用于国防、工业辐照、食品处理、医疗和污染控制等诸多领域，是这些设备的核心部分，它的技术方案和性能指标将直接影响最终设备的成败和性能指标。
传统固态调制器输出脉冲功率非常大、电压高，但多为单一脉冲强度输出，随着用户对最终成像效果的高要求，采用不同的脉冲强度交替工作，得到不同辐照强度下的成像效果，逐渐成为一种新的趋势。即需要固态调制器输出不同电压、电流幅值交替工作的高压脉冲。
采用传统的固态调制器方案已不能满足使用要求，因此需要提供一种新型固态调制器，以实现系统的不同脉冲强度的交替输出，同时需要满足系统对脉冲波形上升沿时间、下降沿时间、平顶衰减和脉冲时间调整等技术参数。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种能够实现交替脉冲输出的固态调制器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种固态调制器，包括：直流电源、至少两个脉冲开关、二极管、脉冲变压器；
其中，所述多个脉冲开关的输出端串联后与所述脉冲变压器的输入端连接；
所述脉冲开关包括：储能电容、受控开关；其中，所述储能电容并联有直流电源，用于给所述储能电容充电；所述受控开关与所述储能电容串联，受控开关导通后为储能电容提供放电回路；其中，所述多个脉冲开关中部分脉冲开关的输出端并联二极管；
当触发所述未并联有二极管的脉冲开关中的受控开关与M组并联有二极管的脉冲开关同时导通时，所述储能电容、受控开关、脉冲变压器、二极管形成电流回路，脉冲变压器的输入端得到低电压脉冲，对应输出低能脉冲；当所述未并联有二极管的脉冲开关中的受控开关与N组并联有二极管的脉冲开关导通时，所述多个脉冲开关的储能电容、受控开关、脉冲变压器形成电流回路，脉冲变压器的输入端得到高电压脉冲，对应输出高能脉冲；以实现脉冲变压器的交替脉冲输出；
其中，M(M＝0、1、2…)、N(N＝1、2…)为整数，并且N＞M。
优选的，所述并联在脉冲开关输出端的二极管的正极与所述储能电容的负极连接。
优选的，当输出高脉冲时，所述并联有二极管的脉冲开关中受控开关的导通时间大于或等于未并联二极管的脉冲开关中受控开关的导通时间。
优选的，所述受控开关为IGBT。
优选的，还包括并联在所述多个脉冲开关的输出端与所述脉冲变压器的输入端之间的RCD电路，该RCD电路中电阻R与电容C并联后与二极管D串联。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、提供了一种有效的解决方案，实现了调制器不同脉冲幅度和能量的交替输出，满足了用户对固态调制器的使用需求；且可根据使用需求，实现高、低脉冲幅度的调节；直流电源的功率近似等于系统输出功率，系统体积小、可靠性高。
2、本方案不仅可以不同脉冲幅度交替输出，还可以实现传统固态调制器单一脉冲幅度输出的功能，且脉冲幅度可调。
3、本发明方案很容易就实现脉冲时间、频率的调整，且在实现高能脉冲输出时，不必要求多个脉冲开关中的可控开关触发的同步性，大大降低了控制难度，保证脉冲波形的上升时间、下降时间和脉冲平顶，电气和控制方案简单实用。
4、本发明中的两路脉冲开关中至少有一个脉冲输出开关无续流二极管，在可控开关关断后，脉冲开关无等效续流二极管，通过RCD电路进行吸收，能有效抑制脉冲关断时变压器电路所产生的复杂震荡，防止脉冲发生畸变。
5、由于脉冲开关中的脉冲电流特别大，采用多组RCD电路并联吸收，电阻可起限流作用而有效保护二极管，而减小二极管的大小，电容能提高瞬态吸收效果，在保证和提高调制器性能的同时，增加了可靠性，减小系统体积，节约了成本。
附图说明
图1是传统的单能调制器输出脉冲。
图2为双能调制器交替输出脉冲。
图3为实现双能脉冲输出的第一电气回路。
图4为双能脉冲与可控开关的第一触发脉冲逻辑关系。
图5为双能脉冲与可控开关的第二触发脉冲逻辑关系。
图6为实现双能脉冲输出的第二电气回路。
图7为实现双能脉冲输出的第三电气回路。
附图说明：1-脉冲开关；2-RCD电路；3-脉冲变压器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
图3示意了一种实现双能脉冲输出的固态调制器，包括两个直流电源用于为储能电容提供电能；两个脉冲开关1。其中，第一脉冲开关中包含储能电容C1、C2，可控开关Q1、Q2，第二脉冲开关输出端未并联有二极管，第二脉冲开关输出端并联有二极管D1，为可控开关Q1和Q2分别提供触发脉冲即可分别导通Q1和Q2；两个脉冲开关输出端串联，串联后输出端并联有RCD吸收，再并联脉冲变压器。
如图4示意了可控开关的触发脉冲与输出高、低能脉冲间关系，在t0时刻，可控开关Q1触发开通，储能电容C1的能量通过Q1、脉冲变压器、二极管D1输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1两端电压，输出脉冲电压为V1，脉冲能量为P1，在t1时刻触发脉冲关闭，脉冲停止；此时由于脉冲开关无并联二极管，脉冲变压器的原边电感的延续电流通过RCD电路进行吸收，并抑制脉冲关断时变压器电路所产生的复杂震荡，防止脉冲发生畸变。在t2时刻可控开关Q1和Q2触发开通，储能电容C2的能量通过Q2，再叠加C1的能量通过Q1、脉冲变压器输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1和C2两端电压的和，输出脉冲电压为V2，脉冲能量为P2，在t3时刻两路触发脉冲关闭，脉冲停止；此时脉冲变压器的原边电感的延续电流仍然通过RCD电路进行吸收，并抑制高频震荡。t4时刻，Q1触发开通，如此循环，可得到脉冲电压和脉冲能量交替输出的双能脉冲。
在工作过程中，调整直流电源的输出电压，可以方便的调整调制器的脉冲电压。
实施例2
图5示意了另外一种可控开关的触发脉冲与输出高、低能脉冲间关系，与实施例1不同的是，Q2的触发脉冲更宽，可提前开通或关闭。如图所示，t0时刻可控开关Q1触发开通，t1时刻关闭，调制器输出脉冲电压为V1，脉冲能量为P1的低能量脉冲。在t2时刻可控开关Q2触发开通，由于Q1未触发开通，且脉冲开关1未并联有二极管，形成不了电流通路，无电压输出；t3时刻，Q1触发开通，储能电容C2的能量通过Q2，再叠加C1的能量通过Q1、脉冲变压器输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1和C2两端电压的和，输出脉冲电压为V2，脉冲能量为P2，在t4时刻Q1触发脉冲关闭，电流回路切断，脉冲停止；在t5时刻，Q2触发脉冲关闭。t6时刻，可控开关Q1触发开通，输出低能脉冲，如此循环，可得到脉冲电压和脉冲能量交替输出的双能脉冲。此实例中，可要求Q1和Q2的触发脉冲不同步，降低了控制难度的同时，保证了脉冲波形的上升时间、下降时间和脉冲平顶，电气和控制方案简单实用。
实施例3
图6示意了另外一种实现双能脉冲输出的固态调制器主回路，包括第一直流电源、第二直流电源、第三直流电源用于为储能电容提供电能；第一脉冲开关、第二脉冲开关、第三脉冲开关中包含储能电容C1、C2、C3，可控开关Q1、Q2、Q3，第一脉冲开关输出端未并联有二极管，第二脉冲开关和第三脉冲开关输出端并联有二极管D1、D2。当第一脉冲开关中的可控开关Q1导通时，储能电容C1的能量通过Q1、脉冲变压器、二极管D1、D2输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1两端电压，输出脉冲电压为V1，脉冲能量为P1。当第一脉冲开关、第二脉冲开关、第三脉冲开关中的可控开关Q1、Q2和Q3导通时，储能电容C3通过Q3，叠加C2的能量通过Q2，再叠加C1的能量通过Q1、脉冲变压器形成回路输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1、C2和C3共3只电容电压的和，输出脉冲电压为V2，脉冲能量为P2。如此交替工作，可得到脉冲电压和脉冲能量交替输出的双能脉冲。
实施例4
图7示意了另外一种实现双能脉冲输出的固态调制器主回路，包括直流电源1、直流电源2、直流电源3用于为储能电容提供电能；第一脉冲开关、第二脉冲开关、第三脉冲开关中包含储能电容C1、C2、C3，可控开关Q1、Q2、Q3，第一脉冲开关和第二脉冲开关输出端未并联有二极管，第三脉冲开关输出端并联有二极管D1。当第一脉冲开关和第二脉冲开关中的可控开关Q1、Q2导通时，储能电容C2的能量通过Q2，再叠加储能电容C1的能量通过Q1、脉冲变压器、二极管D1输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1和C2两端电压的和，输出脉冲电压为V1，脉冲能量为P1。当第一脉冲开关、第二脉冲开关、第三脉冲开关的可控开关Q1、Q2和Q3导通时，储能电容C3通过Q3，叠加C2的能量通过Q2，再叠加C1的能量通过Q1、脉冲变压器形成回路输出能量，脉冲变压器得到输入电压为储能电容C1、C2和C3共3只电容电压的和，输出脉冲电压为V2，脉冲能量为P2。如此交替工作，可得到脉冲电压和脉冲能量交替输出的双能脉冲。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固态调制器，其特征在于，包括：直流电源、至少两个脉冲开关、二极管、脉冲变压器；
其中，所述多个脉冲开关的输出端串联后与所述脉冲变压器的输入端连接；
所述脉冲开关包括：储能电容、受控开关；其中，所述储能电容并联有直流电源，用于给所述储能电容充电；所述受控开关与所述储能电容串联，受控开关导通后为储能电容提供放电回路；其中，所述至少两个脉冲开关中部分脉冲开关的输出端并联二极管；
当触发未并联有二极管的脉冲开关中的受控开关与M组并联有二极管的脉冲开关同时导通时，所述储能电容、受控开关、脉冲变压器、二极管串联形成电流回路，脉冲变压器的输入端得到低电压脉冲，对应输出低能脉冲；当所述未并联有二极管的脉冲开关中的受控开关与N组并联有二极管的脉冲开关导通时，所述多个脉冲开关的储能电容、受控开关、脉冲变压器串联形成电流回路，脉冲变压器的输入端得到高电压脉冲，对应输出高能脉冲；以实现脉冲变压器的交替脉冲输出；
其中，M、N为整数，并且N＞M；
所述固态调制器还包括并联在所述多个脉冲开关的输出端与所述脉冲变压器的输入端之间的RCD电路，该RCD电路中电阻R与电容C并联后与二极管D串联。
2.根据权利要求1所述的固态调制器，其特征在于，所述并联在脉冲开关输出端的二极管的正极与所述储能电容的负极连接。
3.根据权利要求1所述的固态调制器，其特征在于，当输出高脉冲时，所述并联有二极管的脉冲开关中受控开关的导通时间大于或等于未并联二极管的脉冲开关中受控开关的导通时间。
4.根据权利要求1所述的固态调制器，其特征在于，所述受控开关为IGBT。
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