[发明专利]一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法

摘要

本发明公开了一种高压脉冲电源的负载匹配装置及方法，通过m个开关组以串联的方式耦合在一起，构成一个完整的开关组模块。m个开关组中，每一个开关组由于其导通和关断的顺序和延时不同，所产生的脉冲电压是不完全相同的；这些脉冲电压叠加后，就可以在输出端产生所需的高压脉冲。开关组模块受控于控制模块，可以直接接收控制模块所传输的控制信号，在控制信号的作用下，开关组模块中每一个开关组的工作状态都可以得到控制。因此，在控制模块和开关组模块的配合下，调整开关组的工作状态，可以调整输出端的高压脉冲波形，从而改善高压脉冲和负载匹配的情况，实现高压脉冲和负载的匹配。

主权项

1.一种高压脉冲电源的负载匹配装置的工作方法，其特征在于，负载匹配装置包括控制模块(1)，控制模块(1)连接开关组模块(2)，开关组模块(2)连接外加直流电源模块(3)；控制模块(1)包括m路控制信号，m≥2，开关组模块(2)包括m个串联的开关组，开关组之间的工作状态为相互独立的，控制模块(1)的m路控制信号连接与其对应的开关组，首端开关组设置有高压脉冲输出GND，末端开关组设置有输出端(4)；控制模块(1)用于对每一个开关组发出对应的控制信号，调节每一个开关组的导通时刻、关断时刻、导通延时及关断延时；负载匹配装置的工作方法包括以下步骤：步骤一，控制模块(1)根据负载所需参数，生成控制信号，并发送至开关组模块(2)内对应的开关组；步骤二，开关组模块(2)在外加直流电源模块(3)的驱动下，根据控制模块(1)所发来的信号，对应的开关组根据不同的高压脉冲的电压参数、电流参数、上升沿参数、下降沿参数、脉宽参数以及频率参数，执行导通或关断或导通延时或关断延时的控制；步骤三，开关组模块(2)结合所有开关组的信号，最终从输出端(4)输出高压脉冲信号的波形；当针对上升沿末端产生的过冲和振铃进行负载匹配优化时，通过调节每个开关组的导通延时来实现，开关组模块有m个开关组，m≥2，高压脉冲的上升沿参数为T_r，每个开关组的固有导通时间为常数t_s，t＝0时刻第一个开关组开始导通，在控制信号的作用下，第二个开关组相对于第一个开关组完全导通时所分配得的导通延时为t_r1，第三个开关组相对于第二个开关组完全导通时所分配得的导通延时为t_r2，以此类推，第m个开关组相对于第(m‑1)个开关组完全导通时所分配得的导通延时为t_r(m‑1)，当m个开关组都完全导通时，有表达式：T_r＝t_s+(t_r1+t_s)+(t_r2+t_s)+……+(t_r(m‑1)+t_s)＝(t_r1+t_r2+……+t_r(m‑1))+m·t_s调节控制模块(1)使调整后控制信号的延时信息发生变化，开关组模块(2)中相应开关组的导通延时得到调整，改变每一个对应开关组的导通延时，最终使得上升沿末端向脉冲平坦区过渡时出现的过冲和振铃得到抑制，此时开关组相应的导通延时变化量为Δt_r1，Δt_r2，……，Δt_r(m‑1)，|Δt_r(m‑1)|＜＜t_r(m‑1)，负载匹配改善后的高压脉冲沿表达式为：[(t_r1+Δt_r1)+(t_r2+Δt_r2)+……+(t_r(m‑1)+Δt_r(m‑1))]+m·t_s＝(t_r1+t_r2+……+t_r(m‑1))+m·t_s+(Δt_r1+Δt_r2+……+Δt_r(m‑1))≈T_r在改善负载匹配状况的同时，输出高压脉冲的上升沿参数保持不变。