[发明专利]一种产生快前沿高电压单脉冲矩形波的电脉冲发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种单脉冲矩形波发生装置，特别是涉及一种产生前沿≤0.8ns、幅值15～50kV可调、宽度为10ns左右的高电压单脉冲矩形波发生装置。

背景技术

单脉冲矩形波发生装置用于产生具有一定宽度的单脉冲矩形波，由于发生装置中开关及连接结构等非理想因素的限制，实际输出波形为具有一定前后沿的近似梯形波。在不与GB/T 9317-1988中方波定义相混淆的情况下，为与本领域通常称呼相一致，在本发明中称这种矩形波为方波。其发生装置称为方波发生器。

方波发生器在高电压、脉冲功率技术和电磁脉冲效应研究等领域中有重要的用途，例如校验测量系统、作为效应实验信号源等。随着技术的发展，前沿为数纳秒的脉冲在上述领域中经常会遇到。在这种情况下，对于高电压、大电流的测量而言，如果对分压器、分流器、罗可夫斯基(Rogowski)线圈等测量系统进行方波响应校验，就要求方波脉冲信号不但有快的前沿，而且要有高的幅值。如果使用幅值较低的方波作为方波响应实验的信号源，经测量系统衰减后的输出信号就很微弱，易受电磁干扰的影响，不易给出正确的结果。此外，电磁脉冲效应研究对快前沿、高幅值的脉冲信号源的需求越来越迫切，对方波发生器同样提出了快前沿和高幅值的要求。因此，研制前沿≤1ns、幅值50kV左右的高电压方波发生器是很必要和有实际意义的。

已经公开发表的方波脉冲发生器的研究有以下文献：

[1]毛志国,邹晓兵,刘锐等.一种10kV方波电压发生器[J].高电压技术.2007，33(10)41～44

[2]刘锐,邹晓兵,王新新.用于标定分压器的高电压毫微秒脉冲发生器[J].电工电能新技术.200625(02)64～66

[3]张琦,石立华,邵志学.50Ω输出的四形成线纳秒级高电压方波发生器设计[J].电波科学学报2011,26(5):938～943

[4]贺元吉,张亚洲,李传胪.一种高压ns级脉冲形成电路.高电压技术,2000,26(4):13～15

[5]S.Katsuki,K.Moreira,F.Dobbs et al.Bacterial decontamination with nanosecond pulsed electric fields.Power Modulator Symposium,2002and 2002High-Voltage Workshop,July,2002:648-651

文献[1-4]采取同轴传输线配合气体火花开关或真空开关产生方波脉冲，前沿最短做到2ns，幅值最高10kV。

文献[5]使用固态三板传输线配场畸变开关产生方波脉冲，生成前沿2ns、幅值30kV的方波脉冲。

以上文献中所使用的开关均为气体开关，间隙电感较大，不易达到前沿0.8ns的指标。目前，满足前沿小于2ns的方波发生器通常使用汞润开关作为其中的闭合开关，虽然输出方波的前沿很快，但方波的幅值通常只有几百伏到2kV左右。目前了解到国内外一些方波发生器的性能参数，这些方波发生器尚不能同时满足幅值高和前沿快两个方面的要求，或者技术过于复杂。

中国国家发明专利00113814.6(一种快前沿高电压方波脉冲发生器)介绍了一种高电压方波发生器，该发生器使用单个放电间隙薄膜介质开关，绝缘薄膜一侧的开关电极为杯盖形，内部安装针状金属细杆，利用电磁铁驱动撞击薄膜进行触发。绝缘薄膜另一侧的开关电极采取套筒状变直径同轴结构，与单根或多根并联的工业标准同轴电缆相连，传输线与开关结构相应，采用单根或多根并联的工业标准同轴电缆，布置为双传输线形式，中间接阻抗为传输线阻抗2倍的负载。工作时给传输线加高电压，驱动电磁铁触发薄膜开关使之快速闭合，在传输线中引起电磁波折、反射过程，在负载上形成方波脉冲。该方波脉冲由标准同轴电缆引出。对按该发明设计的原理样机的测试结果表明，该发生器输出方波脉冲的前沿可达1至2ns，电压幅值可达12kV，波形规则。根据该专利技术内容形成一篇文献如下：

[6]马连英，曾正中，费国强，等.基于绝缘薄膜开关的快前沿高压方波发生器[J].电工电能新技术，2001(3)：38-40

相关专利00113814.6，所存在的问题有：

a、输出端为同轴型输出，对部分应用不方便，例如对于非同轴结构的分压器、分流器等，在同轴型输出的方波发生器上标定并不方便，虽然可以采用转换输出结构，但转换中将带来波形畸变，影响标定等应用。