基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

高压陡前沿脉冲发生装置

介绍了一种基于IGBT串联技术的频率可调的高压陡前沿脉冲发生装置。并针对串级型结构的固体开关式脉冲发生器存在的可靠性受同步驱动、均压等技术条件影响严重的问题,提出了利用光纤连接器提高驱动信号同步性等解决方案。利用OrcAD＼Pspice软件对电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明,该装置工作可靠,输出脉冲电压峰峰值为±5kV,频率为1kHz～10kHz可调,脉冲前沿到达200纳秒以内。     

固态开关串联的高压重频脉冲电源

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用，脉冲发生器的研制面临高压高频化、全固态化等新要求。为了满足这种新要求，设计了一种固态开关串联的高压重频脉冲电源。脉冲电源主要由高频触发电路、主电路以及LCL谐振电路组成：主电路为8级Marx电路串联，MOSFETs作为充放电控制开关；触发电路输出触发信号驱动MOSFETs工作；LCL谐振电路可实现输出电流恒定。电源结构触发同步性好，充电速度快，结构紧凑。对电路的结构设计、电路原理、参数设置进行了详细阐述，并利用Simplorer软件仿真验证高压重频脉冲电源电路的可行性。最后搭建了一台高压重频脉冲电源样机，实验样机参数为脉冲电压0～4 kV,重复频率0～8 kHz可调，脉冲宽度5～12μs可调。     

TCL MST9U19-LF机芯电源与逆变器板维修(四)

(2)全桥驱动电路全桥驱动电路用于产生符合要求的交流高压,驱动CCFL(冷阴极荧光灯)工作。该机的全桥驱动电路由Q4、Q5、T1、T2等组成。Q4、Q5为复合型开关管,内含两个开关管,由U1内部振荡电路产生的振荡脉冲,使Q4、Q5内部的开关管交替导通与截止,并从⑤～⑧脚输出脉冲信号,加到升压变压器T1、T2的"一次"绕组,经T1、T2变换后,在T1、T2变压器的"二次"绕组输出高压。从变压器T1"二次"侧输出的高压经L1耦合输     

脉宽和幅值可调的新型超窄脉冲发生器的研制

分析各种窄脉冲产生方法后用振荡电路原理研制了一种新型ns级高压窄脉冲发生器,可输出脉宽20～100ns、幅值500～1000V的可调ns级脉冲电压。理论和仿真分析电路中各器件的参数表明,得到的ns级的高压脉冲波形光滑、对称性好。     

一种采用全固态开关的高压双极性脉冲源

为满足高压脉冲电场灭菌实验的需要,提出一种结合经典Marx发生器与全固态开关器件的高压双极性方波脉冲源设计方案。选用全固态开关器件替代传统的火花间隙开关,以单极性Marx发生器为核心,实现能量压缩,通过全桥固态调制器可实现高压方波脉冲的双极性输出。详细分析了电路的结构、工作过程、控制策略和负载适应能力。以全固态IGBT为主开关器件,研制了脉冲源的高压主回路部分;设计了相应的控制电路和开关同步触发电路,通过光纤和隔离供电模块实现了信号传输和强弱电的隔离。相比于常规的双极性高压脉冲源,该方案具有更简洁的电路结构和良好的负载适应能力,实现了输出脉冲极性可控、前沿更陡,脉冲频率、脉宽、电压幅值可调等优点。实验结果表明,该脉冲源系统可以产生幅值范围-7~7 k V、每秒脉冲数1~1 000、脉宽范围2~10μs、极性可变的高压方波脉冲,为开展高压脉冲电场灭菌实验,寻找最佳灭菌电参数条件,提供了硬件支持。     

10kV重复频率方波脉冲源的研制

为进行绝缘材料在快前沿高压脉冲作用下的局部放电和绝缘老化的试验研究,研制了1台最高输出电压为10kV的重复频率高压方波脉冲发生器。该方波发生器采用可调直流高压电源和储能电容器作为能源系统,利用半导体固态开关作为主放电开关控制脉冲宽度和重复频率,通过脉冲放电回路在负载上形成所需的电压脉冲。其半导体固态开关采用具有低耦合电容的紧凑型快速高压金属氧化层半导体场效应晶体管(MOSFET)开关,通过复杂可编程逻辑控制器(CPLD)可编程逻辑电路实现开关通断控制。实测结果表明,该脉冲源可以产生脉冲上升沿约为80ns、最小脉冲宽度为320ns的高压准方波脉冲,最高输出幅值达到±10kV,脉冲重复频率的可调范围为1～3kHz,性能指标满足绝缘材料的局部放电以及绝缘老化试验的要求。     

双极性与单极性ns级高压脉冲电源设计及特性比较

为了满足聚合类绝缘材料老化实验及等离子体水处理高级氧化实验2项实验研究的应用要求,分别设计了双极性和单极性2种ns级高压脉冲发生器,且均主要由高压直流电源、两级脉冲储能电容器和气体开关等组成,结构紧凑,具有重复频率、脉冲宽度及电压幅值可调等优点。2种脉冲电源的主要区别在于各自的核心元件—多电极旋转火花隙开关(MER-SGS)的结构和尺寸设计,同时电源的重复工作频率也可由旋转火花隙驱动电机及电极数量调节控制。为验证火花隙开关的工作性能,采用ANSOFT/MAXWELL ELECTROSTATIC 2D软件建立了仿真模型,对2种开关不同开断关合角度下的电场强度进行了仿真分析和比较。结果表明,火花隙的紧凑结构设计能够产生强烈电场畸变进而保证脉冲电源在具备良好输出特性基础上,开关可靠动作,从而达到降低绝缘要求、减少电极烧蚀、延长工作寿命等目的。通过对2种脉冲电源有载情况下实际输出波形的测量可得,脉冲上升时间(<10ns)、脉冲宽度(1～500μs)、重复工作频率(1～3kHz)、平均功率等电源参数均达到各自实验要求标准,具有良好的应用前景。     

基于磁开关的高压高频脉冲陡化电路的设计

根据磁开关技术和磁脉冲压缩的原理,设计了一种高压高频脉冲陡化电路。该电路将峰值5 kV、重复频率5 kHz的电压脉冲进行陡化,使其脉冲上升沿由50μs陡化为40 ns。分析了磁开关陡化脉冲的原理和设计方法,并建立了电路的PSPICE仿真模型,仿真结果表明,磁开关可有效陡化高压高频脉冲。     

半桥驱动器中高压电平位移电路的研究

通过在半桥驱动器中使用高压电平位移电路可以得到所需的工作频率而无需脉冲变压器驱动功率开关,提高了电路的频率稳定性。运用MEDICI器件结构仿真工具对高压器件的结构进行了模拟仿真,达到了600V以上的耐压要求。最后用Hspice对电路进行了功能仿真并给出了实验结果。仿真采用0.6滋mBiCMOS工艺。     

基于氢闸流管的高压脉冲电源

针对高压脉冲电场杀菌技术对于系统核心部分高压脉冲电源的要求,设计一种输出脉冲电压峰值可达5～30 kV(100 V步进可调),输出脉冲频率为200~1 000 Hz可调,脉冲宽度为0.2~2μs可调,脉冲前沿<100 ns的高压脉冲电源。该系统利用单片机进行自动控制,通过可调直流高压电源和储能元件作为能源系统,利用氢闸流管作为主放电开关,控制脉冲峰值和频率,最后通过脉冲变压器升压在杀菌腔体的极板上得到所需的脉冲电场。     

用于等离子体射流装置的高压变频脉冲源研究

为研究某种等离子体射流装置在常温常压空气中的放电特性,设计了一种可输出准正弦波电压幅度最高为20 kV、重复工作频率1 Hz～100 kHz可调,功率约为5 kW的等离子体高压变频脉冲源.设计上采用金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)构建全桥拓扑电路,利用开关电源软开关技术原理,将初级能量转移到全桥式串联谐振逆变器上,通过控制芯片施加驱动脉冲信号,经高频脉冲变压器变换后输出高幅度脉冲电压.在间歇或连续工作模式下,该脉冲源输出的高压准正弦波脉冲信号,被加载至等离子体射流装置上,该装置经高压脉冲作用下击穿放电后产生等离子体射流.通过实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性,给出了不同工作频率条件下得到的实验结果.     

基于模块化多电平换流器的模块化前后沿可调高压纳秒脉冲发生器的研制

为了研究高压纳秒脉冲的前后沿时间对于离体肿瘤细胞杀伤效果的影响,需要一种能够产生前后沿可调高压纳秒脉冲的发生器。提出了一种基于半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)结构的新型发生器拓扑结构,通过HB-MMC子模块的级联构成2组桥臂,以产生任意极性的高压纳秒脉冲方波;采用MOSFET作为固态开关,并通过控制MOSFET的开关时序,改变导通和关断延迟时间来改变输出脉冲的前后沿。该文首先对提出的发生器拓扑结构以及工作原理进行了详细的介绍;然后采用PSpice仿真软件进行仿真验证,证实了该拓扑结构的正确性与可行性;最后研制了一台5级的脉冲发生器并进行性能测试。测试结果表明,该发生器能够输出幅值0～±4kV可调、脉宽100～500ns可调、频率0～5kHz可调的方波脉冲,且脉冲的上升沿能在15～65ns范围内平滑调节,脉冲的下降沿能在30～100ns范围内平滑调节。     

具有负载普适性的高压双极性方波脉冲源研制

为满足高压脉冲杀菌灭藻实验的需求,研制了一种新型极性可调方波高压脉冲电源。该电源前端为半桥式Marx电路,产生单极性重复频率的方波高压脉冲,后端级联一个H桥,通过控制H桥正、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。本文对拓扑结构设计思路、不同负载时的工作原理和开关控制策略进行了阐述和分析,并利用PSIM软件仿真验证了该脉冲源设计方案的正确性。最后,研制了脉冲源样机,经测试证明,该脉冲源所采用的IGBT浮地驱动技术安全可靠,其最大输出电压达±7k V,输出电流达±10A,脉冲数达1kpps,额定输出时上升沿可达160ns,脉宽3.5μs,且能在阻性、容性、感性等各类负载下正常工作,并易于实现电压、频率、脉宽、极性的调节,易于实现模块化和小型化。     

基于Marx电路的全固态纳秒脉冲等离子体射流装置的研制

研制一套具有快边沿纳秒脉冲等离子体射流装置。该装置由基于Marx电路的并带有尾切开关的全固态纳秒脉冲发生器和具有针环电极结构的等离子体射流装置组成。其中,纳秒脉冲源主要由直流电源、控制电路和主电路组成,主电路为10级模块化设计的Marx电路,使用MOSFET作为主开关和尾切开关;控制电路产生同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后同步驱动MOSFET工作。输出纳秒脉冲电压参数为:幅值0~8k V可调,脉宽100~1 000ns,重复频率1Hz~1k Hz,上升沿30ns左右,下降沿50ns以内。等离子体射流装置使用氩气作为工作气体,其结构为针-环电极结构。搭建等离子体射流实验平台,并能够产生稳定的等离子体,为进一步探索大气压等离子射流的应用奠定了基础。     

180kW全固态高压脉冲调制器的设计

为克服以真空电子管作为脉冲开关的传统调制器的缺点,介绍了一种以半导体器件作为脉冲开关的全固态高压脉冲调制器的设计工作。该调制器用于取代传统调制器来驱动速调管,输出脉冲功率180 kW(15 kV,12A)。分析了它的串联开关拓扑结构后讨论了开关器件的工艺和参数选择、均压网络对系统暂态和稳态能量的控制I、GBT驱动电路高压隔离与精确同步的解决方案以及系统控制策略的实现等关键技术。还开展了模拟打火条件下的快速过流保护试验并给出了试验波形。利用SABER软件对调制器电路的仿真和与实际测试波形的对比结果证明:这种固态调制器能够可靠工作。     

均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路设计

为给介质阻挡放电提供电压、频率、脉宽可调的高压脉冲,文中设计了均压驱动耦合型单驱动IGBT串联电路。该串联电路在每个IGBT两端并联一个动态均压与驱动信号输出耦合电路,在导通关断时,一方面保证IGBT两端电压不超过额定电压,另一方面为下级IGBT提供驱动截止信号。通过仿真研究,验证了电路原理的可行性,探索了元器件的选型规则。通过实验研究,实现了电源电压在0～15 kV可通断、频率在0～1 kHz可调节、脉冲宽度在一定范围内可变化,并成功实现介质阻挡放电。该电路解决了多驱动IGBT串联电路需要隔离高压电源及单驱动IGBT串联电路结构难以扩展,各级IGBT导通关断跟随性差,元器件容易损坏的缺陷。该电路同样适用于MOSFET,具有很好的应用前景。     

基于IGBT的高压脉冲电源研制

高压脉冲电场灭菌技术是近年发展起来的极有潜力的非热灭菌技术,其中高压脉冲电源是系统的核心组成部分.提出了一种基于IGBT的高压脉冲电源,系统由能源系统和脉冲产生回路构成,由单片机来控制IGBT的触发,其设计输出为方波,电压幅值在50～100 kv可调,脉冲宽度在1～10μs可调,频率在1～100Hz可调.所研制的高压脉冲电源可用于间距在2～10 cm之间平行可调的平板电场,满足食品在各种高压脉冲电场强度下非热力灭菌的需要.     

一种新型的双极性Marx高重频脉冲发生器

随着脉冲功率技术在生物医疗、食品加工、电磁成形、等离子体研究等领域日益广泛而深入的应用,脉冲发生器的研制面临高压高频化、双极性、全固态化等新要求。因此,该文提出一种新型模块化的双极性高压高频脉冲发生器的研制策略,主要包括拓扑结构研究、电路理论仿真及原型机研制等内容。通过理论分析、仿真和实验,结果表明此发生器较好地结合了固态Marx和桥式电路的优点,可根据实际需求,通过量化的多级模块堆叠实现高压输出;并可使用开关的时序逻辑控制实现输出极性和脉冲宽度灵活调节;同时具有高重频长寿命。实验原理样机具体参数为输出电压幅值±5kV,脉冲串内重复频率2.5MHz,脉冲宽度200ns～10μs连续可调。     

旋转火花开关多脉冲触发系统设计

为提高触发旋转火花开关的稳定性和可靠性,研制了一套输出电压及频率可调的高压脉冲触发系统。该系统应用多脉冲触发模式,采用可调直流电源和储能电容作为能源系统,利用半导体开关器件绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为主开关控制放电周期和脉冲宽度,由数模混合电路构成信号源控制IGBT的通断,经过高压脉冲变压器在负载上获得需要的高压脉冲。实验结果表明,该系统在500 Hz的重复频率下能连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲,脉冲宽度为20μs,能稳定触发旋转火花开关。通过多脉冲触发的应用,提高了触发系统的可靠性和稳定性、减小了触发系统的体积和重量。