[发明专利]一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络及方法

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲功率电子领域，具体地说涉及一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络及方法。

背景技术

脉冲形成网络(PFN)是产生高压脉冲的关键部分。它是采用集中参数的电感、电容来代替真实的传输线，在线型调制器中借助它放电时的暂态特性来形成矩形脉冲。PFN的形式有多种，但工程上大多采用等电容，电感为互感式或去耦式两类结构。

互感式PFN等效电路，如图3所示，电感采用均匀螺旋管绕制，调节脉冲波形主要靠调整螺旋管线圈的匝数，由于螺旋管结构使每段电感L之间是互耦的，尤其是相邻电感之间耦合系数很大(耦合度高)，因此每调节一段电感L时，相邻段的电感量变化很大，改变量不易控制，这就很难通过每段的电感调节来模拟理想的传输线，从而很难得到高质量的脉冲波形，这种形式的PFN在脉冲波形质量要求不是很高的场合可以应用，能满足一般工程应用需求。

目前，脉冲功率领域朝着功率更大、脉冲波形质量要求更高的方向发展。这些新的趋势都对PFN设计提出了更高的要求。脉冲波形质量越高，就要求集中参数的电容C、电感L越逼近真实传输线，也就需要尽可能增加PFN的节数。但节数越多，每节电容C、电感L数值就越小，电路分布参数对脉冲波形的影响就越发明显。因而，在实际应用中过多地增加节数，对提高脉冲波形质量已无多大意义。脉冲功率的提高也引发类似问题：功率越高，电感参数越小，器件引线处的寄生电感成为不可忽视的部分。

为适应当今市场发展和产品性能提高的需要，研究先进的PFN技术，从控制PFN节数、降低电路分布参数的对波形的影响，提高脉冲波形的质量，是现有技术需要解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术向高功率、高脉冲波形质量方向发展的难点，提供一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络及方法，以达到易调节电感量实现PFN与负载的阻抗匹配，同时能减小分布参数的影响，得到高质量的脉冲波形，满足脉冲功率行业发展的需求。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，包括互感式脉冲形成网络，其特征在于：互补式脉冲形成网络中设有去耦式脉冲形成网络，去耦式脉冲形成网络输入端、输出端与互感式脉冲形成网络输入端、输出端并联组成所述的互补式脉冲形成网络。将互感式脉冲形成网络与去耦式脉冲形成网络并联使用，用去耦式PFN来补偿互感式PFN，组成互补式脉冲形成网络。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的互感式脉冲形成网络与去耦式脉冲形成网络设为相同节数，电感、电容参数相同。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的去耦式脉冲形成网络，包括与互感式脉冲形成网络节数相同的可调电感器串接组成，可调电感器的串接点通过电容器C与去耦式脉冲形成网络输出端相连接。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的可调电感器包括线圈、用于线圈绕制的筒形骨架、筒形体、固定座、绝缘手柄组成，筒形骨架上设有用于固定线圈位置的等倾角槽口，线圈沿轴线方向卡装在倾角槽口内，筒形骨架的长度方向等角度设有用于散热长条孔，所述的筒形骨架内设有可在筒形骨架内轴线方向上移动的筒状体，筒状体的一端设有固定座，绝缘手柄穿过筒形骨架的一端面与固定座相连接。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的筒形骨架的一端设有固定筒形体的旋紧螺钉。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的筒状体采用金属材料。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的筒状体采用导磁材料。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络，所述的筒形骨架采用聚四氟乙烯材料。

一种用于产生高压脉冲的互补式脉冲形成网络的方法，包括下例步骤，首先由互感式脉冲形成网络产生一个质量一般的脉冲波形，然后通过调节去耦式脉冲形成网络中可调电感器的参数去补偿波形；通过去耦式脉冲形成网络的电感绝缘手柄，通过示波器观测高压脉冲波形，将产生的每个周期的高压脉冲波形，按时间轴向方向大致分成与电感个数相等的几段，观察分析哪段的波形质量，例如上升沿、下降沿、平顶度的波形，具有针对性地调整相应段电感的电感量，结合示波器显示的波形，能直观地看到电感量的调节对波形的改善效果，利用去耦式脉冲形成网络的电感可粗调、细调相结合的特点，能方便、快速地找到最佳状态，使两个脉冲形成网络合成一个高质量的脉冲波形。