[发明专利]新型双极性高压脉冲电源电路及产生双极性脉冲的控制策略

权利要求书

1.一种用于液体灭菌的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于包括：双极性Marx主电路、大功率IGBT驱动电路，信号发生电路；所述双极性Marx主电路输入端连接到高压直流电源的输出端，所述大功率IGBT驱动电路输入端连接到信号发生电路的输出端，所述双极性Marx主电路控制信号端连接到大功率IGBT驱动电路的输出端，通过开关器件的开通和闭合控制电路，对负载正向或负向放电通道开闭的不同时序实现对高压脉冲极性的调节，所述双极性Marx主电路内部设置负载，所述双极性Marx主电路负载两端信号输出连接到探头。

2.根据权利要求1所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，所述双极性Marx主电路包括：第一级双极性Marx电路，第n级双极性Marx电路，所述n≥2；

第一级双极性Marx电路包括：开关Ta1、开关Tb1、开关Tc1、开关Td1、开关Tf1、二极管Dc1、二极管Dd1，双极性Marx电路链接高压直流源Udc，所述高压直流源内阻位rdc：所述内阻rdc一端连接到电源Udc，所述内阻rdc另一端连接开关Tf1一端，所述开关Tf1另一端分别连接电容C0一端、开关Tc1一端和开关Tb1的一端，所述开关Tc1另一端连接到续流二极管Dc1一端，续流二极管Dc1的另一端连接到电容C1一端、开关Ta1一端及第n级双极性Marx电路一端，所述开关Ta1的另一端连接到电容C0的另一端，所述开关Tb1另一端分别连接到电容C1和第n级双极性Marx电路另一端，所述电容C1的另一端分别连接到续流二极管Dd1的一端和第n级双极性Marx电路另一端，所述续流二极管Dd1另一端连接到开关Td1一端，所述开关Td1另一端分别连接到电源Udc另一端和电容C0另一端；

第n级双极性Marx电路包括：开关Tan、开关Tbn、开关Tcn、开关Tdn、二极管Dcn、二极管Ddn，所述开关Tcn一端分别连接到电容Cn-1和第n-1级双极性Marx电路一端，所述开关Tcn另一端连接到续流二极管Dcn一端，续流二极管Dcn的另一端分别连接到电容Cn一端和开关Tan一端，所述开关Tan的另一端连接到电容Cn-1的另一端，所述开关Tbn另一端分别连接到电容Cn和电容Cn-1一端，所述电容Cn的另一端分别连接到续流二极管Ddn的一端，所述续流二极管Ddn另一端连接到开关Tdn一端，所述开关Tdn另一端分别连接到第n-1级双极性Marx电路另一端和电容C n-1另一端。

3.根据权利要求1所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，包括：负载U0，所述负载U0的一端连接到电容C0的另一端，所述负载U0的另一端连接到电容Cn的另一端。

4.根据权利要求3所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，还包括：大功率IGBT驱动电路，所述大功率IGBT驱动电路采用变压器隔离和浮地驱动设计，利用DC-DC单电源供电模块；

所述IGBT驱动电路采用浮地驱动的设计，利用单电源DC-DC高压隔离电源模块，实现驱动电源和高压主回路的安全隔离；驱动电路通过光纤接受模块从信号发生电路接收PWM信号，通过保护电路传输到IGBT主驱动芯片的信号输入端，控制大功率IGBT模块的关断。

5.根据权利要求4所述的新型双极性高压脉冲电源电路，其特征在于，还包括：信号发生电路，所述信号发生电路为FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，光纤隔离模块；

所述FPGA所搭建的高速DDS信号发生模块，利用FPGA产生4路不同的PWM波形，每路PWM波形通过光纤隔离模块，同时给总共25个IGBT模块提供控制，光纤模块能有效的抵御别的电信号，让到达各IGBT模块的信号同步，更好的控制IGBT的通断。

6.一种新型双极性方波高压脉冲电源及产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，包括如下步骤：

确定极性可调方波高压脉冲电源电路的控制工作时序，通过对该电路的控制工作时序，获得该电路在容阻性负载状态下的稳定工作状态，对该电路负载的储能电容充电和放电操作，获得该电路在高电压下的双极性脉冲的稳定工作状态。

7.根据权利要求6所述的新型双极性高压脉冲电源电路产生双极性脉冲的控制策略，其特征在于，所述步骤1包括：

t0时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t1时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，

t1时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t2时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai关断，Tbi闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成正向放电回路，串联放电，负载正向导通，理想值U0=n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲，

t3时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，该时刻过后预留死区时间，等待Tbi完全关断；

t4时刻，使Tai、Tbi关断，Tfi、Tci、Tdi闭合，储能电容Cj通过Tfi、Tci、Tdi和高压直流源Udc并联，充电回路构成储能电容Cj并联充电；

t5时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tai、Tbi关断，储能电容Cj充电完毕，

t5时刻过后预留一定死区时间，等待Tfi、Tci、Tdi完全关断；

t6时刻，使Tfi、Tci、Tdi、Tbi关断，Tai闭合，储能电容Cj通过Tbi及负载构成负向放电回路，串联放电，负载负向导通，理想值U0=-n×Udc；当储能电容Cj足够大时，得到顶部近似平稳的方波脉冲；

t7时刻，预留死区时间直到t8时刻，为下个周期T产生双极性中的正极性脉冲做好准备；

t8时刻，结束本次产生负向的高压脉冲周期，并开始了新的周期T，完成了双极性高压脉冲输出。