CN110971138A - 新型双极性高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明分开了一种新型双极性方波高压脉冲电源及产生双极性脉冲的控制策略，双极性Marx主电路、大功率IGBT驱动电路，信号发生电路；双极性Marx主电路选用大功率IGBT模块作为开关器件，大功率IGBT模块内置反向并联二极管提供足够的耐压值和保护，用于构成主电路回路；大功率IGBT驱动电路采用变压器隔离和浮地驱动设计，利用DC‑DC单电源供电模块，实现驱动电路与高压主回路安全隔离；信号发生电路稳定地产生脉冲信号控制双极性Marx主电路中的IGBT开关有规律的产生正、负极性脉冲，同时采用光纤隔离提高信号的抗干扰能力。本发明的高压脉冲电源用于液体灭菌，其负载多呈现为阻性和容阻性。本发明的脉冲电源电路采用双极性脉冲控制策略，可以通过较低的电压获得较高幅值的脉冲电压，并且具有良好的电压钳制能力，避免了串联固态开关开通一致性要求过于严苛的问题，提高了电源的安全性。

Description

新型双极性高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略

技术领域

本发明涉及电气工程领域，尤其涉及新型双极性方波高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略。

背景技术

食品灭菌处理技术一直是各种食品处理技术中的重点。非热力灭菌技术是一种与热力灭菌技术相对的食品灭菌方法，其原理是在不显著改变液体食品温度的前提下，利用其它物理或化学技术达到食品灭菌要求。在多种非热力灭菌技术中，高压脉冲电场灭菌技术凭借其灭菌时间短、能耗少、效率高和基本不破坏食物的原有风味等优点，受到了消费者的青睐，因此此项技术一直是各大研究机构的研究重点。

高压脉冲电源的极性一般可分为单极性和双极性脉冲，相对于单极性脉冲电源，双极性脉冲电源在食品杀菌、水处理等方面表现出更优异的性能，能量利用效率更高；在烟气脱硫处理上，双极性供电可以降低火花击穿频率以及更好的脱硫效果；在绝缘测试领域，双极性测试脉冲更符合变频失效机理，并且更易实现相关标准的规范化等。双极性高压脉冲最广泛应用于灭菌技术，负载常呈现阻性和容阻性。

发明内容

本发明旨在实现脉冲电源电压、频率、极性可调的双极性脉冲用于液体食品灭菌，并具有传统Marx电路所不具有的双极性特性，有较高的电源频率。为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种新型双极性方波高压脉冲电源电路，其关键在于，包括：双极性Marx主电路、大功率IGBT驱动电路，信号发生电路；

所述所述双极性Marx主电路输入端连接到高压直流电源的输出端，所述大功率IGBT驱动电路输入端连接到信号发生电路的输出端，所述双极性Marx主电路控制信号端连接到大功率IGBT驱动电路的输出端，通过开关器件的开通和闭合控制电路，对负载正向或负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节，所述双极性Marx主电路内部设置负载，所述双极性Marx主电路负载两端信号输出连接到探头，并使用示波器查看。

所述的新型双极性高压脉冲电源电路，优选的，所述双极性Marx主电路包括：第一级双极性Marx电路，第n级双极性Marx电路，所述n≥2，

第一级双极性Marx电路包括：开关Ta1、开关Tb1、开关Tc1、开关Td1、开关Tf1、二极管Dc1、二极管Dd1，

双极性Marx电路连接到高压直流源Udc，所述高压直流源内阻位rdc：所述内阻rdc一端连接到电源Udc，所述内阻rdc另一端连接开关Tf1一端，所述开关Tf1另一端分别连接电容C0一端、开关Tc1一端和开关Tb1的一端，所述开关Tc1另一端连接到续流二极管Dc1一端，续流二极管Dc1的另一端连接到电容C1一端、开关Ta1一端及第n级双极性Marx电路一端，所述开关Ta1的另一端连接到电容C0的另一端，所述开关Tb1另一端分别连接到电容C1和第n级双极性Marx电路另一端，所述电容C1的另一端分别连接到续流二极管Dd1的一端和第n级双极性Marx电路另一端，所述续流二极管Dd1另一端连接到开关Td1一端，所述开关Td1另一端分别连接到电源Udc另一端和电容C0另一端；

第n级双极性Marx电路包括：开关Tan、开关Tbn、开关Tcn、开关Tdn、二极管Dcn、二极管Ddn。

所述开关Tcn一端分别连接到电容Cn-1和第n-1级双极性Marx电路一端，所述开关Tcn另一端连接到续流二极管Dcn一端，续流二极管Dcn的另一端分别连接到电容Cn一端和开关Tan一端，所述开关Tan的另一端连接到电容Cn-1的另一端，所述开关Tbn另一端分别连接到电容Cn和电容Cn-1一端，所述电容Cn的另一端分别连接到续流二极管Ddn的一端，所述续流二极管Ddn另一端连接到开关Tdn一端，所述开关Tdn另一端分别连接到第n-1级双极性Marx电路另一端和电容C n-1另一端。

所述的新型双极性高压脉冲电源电路，优选的，还包括：负载R0，

所述负载U0的一端连接到电容C0的另一端，所述负载R0的另一端连接到电容Cn的另一端。

所述的新型双极性高压脉冲电源电路，优选的，还包括：大功率IGBT驱动电路，所述大功率IGBT驱动电路采用变压器隔离和浮地驱动设计，利用DC-DC单电源供电模块。

所述IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计，利用单电源DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电源和高压主回路的安全隔离；驱动电路通过光纤接受模块从信号发生电路接收PWM信号，通过保护电路传输到IGBT主驱动芯片的信号输入端，控制大功率IGBT模块的关断。

所述的新型双极性高压脉冲电源电路，优选的，还包括：信号发生电路，所述信号发生电路为FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，光纤隔离模块；

所述FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，利用FPGA产生4路不同的PWM波形，每路PWM波形通过光纤隔离模块，同时给总共25个IGBT模块提供控制，光纤模块能有效的抵御别的电信号，让到达各IGBT模块的信号同步，更好的控制IGBT的通断。

本发明还公开一种新型双极性方波高压脉冲电源及产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，确定极性可调方波高压脉冲电源电路的控制工作时序，通过对该电路的控制工作时序，获得该电路在容阻性负载状态下的稳定工作状态，对该电路负载的储能电容充电和放电操作，获得该电路在高电压下的双极性脉冲的稳定工作状态。

所述的新型双极性高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，所述步骤1包括：

t0时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t1时刻，使Tfi、Tai、Tbi、Tci、Tdi关断，储能电容Cj充电完毕，

t1时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t2时刻，使Tfi、Tai、Tci、Tdi关断，Tbi闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成正向放电回路，串联放电，负载正向导通，理想值U0＝n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲，

t3时刻，使Tfi、Tai、Tbi、Tci、Tdi关断，该时刻过后预留死区时间，等待Tbi完全关断；

t4时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t5时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，

t5时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t6时刻，使Tfi、Tbi、Tci、Tdi关断，Tai闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成负向放电回路，串联放电，负载负向导通，理想值U0＝-n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲；

t7时刻，预留死区时间直到t8时刻，为下个周期T产生双极性中的正极性脉冲做好准备；

t8时刻，结束本次产生负向的高压脉冲周期，并开始了新的周期T；

完成了双极性高压脉冲输出。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

提出了一种新型双极性方波高压脉冲电源电路，改进传统Marx电路单极性的特点，通过并联充电、串联放电，将IGBT模块代替传统的球隙开关，使脉冲电源工作更加安全可靠，通过新的主电路设计及特定的脉冲控制策略，新型双极性方波高压脉冲电源能够产生±6kV的脉冲波。同时IGBT的开关特性好、通流能力大、驱动功率大，足够承受液体灭菌时候呈现的低阻值大电流。其次，将大功率IGBT驱动模块通过光纤将信号于电源隔离，减少PWM在传输过程中受到的干扰，使工作安全可靠。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明新型双极性方波高压脉冲电源主拓扑系统结构示意图；

图2是本发明新型双极性方波高压脉冲电源双极性marx电路及负载部分示意图；

图3是本发明新型双极性方波高压脉冲电源IGBT模块开关时序及产生脉冲示意图；

图4是本发明新型双极性方波高压脉冲电源储能电容Cj并联充电回路示意图；

图5是本发明新型双极性方波高压脉冲电源负载正向脉冲回路示意图；

图6是本发明新型双极性方波高压脉冲电源负载负向脉冲回路示意图；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“输入端”、“输出端”、“正向”、“负向”等指示的方位或位置关系魏基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“级联”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是各级双极性Marx电路之间相连，两种电路输入端与输出端分别连通，也就是两端相连。

如图1所示，该新型双极性方波高压脉冲电源主拓扑系统结构由市电1、高压直流电源2、双极性Marx主电路3、负载4、信号发生电路5、大功率IGBT驱动电路6、示波器7、高压差分探头8。通过改变信号发生电路5输出的PWM波控制开关信号的频率和占空比即可改变频率和脉宽及输出脉冲的极性。

高压直流电源1采用直流电源(Udc＜800V)，rdc为内阻约为70Ω，即可实现±6kV高压脉冲的输出。

所述的新型双极性方波高压脉冲电源电路，优选的，所述双极性Marx主电路包括：第一级双极性Marx电路，第n级双极性Marx电路，所述n≥2，

第1级双极性Marx电路包括：开关Ta1、开关Tb1、开关Tc1、开关Td1、开关Tf1、二极管Dc1、二极管Dd1，

双极性Marx主电路连接高压直流源Udc，所述高压直流电源内阻位rdc：所述内阻rdc一端连接到电源Udc，所述内阻rdc另一端连接开关Tf1一端，所述开关Tf1另一端分别连接电容C0一端、开关Tc1一端和开关Tb1的一端，所述开关Tc1另一端连接到续流二极管Dc1一端，续流二极管Dc1的另一端连接到电容C1一端、开关Ta1一端及第n级双极性Marx电路一端，所述开关Ta1的另一端连接到电容C0的另一端，所述开关Tb1另一端分别连接到电容C1和第n级双极性Marx电路另一端，所述电容C1的另一端分别连接到续流二极管Dd1的一端和第n级双极性Marx电路另一端，所述续流二极管Dd1另一端连接到开关Td1一端，所述开关Td1另一端分别连接到电源Udc另一端和电容C0另一端；

第n级双极性Marx电路包括：开关Tan、开关Tbn、开关Tcn、开关Tdn、二极管Dcn、二极管Ddn，

所述开关Tcn一端分别连接到电容Cn-1和第n-1级双极性Marx电路一端，所述开关Tcn另一端连接到续流二极管Dcn一端，续流二极管Dcn的另一端分别连接到电容Cn一端和开关Tan一端，所述开关Tan的另一端连接到电容Cn-1的另一端，所述开关Tbn另一端分别连接到电容Cn和电容Cn-1一端，所述电容Cn的另一端分别连接到续流二极管Ddn的一端，所述续流二极管Ddn另一端连接到开关Tdn一端，所述开关Tdn另一端分别连接到第n-1级双极性Marx电路另一端和电容C n-1另一端；

所述的新型双极性高压脉冲电源电路，优选的，还包括：负载U0，

所述负载U0的一端连接到电容C0的另一端，所述负载U0的另一端连接到电容Cn的另一端。

所述大功率IGBT驱动电路采用变压器隔离和浮地驱动设计，并利用DC-DC单电源供电模块，实现驱动电源与高压主回路之间的安全隔离；驱动电路通过光纤信号，接受从信号发生电路产生的PWM信号，通过保护电路给大功率IGBT驱动芯片的信号输入端传输信号，控制IGBT模块的通断。

如图2所示，新型双极性方波高压脉冲电源由高压直流电源2、双极性Marx主电路3，以及负载4组成。双极性Marx主电路3共9级，但不限于9级，设该双极性Marx主电路3为n级，n≥1时，其包括：4n+1个开关，n+1个电容，2n个二极管并与负载级联，通过控制由IGBT及反并联二极管组成的开关模块，各组之间的导通、关断的不同时序控制，实现对高压脉冲极性的调节，当Tfi、Tai、Tci、Tdi关断，Tbi闭合，为负载提供正向通道导通时，为正向脉冲。当Tfi、Tbi、Tci、Tdi关断，Tai闭合，为负载提供反向通道导通时，为负向脉冲。用于灭菌时，负载多呈现容阻性。IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计方法，利用DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电路与高压主回路的安全隔离。

双极性Marx电路3为n级，当n≥2时，第1级含有4个开关分别为Ta1、Tb1、Tc1、Td1，2个电容C0、C1，2个二极管Dc1、Dd1，其他每级均含有4个开关Tai、Tbi、Tci、Tdi，1个电容Ci，2≤i≤n，当n≥2时，第1级到第n级采用级联相互连接关系。所述双极性Marx电路3的内部连接方式如图2所示，图2所示电路中所有的开关均采用IGBT，但不限于IGBT，也可采用其他类型的半导体开关。所采用的IGBT内部集成了快恢复的反并联二极管，该反并联快速恢复二极管在Marx的控制信号不同步时，发挥了关键保护作用。

新型双极性方波高压脉冲电源的负载一般为液体，多呈现阻性或容阻性。

IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计方法，利用DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电路与高压主回路的安全隔离；驱动控制的PWM信号则通过光纤从MCU传输到驱动芯片2ED30017-st的信号输入端，控制IGBT的通断。该芯片采用变压器隔离，提高了隔离的可靠性。所述光纤信号接收模块HFBR2524，从左至右依次，“2”代表作为接收模块，“5”代表600m的接收器，“2”代表水平封装，“4”代表40kBd的高性能连接。所述IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计方法，并利用DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电源与高压主回路的安全隔离：驱动控制的PWM信号则通过光纤信号接受和发送模块从微控制器传输到驱动芯片2ED30017-st的信号输入端，控制IGBT的通断。

通过改变信号发生电路5输出的PWM开关控制信号的频率和占空比即可改变Uo的频率和脉宽，信号发生电路5通过改变对不同IGBT的通断可以改变Uo的极性。

高压探头6采用P6015型单端高压探头(测量峰值40kV、带宽70MHz)。通过测量该取样电阻上的电压值得到I₀值和波形。示波器7采用泰克公司TDS1012B-SC型示波器(采样率1GS/S，带宽100MHz)。

脉冲电源产生双极性脉冲的控制策略，控制整体双极性Marx主电路开关器件的通断，实现对负载的双极性放电，避免了开关器件IGBT的串联使用产生的同步问题，实现了结构简单的双极性脉冲电路。

脉冲电源产生双极性脉冲的控制策略的集体实施方法为；通过改变开关Tai、Tbi的控制信号时序，即可方便的实现输出脉冲单双极性的转变，以输出高压脉冲电压值，分析其工作原理。t0时刻，使控制开关Tai、Tbi关断，充电开关Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；t1时刻，使充电开关Tfi、Tci、Tdi和控制开关Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，t1时刻过后预留一定死区时间，等待充电开关Tfi、Tci、Tdi完全关断；t2时刻，使充电开关Tfi、Tci、Tdi和负向控制开关Tai关断，正向控制开关Tbi闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成正向串联放电回路，负载正向导通，理想值U0＝n×Udc；当储能电容Cj足够大、放电时间足够短时，得到顶部近似平稳的方波脉冲，t3时刻，使充电开关Tfi、Tci、Tdi和控制开关Tai、Tbi关断，该时刻过后预留死区时间，等待充电开关Tfi、Tci、Tdi完全关断；t4时刻，使控制开关Tai、Tbi关断，充电开关Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj再一次并联充电；t5时刻，使充电开关Tfi、Tci、Tdi和控制开关Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，t5时刻过后预留一定死区时间，等待充电开关Tfi、Tci、Tdi完全关断；t6时刻，使充电开关Tfi、Tci、Tdi和正向控制开关Tbi关断，负向控制开关Tai闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成负向串联放电回路，负载负向导通，理想值U0＝-n×Udc；当储能电容Cj足够大、放电时间足够短时，得到顶部近似平稳的方波脉冲；t7时刻，预留死区时间直到t8时刻，为下个周期T产生双极性中的正极性脉冲做好准备；t8时刻，结束本周期产生的高压脉冲信号，并开始了新的周期T；完成了双极性高压脉冲输出。

为证实图1所示拓扑电路的可行性和实用性，根据本发明提出的设计参数，最后对本发明出的一种新型高压双极性方波脉冲电源进行了性能测试。验证该发明提出的新型高压双极性方波脉冲电源达到了设计指标，即输出电压达±6kv，输出电流达±60A，脉冲数达500pps，额定输出时脉宽5ms，能在阻性、容阻性负载下正常工作，并可以实现电压、频率、脉宽、极性的调节。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“如图所示”、“如要求所述”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的十一型表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管以及示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的方位由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种用于液体灭菌的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于包括：双极性Marx主电路、大功率IGBT驱动电路，信号发生电路；所述双极性Marx主电路输入端连接到高压直流电源的输出端，所述大功率IGBT驱动电路输入端连接到信号发生电路的输出端，所述双极性Marx主电路控制信号端连接到大功率IGBT驱动电路的输出端，通过开关器件的开通和闭合控制电路，对负载正向或负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节，所述双极性Marx主电路内部设置负载，所述双极性Marx主电路负载两端信号输出连接到探头。

2.根据权利要求1所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，所述双极性Marx主电路包括：第一级双极性Marx电路，第n级双极性Marx电路，所述n≥2；

第一级双极性Marx电路包括：开关Ta1、开关Tb1、开关Tc1、开关Td1、开关Tf1、二极管Dc1、二极管Dd1，双极性Marx电路链接高压直流源Udc，所述高压直流源内阻位rdc：所述内阻rdc一端连接到电源Udc，所述内阻rdc另一端连接开关Tf1一端，所述开关Tf1另一端分别连接电容C0一端、开关Tc1一端和开关Tb1的一端，所述开关Tc1另一端连接到续流二极管Dc1一端，续流二极管Dc1的另一端连接到电容C1一端、开关Ta1一端及第n级双极性Marx电路一端，所述开关Ta1的另一端连接到电容C0的另一端，所述开关Tb1另一端分别连接到电容C1和第n级双极性Marx电路另一端，所述电容C1的另一端分别连接到续流二极管Dd1的一端和第n级双极性Marx电路另一端，所述续流二极管Dd1另一端连接到开关Td1一端，所述开关Td1另一端分别连接到电源Udc另一端和电容C0另一端；

第n级双极性Marx电路包括：开关Tan、开关Tbn、开关Tcn、开关Tdn、二极管Dcn、二极管Ddn，所述开关Tcn一端分别连接到电容Cn-1和第n-1级双极性Marx电路一端，所述开关Tcn另一端连接到续流二极管Dcn一端，续流二极管Dcn的另一端分别连接到电容Cn一端和开关Tan一端，所述开关Tan的另一端连接到电容Cn-1的另一端，所述开关Tbn另一端分别连接到电容Cn和电容Cn-1一端，所述电容Cn的另一端分别连接到续流二极管Ddn的一端，所述续流二极管Ddn另一端连接到开关Tdn一端，所述开关Tdn另一端分别连接到第n-1级双极性Marx电路另一端和电容C n-1另一端。

3.根据权利要求1所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，包括：负载U0，所述负载U0的一端连接到电容C0的另一端，所述负载U0的另一端连接到电容Cn的另一端。

4.根据权利要求3所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，还包括：大功率IGBT驱动电路，所述大功率IGBT驱动电路采用变压器隔离和浮地驱动设计，利用DC-DC单电源供电模块；

所述IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计，利用单电源DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电源和高压主回路的安全隔离；驱动电路通过光纤接受模块从信号发生电路接收PWM信号，通过保护电路传输到IGBT主驱动芯片的信号输入端，控制大功率IGBT模块的关断。

5.根据权利要求4所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，还包括：信号发生电路，所述信号发生电路为FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，光纤隔离模块；

所述FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，利用FPGA产生4路不同的PWM波形，每路PWM波形通过光纤隔离模块，同时给总共25个IGBT模块提供控制，光纤模块能有效的抵御别的电信号，让到达各IGBT模块的信号同步，更好的控制IGBT的通断。

6.一种新型双极性方波高压脉冲电源及产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，包括如下步骤：

确定极性可调方波高压脉冲电源电路的控制工作时序，通过对该电路的控制工作时序，获得该电路在容阻性负载状态下的稳定工作状态，对该电路负载的储能电容充电和放电操作，获得该电路在高电压下的双极性脉冲的稳定工作状态。

7.根据权利要求6所述的新型双极性高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，所述步骤1包括：

t0时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t1时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，

t1时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t2时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai关断，Tbi闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成正向放电回路，串联放电，负载正向导通，理想值U0=n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲，

t3时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，该时刻过后预留死区时间，等待Tbi完全关断；

t4时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t5时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，

t5时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t6时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tbi关断，Tai闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成负向放电回路，串联放电，负载负向导通，理想值U0=-n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲；

t7时刻，预留死区时间直到t8时刻，为下个周期T产生双极性中的正极性脉冲做好准备；

t8时刻，结束本次产生负向的高压脉冲周期，并开始了新的周期T，完成了双极性高压脉冲输出。

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