[发明专利]一种基于MMC的前后沿可调高压纳秒脉冲发生器

说明书

本发明公开了一种基于MMC的前后沿可调高压纳秒脉冲发生器,主要包括开关电源、控制电路、MMC主电路系统、充电电阻和高压直流电源。开关电源为控制电路供电。控制电路向MMC主电路系统发送光信号。控制信息控制MMC主电路系统中所有MOSFET开关管的通断。MMC主电路系统处于放电状态时，通过控制所有MOSFET开关管导通和关断的时序，从而控制电路中的电容进行串联放电。MMC主电路系统通过控制信息改变电容接入和退出放电回路的时序，从而对输出脉冲的前沿和后沿进行调节。所述高压直流电源为放电状态下的MMC主电路系统供电。本发明通过多电平调节的方式对纳秒脉冲的前沿和后沿进行调节，大大提高了纳秒脉冲发生器的参数可调性，对于脉冲发生器的应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及脉冲功率技术领域，具体是一种基于MMC的前后沿可调高压纳秒脉冲发生器。

背景技术

近年来，随着脉冲功率技术的快速发展，应用领域也在不断拓宽，脉冲功率技术在食品加工、水处理、生物医疗和等离子体技术等领域发挥着越来越重要的作用。在等离子放电领域，高频的窄脉冲电源超越直流源、kHz交流源和射频源，成为最热门的激励电源。而相关研究表明，纳秒脉冲的前后沿对于等离子体放电的效果有很大影响，因此前后沿可调纳秒脉冲发生器的研究对于等离子体放电的应用有着重要意义。

目前传统的高压纳秒脉冲产生方法有传输线、磁开关压缩、Marx、直线型变压器器驱动源(Linear Transformer Driver,LTD)等。传统的脉冲产生方法已经可以实现对输出脉冲幅值、脉宽、频率等参数的灵活调节，但是目前很少有关于脉冲前后沿调节的相关研究。

近年来，部分学者开始研究基于模块化多电平换流器(multilevel modularconverter，MMC)结构的脉冲源。MMC结构主要应用于高压直流输电领域，但是部分学者开始将MMC结构应用于脉冲功率领域，以产生多电平输出波形。而多电平输出波形可以应用于前后沿的调节。但是目前关于MMC结构在脉冲功率技术的研究中，输出脉冲都属于μs量级，没有针对前后沿时间的相关研究。且现有的电容充电方式均存在不足：串联充电会使输出电压受到充电电压的限制，且需要增加电容电压传感器或监测程序保证电容的均压；采用变压器需要额外增加整流逆变电路；而顺序充电方式需要额外增加2个开关，且充电阶段对开关的损耗较大。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于MMC的前后沿可调高压纳秒脉冲发生器，主要包括开关电源、控制电路、MMC主电路系统、充电电阻和高压直流电源。

所述开关电源为控制电路供电。

所述控制电路向MMC主电路系统发送光信号。所述光信号携带控制信息。

所述控制信息控制MMC主电路系统中所有MOSFET开关管的通断。

所述控制电路主要包括FPGA、电光转换器、光纤驱动器和光纤发射器。

所述FPGA产生2(n+m)路同步触发电信号I。所述2(n+m)路同步触发电信号I均携带控制信息。

所述电光转换器将2(n+m)路同步触发电信号I转换为2(n+m)路触发光信号。

所述光纤驱动器驱动光纤发射器发送2(n+m)路触发光信号。

所述MMC主电路系统通过控制所有MOSFET开关管导通和关断的时序，从而控制电路中的电容进行串联放电。

所述MMC主电路输出高压纳秒脉冲。

所述MMC主电路通过控制信息改变电容接入和退出放电回路的时序，从而对输出脉冲的前沿和后沿进行调节。