[实用新型]一种用于液相放电产生等离子体的高压脉冲电源

说明书

技术领域

本实用新型涉及液相放电技术与高压电源技术，尤其是涉及一种用于液相放电产生等离子体的高压脉冲电源。

背景技术

在国外脉冲源技术的研究很早就已经开始，其中高压快脉冲技术起源于核物理实验、雷达、无线电通信技术及计算机技术发展的需要。目前高压快脉冲源广泛应用于各个领域。由于应用对象特点不同，对脉冲源的要求不同，例如在激光系统常用的纳秒级高压快脉冲源主要有两个研究方向：一是电真空器件以二次电子发射管、放电间隙开关、触发管、氢闸管等为代表，主要研究如何提高电真空器件的开关速度，减小其触发晃动，研究与其相配的高压高速驱动电路。二是以雪崩三极管和高压场效应管等为代表的固体器件，研究大功率高速高压半导体固体开关及与其相配的高速高压组阵电路。

其中，二次电子发射管优点是：重复频率高，触发延迟和晃动小，但是脉冲输出电压幅度较低(仅有几百伏)，且寿命短、不稳定、噪音大；放电间隙开关如火花隙容易产生较大的脉冲幅度(千伏以上)和较短的上升时间(亚纳秒级)，但是重复率低，晃动大；触发管工作电压可以达到十几千伏，缺点是需要较高的触发脉冲电压(与其阳极电压几乎是一个量级)，且晃动较大；闸流管的工作电压范围较大(数百伏道数十千伏)，开关速度快(几个纳秒)，重复频率较高，其缺点是晃动较大。

随着半导体技术的发展，50年代半导体开关如雪崩三极管开始进入ns级技术领域。Chakera根据实验发现少数雪崩管电流建立时间很小约为1ns，并据此研制出1ns宽度的脉冲发生器，但半导体开关的局限也很明显：在于单管工作电压较低。因此有人从60-70年代就开始雪崩管MARX电路研究，用以提高输出脉冲幅度和加快前沿。如Bell等开始研究雪崩管MARX电路，70年代已经用雪崩管输出几千伏、前沿几个纳秒的高速脉冲，Davis等(1979年)用雪崩管做出幅度3.3KV前沿4ns的脉冲源。由于此类固体开关具有重复率高、寿命高、晃动极小等优点，雪崩管脉冲源有了非常大的发展，并在部分领域已经取代电真空管。尽管目前雪崩管脉冲源可以做到幅度几十千伏、前沿皮秒级、脉宽几个纳秒的高速高压窄脉冲，但是由于器件本身的特点，其电流驱动能力差，输出脉冲宽度较窄，这限制了它的应用。进入70年代过后，功率MOSFET管的出现，改变了这一现状，由于其单管功率远大于雪崩管。目前单管电流(数十安培)、较高的漏源电压(达千伏)、小的导通电阻(欧姆量级)和较快的导通时间(纳秒级)的高压金属氧化物功率场效应管，采用雪崩管驱动能让前沿大大减小到数纳秒，串联和并联可以加大脉冲幅度和宽度，采用过驱动电路设计后开关速度得到进一步提高。

国内高压快脉冲源的研究处于开发阶段，西安光机所曾用固体雪崩管做过幅度5KV数个纳秒的高压脉冲电源，但脉冲宽度窄且电压幅度不够。天津大学用MOSFET管驱动电光晶体，制作出脉冲宽度120ns～1200ns，幅度0.6～3KV，前沿5ns，频率1HZ～1000HZ的脉冲。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种用于液相放电产生等离子体的高压脉冲电源，解决现有高压快脉冲源寿命短、不稳定、噪音大、单管工作电压较低的问题。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于液相放电产生等离子体的高压脉冲电源，其特征在于，该脉冲电源包括直流高压发生电路、高压逆变主电路和高压逆变控制电路，所述直流高压发生电路的高压源输出端与高压逆变主电路的电源输入端连接，所述高压逆变控制电路与高压逆变主电路的控制端连接，所述高压逆变主电路中的功率开关器件由多个功率IGBT管串联构成。

优选的，所述直流高压发生电路包括依次连接的调压整流电路、低压逆变电路和脉冲升压电路，所述调压整流电路包括工频电源和移相器，所述低压逆变电路包括隔离变压器、触发器和晶闸管，所述脉冲升压电路包括整流输出电路。

优选的，所述低压逆变电路为全桥逆变电路，该全桥逆变电路通过两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管。

优选的，所述全桥逆变电路包括电阻R1、电阻R2、开关管V1、开关管V2、开关管V3和开关管V4，所述电阻R1依次串联开关管V1、开关管V2和电阻R2，所述开关管V3的一端连接在电阻R1与开关管V1之间、另一端串联开关管V4后连接在电阻R2与开关管V2之间。