[发明专利]变压器谐振转换器

说明书

一些实施例可包括纳秒脉冲器，该纳秒脉冲器包括：多个固态开关；变压器，具有杂散电感L_s、杂散电容C_s和匝数比n；以及具有电阻R的电阻器，所述电阻器串联设置在所述变压器和所述开关之间。在一些实施例中，谐振电路根据以下公式产生Q因子：以及纳秒脉冲器根据以下公式、从输入电压V_in产生输出电压V_out：V_out＝QnV_in。

相关申请的交叉引用

本申请是申请日为2018年2月6日，申请号为201880023863.7，发明名称为“变压器谐振转换器”的中国发明专利申请的分案申请。

背景技术

产生具有快速上升时间的高压脉冲具有挑战性。例如，为了实现高压脉冲(例如，大于约10kV)的快速上升时间(例如，小于约50ns)，脉冲上升的斜率必须非常陡峭。这种陡峭的上升时间很难产生。这对于以紧凑的方式使用标准电气元件来说尤其困难。另外难以产生具有可变脉冲宽度和/或可变高脉冲重复率且具有快速上升时间的这种高压脉冲。

发明内容

公开了一种用于使用开关电压源和变压器产生高压、高频脉冲的系统和方法，该变压器包括谐振转换器、例如串联谐振转换器。

一些实施例可以包括谐振转换器，该谐振转换器包括DC输入；多个固态开关(其对于我们来说可以包括SPA、基于全桥拓扑的开关功率放大器)；变压器，具有杂散电感L_s、杂散电容C_s以及初级与次级匝数比n；总串联电阻R，由杂散串联电路电阻R_s和任意附加串联电阻R_a组成，该附加串联电阻R_a有意地加入以控制Q；二极管整流器，位于变压器的次级侧；以及输出波形滤波器。在一些实施例中，谐振电路具有Q因子，该Q因子根据获得；并且谐振转换器基于以下公式、根据输入电压V_in产生输出电压V_out：V_out＝QnV_in.。在一些实施例中，从变压器的初级侧测量杂散电感，并且从次级侧测量杂散电容。在一些实施例中，可以包括额外的电容C_a和/或电感L_a，以产生期望的谐振频率和/或改变电路Q。

一些实施例可以包括谐振转换器电路，该谐振转换器电路具有：变压器，该变压器具有杂散电感L_s以及杂散电容C_s；以及与变压器串联的杂散电阻，其具有电阻R_s。在一些实施例中，谐振电路根据以下公式产生Q因子，其中R是串联杂散电阻R_s和任何额外添加的电阻R_a以及等效串联负载电阻R_L之和，C是杂散电容C_s和任何添加的电容C_a以及任何其他杂散电容C_so之和，L是杂散串联电感L_s和任何额外添加的电感L_a和任何其他杂散串联电感L_so之和。

在一些实施例中，输出可具有大于5kV、15kV和/或50kV的电压。

在一些实施例中，谐振转换器可以以大于约25kHz或100kHz的频率操作。

在一些实施例中，峰值输出功率与平均输出功率之间的比率大于10倍。

在一些实施例中，杂散电感L_s包括总电路电感的50％以上。

在一些实施例中，输出脉冲具有上升时间，且电压转换速率大于10⁹V/s。

在一些实施例中，谐振转换器包括与其输入在电流方面隔离的输出(例如，浮动输出)。

在一些实施例中，可以在脉冲持续期间以小于10μs的时间尺度调整脉冲输出电压，以使其调整到新的电压输出电平。