高压纳秒脉冲发生器

技术领域

本发明涉及一种脉冲功率技术领域，尤其涉及一种高压纳秒脉冲发生器。

背景技术

随着脉冲功率技术应用的发展，纳秒脉冲发生器在超宽带雷达、激光驱动、材料改性和低温等离子体研究等方面具有广泛的应用前景。纳秒级短脉冲在高重频、小型化、固态化、可靠性和长寿命方面的发展需求越来越高。

脉冲功率系统所使用的开关多为气体开关，由于气体放电本身性质的限制，使脉冲功率系统在重复频率、稳定性和寿命等性能方面受到很大的限制。相较之下，功率半导体开关具有开关速度快、寿命长、重复频率高和稳定性好等特点，是很有发展潜力的一类脉冲功率开关。

大多大功率半导体开关如IGBT，IGCT等无法满足开关速度要求。RF-MOSFET和雪崩三极管开关虽然具有纳秒级甚至亚纳秒级快速导通的能力，但是单管功率较小，往往需要几十甚至几百只管子利用特定的功率叠加拓扑线路串并联起来工作，导致功率元件数量多、结构复杂、不易维修且成本较高。漂移阶跃恢复二极管DSRD是一种新型的半导体断路开关，它具有功率容量大、开关速度快、功率密度大、转换效率高、重复频率高等优点，被认为是脉冲功率发生器的理想固态开关。

针对上述问题，本发明提出一种高压纳秒脉冲源发生器，具备高幅值、高重频、窄脉宽的脉冲输出能力，且对于直流充电电源的要求大大降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种高压纳秒脉冲发生器，包括：原边充电电路、原边放电电路、原边电容、变压器、副边电容、副边充电电路和副边放电电路；

所述原边充电电路，用于将直流电源的电流输入至原边充电电容对原边电容充电；

所述原边放电电路，用于在对原边电容放电时导通，并将原边电容的电流加载至变压器的初级绕组；

所述副边充电电路，用于将变压器次级绕组的感应电流输入至副边电容并对副边电容充电；

所述副边放电电路，用于对副边电容进行放电。

进一步，所述原边充电电路包括电阻R

进一步，所述原边电容C

进一步，所述原边放电电路包括电子开关S，所述电子开关S的输入端连接于原边电容C

进一步，所述电子开关S为MOS管。

进一步，所述变压器T为可饱和脉冲变压器。

进一步，所述副边充电电路包括电感L

进一步，所述副边电容C

进一步，所述副边放电电路包括电感L

本发明的有益效果：本发明通过使用MOS管和漂移阶跃恢复二极管DSRD作为开关，以及原边充电电容使用聚丙烯电容和副边充电电容使用陶瓷电容，达到输出高功率、高耐压、开关速度快的高脉冲峰值电压要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明高压纳秒脉冲发生器电路图；

图2为本发明原边电容C

图3为本发明脉冲变压器能量传输过程图；

图4为本发明副边电容C

图5为本发明负载输出脉冲过程图；

图6为本发明负载输出的电压波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述：

本发明提供的一种高压纳秒脉冲发生器，包括：原边充电电路、原边放电电路、原边电容、变压器、副边电容、副边充电电路和副边放电电路；

所述原边充电电路，用于将直流电源的电流输入至原边充电电容对原边电容充电；

所述原边放电电路，用于在对原边电容放电时导通，并将原边电容的电流加载至变压器的初级绕组；

所述副边充电电路，用于将变压器次级绕组的感应电流输入至副边电容并对副边电容充电；

所述副边放电电路，用于对副边电容进行放电。

上述电路结构，具备高幅值、高重频、窄脉宽的脉冲输出能力，并且具有较高的电压增益，能够大大降低对直流电源的要求。

本实施例中，所述原边充电电路包括电阻R

当主开关S关断时，直流电源的正极、电阻R

所述原边电容C

本实施例中，所述原边放电电路包括电子开关S，所述电子开关S的输入端连接于原边电容C

当主开关S导通时，形成原边放电回路，原边放电回路由原边电容C

所述主开关S为MOS管，能够快速导通和关断，所述变压器T为可饱和脉冲变压器。

本实施例中，所述副边充电电路包括电感L

电感L

原边电容C

所述电感L

所述副边电容C

本实施例中，所述变压器T选择磁导率较大的铁基纳米晶环形磁芯，将铁基纳米晶环形磁芯的原边绕2匝，副边绕10匝，构成原边匝数与副边匝数的比值为0.2的升压脉冲变压器。

本实施例中，所述副边放电电路包括电感L

当副边电容C

本发明中的直流电源、原边电容、副边电容、电感、变压器和负载的取值均根据负载的输出进行调节。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。