[发明专利]程控高压重频纳秒脉冲电源、系统及控制方法

说明书

本公开提出了程控高压重频纳秒脉冲电源、系统及控制方法，包括：储能电容、初级电容、第一磁开关、第二磁开关、脉冲变压器及两个次级电容；所述储能电容通过单向二极管和电感为初级电容充电，同时将与初级电容串联的第一磁开关和脉冲变压器的磁芯复位，之后控制脉冲变压器饱和；所述脉冲变压器饱和后，与脉冲变压器次级相并联的次级电容与脉冲变压器次级发生震荡，该次级电容电压迅速反转，并与另一个次级电容的电压叠加，作用在第二磁开关上，第二磁开关饱和后，在负载电阻上形成陡前沿高压脉冲。采用谐振充电技术，实现对脉冲幅值的实时精确调整，摆脱了直流电源功率对脉冲频率的限制。

技术领域

本公开涉及脉冲功率源技术领域，特别是涉及程控高压重频纳秒脉冲电源、系统及控制方法。

背景技术

近年来非平衡等离子体在辅助燃烧和流动控制方面表现出一些独特优势，成为相关领域的研究热点。纳秒脉冲放电能非常高效地产生非平衡等离子体，而且产生的等离子体性质可以通过调整放电电压幅值、频率等参数来改变，非常有利于对燃烧和流动过程进行灵活控制。因此纳秒脉冲放电在非平衡等离子体助燃与流动控制方面有很大的应用潜力。燃烧反应器和流体机械中常存在一些瞬变工况，为了应对工作状态或者控制策略的转变，需要纳秒脉冲电源具有很高的灵活性，能够快速调整脉冲幅值、频率等参数。

常用的纳秒脉冲发生方式有脉冲成型线，MARX发生器，脉冲变压器等。使用脉冲成型线产生高压纳秒脉冲，装置体积巨大，输出脉冲参数难以调整。MARX发生器等多开关同步控制的纳秒脉冲电源，可以调整输出脉冲参数，但是由于同时使用很多开关管，装置体积也很大，可靠性也较难保证。在保证输出脉冲参数相当的情况下，基于脉冲变压器和磁压缩的脉冲电源体积要紧凑很多，可靠性也很高，比较适合于实际应用。

发明人在研究中发现，目前基于脉冲变压器和磁压缩的脉冲电源都采用高压直流电源直接为储能电容充电，直流电源电压直接决定储能电容电压，难以通过程序对脉冲幅值进行实时的精确调整；限于直流电源功率，脉冲重复频率也较低(10kHz)；另外磁开关工作点单一，偏离最佳工作点后脉冲电源运行效率低。这些都是亟待解决的问题。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供程控高压重频纳秒脉冲电源，在基于脉冲变压器和磁压缩的脉冲电源的基础上，采用谐振充电技术控制储能电容电压，达到对脉冲幅值进行实时精确调整的目的。

本说明书实施方式提供程控高压重频纳秒脉冲电源，通过以下技术方案实现：

包括：

储能电容、初级电容、第一磁开关、第二磁开关、脉冲变压器及两个次级电容；

所述储能电容通过开关、单向二极管和电感为初级电容充电，实现谐振充电控制，同时将与初级电容串联的第一磁开关和脉冲变压器的磁芯复位，之后调整脉冲变压器的饱和时刻；然后初级电容通过脉冲变压器为次级电容充电，该过程中脉冲变压器饱和；

所述脉冲变压器饱和后，与脉冲变压器次级相并联的次级电容与脉冲变压器次级发生震荡，该次级电容电压迅速反转，并与另一个次级电容的电压叠加，作用在第二磁开关上，第二磁开关饱和后，在负载电阻上形成陡前沿高压脉冲。

本说明书另一实施方式提供程控高压重频纳秒脉冲电源的控制系统，通过以下技术方案实现：

包括：

控制器，所述控制器分别与程控高压重频纳秒脉冲电源相连，控制所述电源的工作状态。

本说明书另一实施方式提供程控高压重频纳秒脉冲电源的控制方法，通过以下技术方案实现：

包括：

利用开关控制储能电容通过单向二极管和电感为初级电容充电，同时将与初级电容串联的第一磁开关和脉冲变压器的磁芯复位，之后使脉冲变压器预先产生一定的磁通摆幅，进而控制其饱和时刻；