CN112540221A - 脉冲电压的发生方法、检测方法及对应的装置 - Google Patents

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CN112540221A CN202011295433.6A CN202011295433A CN112540221A CN 112540221 A CN112540221 A CN 112540221A CN 202011295433 A CN202011295433 A CN 202011295433A CN 112540221 A CN112540221 A CN 112540221A
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pulse voltage
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Abstract

本申请提供了一种脉冲电压的发生方法、检测方法及对应的装置。脉冲电压的发生方法包括：在接收到第一开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元均导通、第二开关单元和隔离单元均关断，形成第一放电回路对负载输出第一脉冲电压；在接收到第二开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元和隔离单元均关断、第二开关单元均导通，形成第二放电回路对负载输出第二脉冲电压。本申请可实现高压窄脉冲和低压宽脉冲的协同输出，高压窄脉冲和低压宽脉冲独立可调，控制更加精确方便，在应用于肿瘤消融的场景中时，有利于扩大消融面积。

Description

脉冲电压的发生方法、检测方法及对应的装置
技术领域
本申请涉及信号发生装置技术领域，具体而言，本申请涉及一种脉冲电压的发生方法、检测方法及对应的装置。
背景技术
传统的脉冲发生系统无法实现高压纳秒脉冲、低压微秒脉冲的独立可控输出，在应用于肿瘤消融的场景中时，消融体积较小，其应用范围受限于患者肿瘤尺寸。
传统脉冲电压检测方法存在以下缺陷：存在较大电磁干扰，无法进行统一集中的测量，导致测量结果误差较大；电路电压受限为低电压，而在进行千伏级高电压测量时会存在较大安全隐患。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种脉冲电压的发生方法、检测方法及对应的装置，用以解决现有技术存在的无法实现高压纳秒脉冲、低压微秒脉冲的独立可控输出、脉冲电压的检测误差较大的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种脉冲电压的发生方法，包括：在接收到第一开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元均导通、第二开关单元和隔离单元均关断，形成第一放电回路对负载输出第一脉冲电压；
在接收到第二开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元和隔离单元均关断、第二开关单元均导通，形成第二放电回路对负载输出第二脉冲电压；
第一脉冲电压的幅值大于第二脉冲电压的幅值，第一脉冲电压的脉宽小于第二脉冲电压的脉宽；
n为正整数。
第二方面，本申请实施例提供了一种脉冲发生器，包括：n级脉冲发生模块，n为正整数；
每一级脉冲发生模块中，第一隔离单元、第一储能单元、第二储能单元和第二隔离单元串联，第一储能单元、第二储能单元和第二隔离单元的串联结构与第一开关单元并联，第二储能单元和第二隔离单元的串联结构与第二开关单元并联；
各级脉冲发生模块的第一隔离单元串联；
各级脉冲发生模块的第二隔离单元串联，第一级脉冲发生模块中第二隔离单元的第一端、第n级脉冲发生模块中第二隔离单元的第二端用于与负载的两端电连接；
当n大于1时，第一级至第n-1级脉冲发生模块均还包括第三隔离单元，各第三隔离单元串联；第j级脉冲发生模块中第三隔离单元，第一端与第j级脉冲发生模块中第一储能单元和第二储能单元的连接点电连接，第二端与第j+1级脉冲发生模块中第一储能单元和第二储能单元的连接点电连接，j为不大于n-1的正整数；
各级脉冲发生模块中的每个开关单元均用于根据第一开关控制信号和第二开关控制信号导通或关断。
第三方面，本申请实施例提供了一种脉冲电压的检测方法，用于采集如本申请实施例第二方面提供的脉冲发生器输出的脉冲电压信号；
该检测方法包括：
电流感应模块感应流经脉冲发生器所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出；
信号处理模块对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路传输处理后的脉冲电压信号。
第四方面，本申请实施例提供一种脉冲电压的检测装置，包括：电连接的电流感应模块和信号处理模块；
电压感应模块用于：感应流经脉冲发生器所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出；
信号处理模块用于：对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路传输处理后的脉冲电压信号。
第五方面，本申请实施例提供一种脉冲发生系统，包括：控制电路以及本申请实施例第二方面的脉冲发生器；
控制电路与脉冲发生器通信连接；
控制电路用于：根据已确定的脉冲参数向脉冲发生器发送第一开关控制信号和第二开关控制信号。
本申请实施例提供的技术方案，至少具有如下有益效果：
1)本申请实施例提供的脉冲发生器和脉冲发生系统，设置有能够形成两种放电回路(即第一放电回路和第二放电回路)的电路拓扑，根据接收到的开关控制信号的不同可实现高压窄脉冲和低压宽脉冲的协同输出，相较于两台脉冲源协同单独施加脉冲的方式，本申请实施例提供的脉冲发生器装置更紧凑，输出的高压窄脉冲和低压宽脉冲独立可调(脉宽、幅值和脉冲间隔时间均可调)，控制更加精确方便，在应用于肿瘤消融的场景中时，有利于扩大消融面积。
2)本申请实施例提供的脉冲发生器采用模块化设计，每个脉冲发生模块相对独立，可通过脉冲发生模块的简单堆叠实现更高的脉冲电压输出，可根据实际需求增加或减少脉冲发生模块的数量，以满足不同应用场景的需求，操作简单方便。
3)本申请实施例提供的脉冲电压的检测方法对脉冲电压对应的电流进行直接检测，可避免检测千伏级高电压时的安全隐患，在采用皮尔森线圈检测电流时，可集中测量到准确的电流值，显著降低测量误差。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例提供的一种脉冲发生系统的结构框架示意图；
图2为本申请实施例提供的一种脉冲发生器的结构框架示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种脉冲发生系统的结构框架示意图；
图4为本申请实施例中的开关控制信号和脉冲发生器输出的脉冲电压的时序示意图；
图5为本申请实施例中的分压跟随电路的原理示意图；
图6为本申请实施例提供的又一种脉冲发生系统的结构框架示意图；
图7为本申请实施例提供的一种脉冲电压的发生方法的流程示意图；
图8为本申请实施例中充电回路的示意图；
图9为本申请实施例中第一放电回路的示意图；
图10为本申请实施例中第二放电回路的示意图；
图11为本申请实施例提供的一种脉冲电压的检测方法的流程示意图；
图12为本申请实施例提供的脉冲发生器输出电压的仿真波形示意图；
图13为本申请实施例中脉冲发生系统的性能测试平台的结构框架示意图；
图14为本申请实施例中的性能测试中纳秒高压窄脉冲脉宽在100ns～1μs变化的测试结果示意图；
图15为本申请实施例中的性能测试中微秒宽脉冲脉宽在10μs～80μs变化的测试结果示意图；
图16为对本申请实施例中第一开关控制信号和第二开关控制信号的时间间隔进行调整后的测试波形示意图；
图17为本申请实施例中细胞实验平台的结构框架示意图；
图18为本申请实施例中细胞实验的实验结果示意图。
附图标记列举如下：
100-控制电路；200-脉冲发生器，201-脉冲发生模块；300-上位机；410-电流感应模块，420-信号处理模块，421-分压跟随电路，422-差分电路，423-模数转换模块，4211-分压电路，4212-电压跟随器；510-第一直流电源，520-第二直流电源；600-短路保护装置，610-比较电路，620-触发器，630-继电器。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种脉冲发生系统，如图1所示，该脉冲发生系统包括：通信连接的控制电路100和脉冲发生器200。
控制电路100用于：根据已确定的脉冲参数向脉冲发生器200发送第一开关控制信号和第二开关控制信号；脉冲发生器200用于根据第一开关控制信号输出第一脉冲电压，根据第二开关控制信号输出第二脉冲电压。
第一脉冲电压的幅值大于第二脉冲电压的幅值，第一脉冲电压的脉宽小于第二脉冲电压的脉宽。
在一个示例中，第一脉冲电压的幅值可达到10kV(千伏)，脉宽的可调范围为100ns(纳秒)～1μs(微秒)；第二脉冲电压的幅值可达到3kV(千伏)，脉宽的可调范围为10μs～80μs。
可选地，控制电路100包括：电连接的微处理器和电平转换电路。
微处理器用于根据脉冲参数生成第一开关控制信号和第二开关控制信号；电平转换电路用于：对第一开关控制信号和第二开关控制信号进行电平转换，向脉冲发生器200发送电平转换后的第一开关控制信号和第二开关控制信号。
可选地，微处理器还可用于生成第三开关控制信号；电平转换电路还用于：对第三开关控制信号进行电平转换，向脉冲发生器200发送电平转换后的第三开关控制信号。
采用微处理器来产生开关控制信号，有利于实现脉冲发生装置的小型化。本申请实施例中的微处理器可以是FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，FPGA采用并行运算的处理方式，在进行时序控制时速度较快，内部集成的锁相环(PhaseLocked Loop，PLL)模块可以对外部时钟信号进行一系列复杂操作，包括分频、倍频、移相等，在低成本条件下就能够产生多路精度高、步长小的开关控制信号，可满足控制信号参数灵活可调的需求。
在一个示例中，本申请实施例中的FPGA可以选用ALTERA公司的Cyclone IV系列芯片，型号为EP4CE6F17C8。
本申请实施例中的电平转换电路可将开关控制信号由低电平转换为高电平，以提高控制和驱动的可靠性。在一个示例中，电平转换电路选用芯片SN74ALVC164245DGG，将FPGA输出的开关控制信号由+3.3V(伏特)转换成+5V，然后向脉冲发生器200发送。
可选地，控制电路100外设置有电磁屏蔽装置。
控制电路100通过连接件与脉冲发生器200通信连接，连接件经过电磁屏蔽装置上的连接孔与脉冲发生器200通信连接。
本申请实施例中的电磁屏蔽装置可以是一个金属屏蔽盒，除预留的连接孔外其余部分均密封，从而降低脉冲发生器200主回路放电对开关控制信号造成的电磁干扰。
可选地，连接件包括光纤连接线、光耦和变压器中的任意一种，以实现控制电路100和脉冲发生器200之间的隔离，减少两部分的相互干扰，例如光纤连接线可实现光纤连接线和光耦可实现光电隔离，变压器可实现磁场隔离。
可选地，光纤连接线包括：通信连接的光纤发射头、光缆和光纤接收头；其中，光纤发射头可与控制电路100中的电平转换电路电连接，将电平转换电路输出的开关控制信号由电信号转换为光信号，通过光缆将光信号传输至光纤接收头；光纤接收头可与脉冲发生器200电连接，将接收到的光信号转换为电信号并传输至脉冲发生器200，以实现光纤隔离。
本领域技术人员可以理解，当连接件包括光纤连接线、光耦和变压器中的任意一种，还可包括其它的必要且常规的配件和线路，例如用于连接光纤发射头和控制电路100、光纤接收头和脉冲发生器的线路200，又如用于连接光耦(或变压器)和控制电路100、光耦(或变压器)和脉冲发生器200的线路。
本申请实施例中可选用Firecomms公司的光纤发射头FR50MVIR、光缆和光纤接收头FR50MVIR，其带宽可以保证脉宽100ns及以上控制信号不失真。
如图2所示，本申请实施例中的脉冲发生器200包括：n级脉冲发生模块201，n为正整数。
参照图2的示例，每一级脉冲发生模块201均包括：第一储能单元CHi、第二储能单元CLi、第一开关单元SHi、第二开关单元SLi、第一隔离单元DHi和第二隔离单元Di，i为不小于n的正整数；当n大于1时，第一级至第n-1级脉冲发生模块201均还包括：第三隔离单元DLj。
每一级脉冲发生模块中，第一隔离单元DHi、第一储能单元CHi、第二储能单元CLi和第二隔离单元Di串联，第一储能单元CHi、第二储能单元CLi和第二隔离单元Di的串联结构与第一开关单元SHi并联，第二储能单元CLi和第二隔离单元Di的串联结构与第二开关单元SLi并联。
各级脉冲发生模块201的第一隔离单元DHi串联；各级脉冲发生模块201的第二隔离单元Di串联，第一级脉冲发生模块201中第二隔离单元D1的第一端、第n级脉冲发生模块201中第二隔离单元Dn的第二端用于与负载Rload的两端电连接。
当n大于1时，第一级至第n-1级脉冲发生模块201的第三隔离单元DLj串联；第j级脉冲发生模块201中第三隔离单元DLj，第一端与第j级脉冲发生模块201中第一储能单元CHi和第二储能单元CLi的连接点电连接，第二端与第j+1级脉冲发生模块中第一储能单元CH j+1和第二储能单元CL j+1的连接点电连接，j为不大于n-1的正整数。
各级脉冲发生模块201中的每个开关单元(包括第一开关单元SHi和第二开关单元SLi)均用于根据第一开关控制信号和第二开关控制信号导通或关断。
可选地，第一级脉冲发生模块201中，第一隔离单元DHi的第一端还用于与第一直流电源510(电源电压幅值为UH)电连接，第三隔离单元DLj的第一端还用于与第二直流电源520(电源电压幅值为UL)电连接；第一直流电源510(电源电压幅值为UH)的最大输出电压大于第二直流电源520的最大输出电压。
本申请实施例中的隔离单元均为单向隔离单元，即可实现某一方向导通另一方向截止的单元。
可选地，本申请实施例提供的脉冲发生器200，还包括：电源输入单元D0。
电源输入单元D0的两端，分别与第一级脉冲发生模块201的第一储能单元CHi的两端电连接，并用于与第一直流电源510和第二直流电源520分别电连接；电源输入单元D0用于使第一级脉冲发生模块201中的第一储能单元CHi的两端电压为非负值。
本申请实施例中各单元的具体器件可根据实际需求选择。
参照图2的示例，第一储能单元CHi和第二储能单元CLi分别包括一个储能电容，在选择具体的电容型号时，需要考虑其耐压值与电容值。
在一个示例中，若第二放电回路中电容CL1～CLn两端电压最大值等于最大充电电压300V，第一放电回路中电容CH1～CHn两端电压最大值等于最大充电电压1000V，则所选择储能电容的电压最大耐压值应大于对应的充电电压。
若需要同时满足在最大脉冲宽度、脉冲幅值下电压顶降小于10％，则储能电容的容值需满足下式：
Figure BDA0002785261840000091
在表达式(1)中，CL、CH分别为低压脉冲放电回路(即第二放电回路)、高压脉冲放电回路(即第一放电回路)所选单级电容值，τL、τH分别为低压脉冲(即第二脉冲电压)、高压脉冲(即第一脉冲电压)的最大脉冲宽度，ULO、UHO分别为低压脉冲、高压脉冲的最大脉冲电压幅值，ΔULO、ΔUHO分别为低压脉冲、高压脉冲最大允许电压顶降，RLoad为负载的阻值(可取典型生物负载阻值100Ω)，N为脉冲发生器200的脉冲发生模块201的级数。
在表达式(1)中带入相关参数计算可得，CL需大于100μF(微法)，CH需大于1μF，在留有一定裕量的情况下可选用30个容值为4μF的高压贴片电容并联作为低压脉冲放电回路储能电容，可选用1个相同型号的电容作为高压脉冲放电回路储能电容。
本申请实施例中的开关单元可以包括全固态型开关器件，如MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，其具体型号可根据实际需求选择，例如根据输出的脉冲电压的幅值、负载上的脉冲电流的幅值以及脉冲发生模块201的级数等选择。
在一个示例中，若本申请实施例的高压脉冲的最高输出幅值电压为10kV，施加于100Ω生物负载上时脉冲幅值电流为100A，在采用10级脉冲发生模块201进行输出时，每一级脉冲发生模块201需耐受1000V电压，且通流能力需满足100A脉冲电流。考虑一定裕量，各级脉冲发生模块201的第一开关单元，作为高压脉冲回路主开关，可选择三只型号为C2M0025120D的碳化硅MOSFET并联构成，每只最高工作电压为1200V，脉冲电流为90A，同时上升时间与下降时间均在20ns以内。
在一个示例中，若本申请实施例的低压脉冲的最高输出幅值电压为3kV，施加于100Ω生物负载上时脉冲幅值电流为30A，在采用10级脉冲发生模块201进行输出时，每级脉冲发生模块201需耐压300V、耐流30A，第二开关单元可选用一只与第一开关单元相同型号的MOSFET，作为低压放电回路主开关。
可选地，每个隔离单元均可包括一个或多个二极管，在图2所示的示例中，每个隔离单元均包括一个二极管，各二极管的型号可根据实际需求选择。在一个示例中，参照图2，在储能电容串联放电状态下，各二极管承受反向电源电压，若反向电源电压最高等于高压脉冲放电回路的充电电压1000V，则可选用一只IXYS公司型号为DSEI60-12A的快恢复二极管，反向耐压可达1200V，反向恢复时间仅为40ns，有利于产生较快的上升沿，同时在脉宽小于10μs时，非重复峰值电流为800A，能有效保护没有正确导通的脉冲发生模块201。
可选地，本申请实施例中的脉冲发生器200还包括驱动模块，该驱动模块的一端与光纤接收头电连接，另一端与各级脉冲发生模块201中的每个开关单元的控制端电连接，驱动模块根据接收到的开关控制信号驱动各级脉冲发生模块201形成相应的回路对负载输出脉冲电压。
可选地，驱动模块包括第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元与第一开关单元SHi的控制端电连接，第二驱动单元与第二开关单元SLi的控制端电连接。
第一驱动单元在接收到光纤接收头传输的第一开关控制信号时，驱动第一开关单元SH1～SHn均导通、第二开关单元SL1～SLn和隔离单元(DH1～DHn、D1～Dn-1和DL1～DLn)均关断，形成第一放电回路对负载输出第一脉冲电压；第二驱动单元在接收到第二开关控制信号时，驱动第一开关单元SH1～SHn和隔离单元(DH1～DHn、D1～Dn-1和DL1～DLn)均关断、第二开关单元SL1～SLn均导通，形成第二放电回路对负载输出第二脉冲电压。
可选地，本申请实施例的第一驱动单元包括第一驱动芯片和第二驱动芯片，第一驱动芯片驱动第二驱动芯片，第二驱动芯片驱动第一开关单元SH1～SHn；其中，第一驱动芯片可以是型号为MCP1407的驱动芯片，数量可以是一个，第二驱动芯片可以是型号为IXDI609的驱动芯片，数量可以是三个；第二驱动单元包括第三驱动芯片，如型号为MCP1407的驱动芯片，直接驱动第二开关单元SL1～SLn。该种驱动方式可以增大驱动的功率、提高驱动信号波形的质量，从而降低电磁干扰对驱动信号的影响。
可选地，如图3所示，本申请实施例提供的脉冲发生系统，还包括：上位机300；该上位机300与控制电路100电连接，用于向控制电路100发送脉冲参数。
可选地，上位机300可通过串口通讯向控制电路100中的FPGA发送设置的脉冲参数，FPGA判断并接受脉冲参数后配置内部相关寄存器，产生如图4所示的开关控制信号，一个脉冲周期为T，高压窄脉冲(即第一脉冲电压)的脉宽对应于thigh，低压窄脉冲(即第二脉冲电压)脉宽对应于tlow，高压窄脉冲和低压窄脉冲之间的脉冲间隔对应于Δt。
在一个示例中，本申请实施例中FPGA的外部晶振为50MHz，经过PLL倍频之后产生100MHz的基准时钟信号，因此图4中的脉宽(thigh和tlow)、脉冲周期T、脉冲间隔Δt的调节步长均为10ns。
可选地，如图3所示，本申请实施例提供的脉冲发生系统，还包括：脉冲电压的检测装置。
该脉冲电压的检测装置用于检测脉冲发生器200输出的脉冲电压；控制电路100还用于向上位机300传输该检测装置输出的脉冲电压信号；上位机300用于展示该脉冲电压信号。
如图3所示，本申请实施例中的脉冲电压的检测装置包括：电连接的电流感应模块410和信号处理模块420。
电压感应模块用于：感应流经脉冲发生器200所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出；信号处理模块420用于：对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路100传输处理后的脉冲电压信号。
可选地，信号处理模块420包括：电连接的分压跟随电路421、差分电路422和模数转换模块(AD转换模块)423。
分压跟随电路421用于：对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行分压和缓冲；差分电路422用于：将分压和缓冲后的脉冲电压信号转换至模数转换模块423的可采集范围；AD转换模块423用于：采集差分电路422转换后的脉冲电压信号，对脉冲电压信号进行模数转换后向控制电路100传输模数转换后的脉冲电压信号。
可选地，电流感应模块410包括皮尔森线圈；皮尔森线圈设置于负载的电路之外。
皮尔森线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，不含铁磁性材料，无磁滞效应，相位误差几乎为0；无磁饱和现象，可以测量数安培到数百千安培的电流；结构简单，与被测电流之间没有直接的电路联系；响应频带宽为0.1Hz-1MHz，通过在负载的电路之外设置皮尔森线圈的方式，可以集中测量得到准确的电流值，使误差率显著降低到1％以下。
可选地，本申请实施例中的分压跟随电路421的一种结构如图5所示，可包括电连接于同一节点的电阻Rd7、电阻Rd6、二极管组V2、分压电路4211和电压跟随器4212。电阻Rd7的另一端与电流感应模块410的输出端电连接，电阻Rd6的另一端与AD转换模块423电连接，分压电路4211的另一端接地；电压跟随器4212的第一输入端(+)与上述节点电连接，输出端与第二输入端(-)、差分电路422分别电连接。
电流感应模块410输出的脉冲电压信号，通过串联的电阻Rd7接入分压电路4211，分压电路4211中的分压电阻Rd12(与电容Cd3并联)对接入的脉冲电压信号进行分压，分压后的信号输入电压跟随器4212进行缓冲，以提高输入阻抗，并且可以大幅度减小输入电容的大小，同时可以对电压信号进行隔离，避免外界环境因素的干扰，分压后的信号经过电压跟随器4212后，可通过SMA(SubMiniature version A，超小型A型连接器)同轴电缆输出；分压后的信号还可通过电阻Rd6输入AD转换模块423，通过二极管组V2接入电源(例如5V的电源)的正负极。
可选地，本申请实施例提供的脉冲发生系统，还包括：第一直流电源510和第二直流电源520，第一直流电源510和第二直流电压均与脉冲发生器200电连接。
第一直流电源510用于向脉冲发生器200提供第一电源电压，第二直流电源520用于向脉冲发生器200提供第二电源电压；第一电源电压大于第二电源电压。
第一直流电源510和第二直流电源520均可以是高压直流电源，其中，第一直流电源510的输出电压幅值大于第二直流电源520的输出电压幅值，在一个示例中，第一直流电源510的输出电压幅值为1000V，第二直流电源520的输出电压幅值为600V。
控制电路100还用于向脉冲发生器200发送第三开关控制信号。可选地，控制电路100中的电平转换电路可向脉冲发生器200中的驱动模块发送第三开关控制信号，驱动模块根据第三开关控制信号驱动各级脉冲发生模块201，使各开关单元均关断、各隔离单元均导通，形成充电回路，对各储能单元充电。
通过独立调节两个直流电源的电压幅值，可实现对协同脉冲源的输出幅值的调节。
可选地，参照图2，本申请实施例提供的脉冲发生器200还包括充电电阻RS1和充电电阻RS2，RS1电连接于第一隔离单元DH1与第一直流电源510之间，RS2电连接于和第二直流电源520之间。
可选地，本申请实施例提供的脉冲发生器200还包括隔离电源模块。该隔离电源模块与驱动模块电连接，为驱动模块供电。当脉冲发生器200的第一放电回路处于放电状态时，不同级的脉冲发生模块201处于不同的电位，第一放电回路与控制电路100之间电压差最高可达10kV，因此采用隔离电源模块进行隔离供电。隔离电源模块的型号可根据实际需求选择，考虑一定的裕度，可选用FY1515D-2W，隔离电压可达15kV。
可选地，如图6所示，本申请实施例提供的脉冲发生系统，还包括：短路保护装置600；脉冲电压的检测装置、控制电路100和脉冲发生器200均与短路保护装置电连接。
短路保护装置用于：确定脉冲电压的检测装置输出的脉冲电压信号的幅值是否大于脉冲电压阈值，在确定脉冲电压信号的幅值大于脉冲电压阈值时获取过流信号，向控制电路100传输过流信号，并根据过流信号中断脉冲发生器200的电源输入；控制电路100还用于：在接收到过流信号时，停止各开关控制信号的输出。
可选地，短路保护装置包括：依次电连接的比较电路610、触发器620和继电器630；比较电路610还与脉冲电压采集装置电连接；继电器630电连接于第一直流电源510和脉冲发生器200之间、以及第二直流电源520和脉冲发生器200之间；
比较电路610用于：确定脉冲电压的检测装置输出的脉冲电压信号的幅值是否大于脉冲电压阈值，在确定脉冲电压信号的幅值大于脉冲电压阈值时，获取过流信号，并向触发器620传输该过流信号；触发器620用于：在接收到过流信号时触发继电器630，使继电器630中断脉冲发生器200的电源输入，并向控制电路100传输该过流信号。
可选地，比较电路610与脉冲电压的检测装置中的差分电路422电连接，触发器620与控制电路100中的FPGA分别电连接；比较电路610用于接收差分电路422输出的脉冲电压信号并确定该脉冲电压信号是否大于脉冲阈值，在确定脉冲电压信号的幅值大于脉冲电压阈值时，认为发生短路故障，获取短路故障产生的过流信号，并通过触发器620进行保持；触发器620向FPGA反馈该过流信号使其停止所有开关控制信号的输出，同时触发继电器630中断第一直流电源510和第二直流电源520的输入。
当短路故障排除之后，FPGA可下发复位信号至触发器620，触发器620触发继电器630导通第一直流电源510和第二直流电源520与脉冲发生器200之间的电路，可使电源恢复正常供电，脉冲发生器200恢复正常工作状态。
本申请实施例通过短路保护装置的保护，可实现脉冲发生器200在短路故障发生时的快速响应保护。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种脉冲电压的发生方法，可应用于本申请提供的脉冲发生器200，如图7所示，该发生方法包括：
S701，在接收到第一开关控制信号时，n级脉冲发生模块201的第一开关单元SH1～SHn均导通、第二开关单元SL1～SLn和隔离单元(DH1～DHn、D1～Dn-1和DL1～DLn)均关断，形成第一放电回路对负载输出第一脉冲电压。
可选地，第一放电回路由负载、以及各级脉冲发生模块201的第一储能单元CH1～CHn、第二储能单元CL1～CLn和第一开关单元SH1～SHn串联形成。
S702，在接收到第二开关控制信号时，n级脉冲发生模块201的第一开关单元SH1～SHn和隔离单元(DH1～DHn、D1～Dn-1和DL1～DLn)均关断、第二开关单元SL1～SLn均导通，形成第二放电回路对负载输出第二脉冲电压。
可选地，第二放电回路由负载、以及各级脉冲发生模块201的第二储能单元CL1～CLn和第二开关单元SL1～SLn串联形成。
第一脉冲电压的幅值大于第二脉冲电压的幅值，第一脉冲电压的脉宽小于第二脉冲电压的脉宽；n为正整数。
可选地，本申请实施例提供的脉冲电压的发生方法，在上述步骤S701或S702之前，还包括如下步骤：
在接收到第三开关控制信号时，n级脉冲发生模块201的第一开关单元SH1～SHn和第二开关单元SL1～SLn均关断，隔离单元(DH1～DHn、D1～Dn-1和DL1～DLn)均导通，形成充电回路对各第一储能单元和各第二储能单元充电。
下面参照图2所示的电路原理和图4所示的开关控制信号的时序，对本申请实施例中的脉冲发生器200及其脉冲电压的发生方法的原理进行如下介绍：
第一开关控制信号的时序如图4中(a)图所示，第二开关控制信号的时序如图4中(b)图所示，第三开关控制信号未在图4中示出，响应于各开关控制信号，脉冲发生器200中的驱动模块驱动各开关单元导通或关断，使脉冲发生器200在高压窄脉冲放电状态、低压宽脉冲放电状态和充电状态三种状态间切换，输出的脉冲电压如图4中(c)图所示。
在充电状态下(对应图4中的t1～t2和t3～t4阶段，t0之前的充电阶段未示出)，驱动模块响应于的第三开关控制信号，驱动第一开关单元SH1～SHn、以及第二开关单元SL1～SLn全部关断，所处支路不导通，形成如图8所示的充电回路，第一直流电源510和第二直流电源520通过充电电阻和高压二极管D0对各储能电容(CH1～CHn和CL1～CLn)进行充电；经分析各点电位可知，当UH≥UL时，CH1～CHn的充电电压为UH-UL，CL1～CLn充电电压为UL；当UH＜UL时，D0正向导通，DH1反向截止，此时CH1～CHn充电电压为0，CL1～CLn充电电压为UL，因此为保证高低压脉冲幅值的正确输出，充电电压UH需大于UL。
在高压窄脉冲放电状态下(对应图4中的t0～t1阶段)，充电已完毕，驱动模块响应于(a)图所示的第一开关控制信号，驱动第一开关单元SH1～SHn全部导通，驱动第二开关单元SL1～SLn全部关断，各隔离二极管均反向截止，所有储能电容(CH1～CHn和CL1～CLn)与导通的第一开关单元SH1～SHn形成如图9所示的串联回路对负载电阻Rload放电，此时会在负载电阻Rload上形成幅值为10UH的负脉冲。
在低压宽脉冲放电状态下(对应图4中的t2～t3阶段)，充电已完毕，驱动模块响应于(b)图所示的第二开关控制信号，驱动第一开关单元SH1～SHn全部关断，驱动第二开关单元SL1～SLn全部导通，各隔离二极管均处于反向截止状态，储能电容CL1～CLn与导通的第二开关单元SL1～SLn形成如图10所示的串联回路对负载电阻Rload放电，此时会在负载电阻Rload上形成幅值10UL的负脉冲。
综合以上3种状态，通过改变各开关单元的导通与关断时序，可以实现高压窄脉冲、低压宽脉冲不同组合形式的脉冲输出。
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种脉冲电压的检测方法，用于检测脉冲发生器200输出的脉冲电压信号，如图11所示，该检测方法包括：
S1101，电流感应模块410感应流经脉冲发生器200所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出。
S1102，信号处理模块420对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路100传输处理后的脉冲电压信号。
可选地，信号处理模块420中的分压跟随电路421对电压检测模块输出的脉冲电压信号进行分压和缓冲；信号处理模块420中的差分电路422将分压和缓冲后的脉冲电压信号转换至模数转换模块423的可采集范围；信号处理模块420中的模数转换单元采集差分电路422转换后的脉冲电压信号，对脉冲电压信号进行模数转换后向控制电路100传输模数转换后的脉冲电压信号。
电流感应模块410和信号处理模块420的可选实施方式可参照前面的内容，此处不再赘述。
为了验证本申请实施例提供的脉冲发生系统的可行性，本申请的发明人基于pspice仿真软件搭建了本申请实施例提供的脉冲发生系统的仿真模型，为了更贴近真实情况，根据C2M0025120D参数表在仿真软件中采用描点法建立MOSFET模型，使用脉冲电源产生驱动信号，第一直流电源510的幅值设置为1kV，第二直流电源520的幅值设置为300V，脉冲发生模块201的级数设置为10级，另外使用集中电感代替实际电路中的引线电感和负载电感；根据本申请实施例提供的脉冲电压的检测方法检测输出的脉冲电压。
基于上述仿真模型进行仿真实验，脉冲发生器200第一开关控制信号、第二开关控制信号以及输出脉冲电压的仿真波形分别如图12所示，通过改变开关控制信号的时序，使第一开关单元SH1～SH10，先行导通，持续时间为1μs，所有的储能电容串联放电，受第一直流电源510幅值的影响可输出幅值为10kV的脉冲电压；第二开关单元SL1～SL10延迟6μs导通，持续时间为80μs，所有的储能电容CL1～CL10串联放电，受第二直流电源520幅值的影响可输出幅值为3kV的脉冲电压。
基于两种放电状态下的输出，该仿真实验在负载上施加了一组1μs、10kV协同80μs、3kV且间隔时间5μs的脉冲序列。
通过仿真分析，理论验证了本申请实施例提供的脉冲发生系统拓扑结构的可行性以及主电路器件选择的正确性，通过改变开关控制信号的导通关断时序，可以产生高压纳秒窄脉冲与低压微秒宽脉冲的协同输出。
上述仿真分析的基础上，为了进一步验证本申请实施例提供的脉冲发生系统的性能，本申请的发明人搭建了一套如图13所示的脉冲发生系统作为性能测试平台。在该性能测试平台中，控制电路100部分使用金属屏蔽盒密封，仅预留光纤连接线以输出开关控制信号；采用可编程直流输出功率为30W(瓦特)的东文DW-P102-30F0F高压电源模块作为第一直流电源510，最高输出电压可达1000V；采用可编程直流输出功率为30W的东文DW-P102-30F0F高压电源模块作为第二直流电源520，最高输出电压可达600V；采用100Ω(欧姆)的无感电阻作为负载，具有采用200MHz(兆赫兹)带宽和2.5GS/s(每秒采样2.5G即2.5×109个点(字节))采样率的泰克示波器MDO3024作为电压的监测工具，采用皮尔森线圈作为电流的监测工具。
在基于上述性能测试平台进行性能测试时，首先测试了控制电路100输出的开关控制信号，再通过上位机300改变开关控制信号的时序，测试了脉冲发生器200输出波形的质量。
设定脉冲发生器200输出的脉冲电压参数为高压窄脉冲脉宽100ns，低压宽脉冲脉宽1μs，周期1s(秒)，FPGA输出的开关控制信号经过电平转换、光纤隔离之后控制驱动芯片为MOSFET提供驱动信号，其高电平为+20V，低电平为-5V。图14为纳秒高压窄脉冲脉宽在100ns～1μs变化的测试结果，图15为微秒宽脉冲脉宽在10μs～80μs变化的测试结果，测试结果显示了高压脉冲和低压脉冲输出脉宽的独立可调性。
通过上位机300还可调整第一开关控制信号和第二开关控制信号的时间间隔，进而可调整作为第一开关单元的MOSFET和作为第二开关单元的MOSFET的驱动信号的间隔时间，以实现对脉冲发生器200输出波形的调整，调整后的测试波形如图16所示。
结合图12、14-16可知，仿真实验的输出波形和实际测试的输出波形基本相同，上升沿时间和下降沿时间的微小差异在允许的误差范围，仿真实验和性能测试结合，验证了本申请实施例提供的脉冲发生系统的可行性。
本申请实施例可应用于肿瘤消融的场景用于消除肿瘤细胞，为了验证消融效果，本申请的发明人搭建了如图17所示的细胞实验平台，该肿瘤实验平台的整体架构与图13所示的性能测试平台相似，在实际测试平台的基础上，将脉冲发生器200连接的负载由无感电阻替换为A375癌细胞悬液(浓度为1×106cells/mL(每毫升液体的细胞数量))的电极杯两端，电极杯为美国BTX公司生产，间距4mm(毫米)，宽度10mm，深度20mm。
对细胞实验平台中的电极杯分别施加单独的纳秒高压脉冲、单独的微秒低压脉冲、以及本申请实施例中的纳秒高压脉冲和微秒低压脉冲的协同脉冲序列，实验脉冲参数如表1所示。
表1实验脉冲参数
Figure BDA0002785261840000201
表1最后一列的脉冲剂量(简称剂量)Dose可通过如下方式计算：
Figure BDA0002785261840000202
在表达式(2)中，Ui表示所施加脉冲的电压幅值(即表1中的电压)，Ti表示所施加脉冲的持续时间(即表1中的脉宽，ns和μs可转换为s来计算)，M表示施加在目标组织上的脉冲个数(即表1中的个数)。
在上述单独脉冲或协同脉冲序列的刺激后孵育培养24小时，之后采用CCK-8(CellCounting Kit-8，细胞计数试剂)方法测量细胞的活性，表1中的每组参数重复五次。实验结果采用统计分析软件进行统计学处理，并采用单因素ANOVA(Analysis of Variance，方差分析)检验各实验组间的显著性统计学差异。
实验结果如图18所示，当单独施加30个纳秒高压脉冲时，其细胞存活率为87.7％；单独施加30个微秒低压脉冲时，细胞存活率为53.4％；而施加30个纳秒高压脉冲和30个微秒低压脉冲的协同脉冲时，细胞存活率仅为9.8％；此外，施加60个微秒低压脉冲，细胞存活率为11.4％。
根据图18所示的实验结果可知，单独施加纳秒高压脉冲、单独施加微秒低压脉冲时与施加协同脉冲相比，细胞杀伤效果具有显著的统计学差异，说明协同脉冲可显著的增强细胞杀伤效果。此外，与单独施加60个微秒低压脉冲相比，协同脉冲的细胞杀伤效果与单独施加60个微秒低压脉冲的细胞杀伤效果相似，但是在剂量上分析，协同脉冲的剂量(1296V2s，其中，V为表达式(2)中Un的单位，s为表达式(2)中Tn的单位)远低于60个微秒低压脉冲的剂量(2160V2s)，因此协同脉冲可使用较低的剂量取得更优的杀伤效果。
应用本申请实施例的技术方案，至少能够实现如下有益效果：
1)本申请实施例提供的脉冲发生器和脉冲发生系统，设置有能够形成两种放电回路(即第一放电回路和第二放电回路)的电路拓扑，根据接收到的开关控制信号的不同可实现高压窄脉冲和低压宽脉冲的协同输出，相较于两台脉冲源协同单独施加脉冲的方式，本申请实施例提供的脉冲发生器装置更紧凑，输出的高压窄脉冲和低压宽脉冲独立可调(脉宽、幅值和脉冲间隔时间均可调)，控制更加精确方便，在应用于肿瘤消融的场景中时，有利于扩大消融面积。
2)本申请实施例提供的脉冲发生器采用模块化设计，每个脉冲发生模块相对独立，可通过脉冲发生模块的简单堆叠实现更高的脉冲电压输出，可根据实际需求增加或减少脉冲发生模块的数量，以满足不同应用场景的需求，操作简单方便。
3)本申请实施例提供的脉冲发生器和脉冲发生系统的输出脉冲的参数调节范围广，输出脉冲灵活可控，经性能测试验证，本申请实施例输出的纳秒高压窄脉冲电压的幅值在0-10kV范围内可调、脉宽在100ns～1μs范围内可调、在100Ω负载下电流幅值可达100A；该脉冲发生器输出的微秒低压脉冲电压幅值在0-3kV范围内可调、脉宽在10μs-80μs范围内可调、在100Ω负载下电流幅值可达30A；此外，脉冲间隔时间任意可调。
4)经肿瘤细胞实验验证，本申请实施例提供的脉冲发生器输出的协同脉冲序列可以在较低的脉冲剂量下显著增强肿瘤细胞杀伤效果。
5)本申请实施例基于电磁屏蔽装置的屏蔽作用，可显著消除电磁干扰的影响，使操作环境更加安全可靠，测量结果更加准确；基于光纤连接线、光耦、变压器等连接件的隔离作用，可保证开关控制信号的质量和完整的传输，有效降低环境因素误差，实现对脉冲发生器精确和稳定的控制。
6)本申请实施例提供的脉冲电压的检测方法对脉冲电压对应的电流进行直接检测，可避免检测千伏级高电压时的安全隐患，在采用皮尔森线圈检测电流时，可集中测量到准确的电流值，显著降低测量误差。
7)本申请实施例提供的脉冲电压的检测装置，在基于AD转换模块向微处理器传输数据时，其数据传输速度较快(可达100M)，可显著提高电压检测的响应速率，有利于实时反馈检测结果；基于分压跟随电路和差分电路，可降低电路运行的电压，使实验环境更加安全可靠。
8)本申请实施例提供的脉冲发生系统中设置的短路保护装置，可在发生短路故障时及时响应，提高脉冲发生系统的安全性和可靠性。
本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (20)

1.一种脉冲电压的发生方法，应用于脉冲发生器，其特征在于，包括：
在接收到第一开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元均导通、第二开关单元和隔离单元均关断，形成第一放电回路对负载输出第一脉冲电压；
在接收到第二开关控制信号时，所述n级脉冲发生模块的第一开关单元和隔离单元均关断、第二开关单元均导通，形成第二放电回路对所述负载输出第二脉冲电压；
所述第一脉冲电压的幅值大于所述第二脉冲电压的幅值，所述第一脉冲电压的脉宽小于所述第二脉冲电压的脉宽；
n为正整数。
2.根据权利要求1所述的脉冲电压的发生方法，其特征在于，所述第一放电回路由所述负载、以及各级脉冲发生模块的第一储能单元、第二储能单元和所述第一开关单元串联形成；
所述第二放电回路由所述负载、以及各级脉冲发生模块的第二储能单元和所述第二开关单元串联形成。
3.根据权利要求1所述的脉冲电压的发生方法，其特征在于，还包括：
在接收到第三开关控制信号时，n级脉冲发生模块的第一开关单元和第二开关单元均关断，隔离单元均导通，形成充电回路对各第一储能单元和各第二储能单元充电。
4.一种脉冲发生器，其特征在于，包括：n级脉冲发生模块，n为正整数；
每一级脉冲发生模块中，第一隔离单元、第一储能单元、第二储能单元和第二隔离单元串联，所述第一储能单元、所述第二储能单元和所述第二隔离单元的串联结构与第一开关单元并联，所述第二储能单元和所述第二隔离单元的串联结构与第二开关单元并联；
各级脉冲发生模块的所述第一隔离单元串联；
各级脉冲发生模块的所述第二隔离单元串联，第一级脉冲发生模块中所述第二隔离单元的第一端、第n级脉冲发生模块中所述第二隔离单元的第二端用于与负载的两端电连接；
当n大于1时，第一级至第n-1级脉冲发生模块均还包括第三隔离单元，各所述第三隔离单元串联；第j级脉冲发生模块中所述第三隔离单元，第一端与第j级脉冲发生模块中所述第一储能单元和所述第二储能单元的连接点电连接，第二端与第j+1级脉冲发生模块中所述第一储能单元和所述第二储能单元的连接点电连接，j为不大于n-1的正整数；
各级脉冲发生模块中的每个开关单元均用于根据第一开关控制信号和第二开关控制信号导通或关断。
5.根据权利要求4所述的脉冲发生器，其特征在于，第一级脉冲发生模块中，所述第一隔离单元的第一端还用于与第一直流电源电连接，所述第三隔离单元的第一端还用于与第二直流电源电连接；
所述第一直流电源的最大输出电压大于所述第二直流电源的最大输出电压。
6.根据权利要求5所述的脉冲发生器，其特征在于，还包括电源输入单元；
所述电源输入单元的两端，分别与第一级脉冲发生模块的所述第一储能单元的两端电连接，并用于与所述第一直流电源和所述第二直流电源分别电连接；
所述电源输入单元用于使第一级脉冲发生模块中的所述第一储能单元的两端电压为非负值。
7.一种脉冲电压的检测方法，其特征在于，用于采集如权利要求4-6中任一项所述的脉冲发生器输出的脉冲电压信号；
所述检测方法包括：
电流感应模块感应流经所述脉冲发生器所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出；
信号处理模块对所述电压检测模块输出的所述脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路传输处理后的所述脉冲电压信号。
8.根据权利要求7所述的脉冲电压的检测方法，其特征在于，所述信号处理模块对所述电压检测模块输出的所述脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路传输处理后的所述脉冲电压信号具体包括：
所述信号处理模块中的分压跟随电路对所述电压检测模块输出的所述脉冲电压信号进行分压和缓冲；
所述信号处理模块中的差分电路将分压和缓冲后的所述脉冲电压信号转换至模数转换模块的可采集范围；
所述信号处理模块中的模数转换单元采集所述差分电路转换后的所述脉冲电压信号，对所述脉冲电压信号进行模数转换后向所述控制电路传输模数转换后的所述脉冲电压信号。
9.一种脉冲电压的检测装置，其特征在于，包括：电连接的电流感应模块和信号处理模块；
所述电压感应模块用于：感应流经所述脉冲发生器所连接的负载的脉冲电流，得到脉冲电流信号，将所述脉冲电流信号转换为脉冲电压信号并输出；
所述信号处理模块用于：对所述电压检测模块输出的所述脉冲电压信号进行信号转换处理，向控制电路传输处理后的所述脉冲电压信号。
10.根据权利要求9所述的脉冲电压的检测装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：电连接的分压跟随电路、差分电路和模数转换模块；
所述分压跟随电路用于：对所述电压检测模块输出的所述脉冲电压信号进行分压和缓冲；
所述差分电路用于：将分压和缓冲后的所述脉冲电压信号转换至模数转换模块的可采集范围；
所述模数转换模块用于：采集所述差分电路转换后的所述脉冲电压信号，对所述脉冲电压信号进行模数转换后向所述控制电路传输模数转换后的所述脉冲电压信号。
11.根据权利要求9所述的脉冲电压的检测装置，其特征在于，所述电流感应模块包括皮尔森线圈；
所述皮尔森线圈设置于所述负载的电路之外。
12.一种脉冲发生系统，其特征在于，包括：控制电路以及如权利要求4-6中任一项所述的脉冲发生器；
所述控制电路与所述脉冲发生器通信连接；
所述控制电路用于：根据已确定的脉冲参数向所述脉冲发生器发送第一开关控制信号和第二开关控制信号。
13.根据权利要求12所述的脉冲发生系统，其特征在于，还包括：上位机；
所述上位机与所述控制电路电连接；
所述上位机用于向所述控制电路发送脉冲参数。
14.根据权利要求13所述的脉冲发生系统，其特征在于，还包括：如权利要求9-11中任一项所述的脉冲电压的的检测装置；
所述控制电路还用于向所述上位机传输所述检测装置输出的所述脉冲电压信号；
所述上位机用于展示所述脉冲电压信号。
15.根据权利要求14所述的脉冲发生系统，其特征在于，还包括：第一直流电源和第二直流电源；
所述第一直流电源和所述第二直流电压均与所述脉冲发生器电连接；
所述第一直流电源用于向所述脉冲发生器提供第一电源电压，所述第二直流电源用于向所述脉冲发生器提供第二电源电压；所述第一电源电压大于所述第二电源电压；
所述控制电路还用于向所述脉冲发生器发送第三开关控制信号。
16.根据权利要求15所述的脉冲发生系统，其特征在于，还包括：短路保护装置；
所述脉冲电压检测装置、所述控制电路和所述脉冲发生器均与所述短路保护装置电连接；
所述短路保护装置用于：确定所述脉冲电压检测装置输出的所述脉冲电压信号的幅值是否大于脉冲电压阈值，在确定所述脉冲电压信号的幅值大于所述脉冲电压阈值时获取过流信号，向所述控制电路传输所述过流信号，并根据所述过流信号中断所述脉冲发生器的电源输入；
所述控制电路还用于：在接收到所述过流信号时，停止各开关控制信号的输出。
17.根据权利要求16所述的脉冲发生系统，其特征在于，所述短路保护装置包括：依次电连接的比较电路、触发器和继电器；
所述比较电路还与所述脉冲电压采集装置电连接；
所述继电器电连接于所述第一直流电源和所述脉冲发生器之间、以及所述第二直流电源和所述脉冲发生器之间；
所述比较电路用于：确定所述检测装置输出的所述脉冲电压信号的幅值是否大于脉冲电压阈值，在确定所述脉冲电压信号的幅值大于所述脉冲电压阈值时，获取短路过流信号，并向所述触发器传输所述过流信号；
所述触发器用于：在接收到所述过流信号时触发所述继电器，使所述继电器中断所述脉冲发生器的电源输入，并向所述控制电路传输所述过流信号。
18.根据权利要求12所述的脉冲发生系统，其特征在于，所述控制电路包括：电连接的微处理器和电平转换电路；
所述微处理器用于根据所述脉冲参数生成第一开关控制信号和第二开关控制信号；
所述电平转换电路用于：对所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号进行电平转换，向所述脉冲发生器发送电平转换后的所述第一开关控制信号和所述第二开关控制信号。
19.根据权利要求12或18所述的脉冲发生系统，其特征在于，所述控制电路外设置有电磁屏蔽装置；
所述控制电路通过连接件与所述脉冲发生器通信连接，所述连接件经过所述电磁屏蔽装置上的连接孔与所述脉冲发生器通信连接。
20.根据权利要求19所述的脉冲发生系统，其特征在于，所述连接件包括光纤连接线、光耦和变压器中的任意一种。
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