[发明专利]一种脉冲电压发生装置、方法及控制器

说明书

技术领域

本发明涉及信号发生器技术领域，具体涉及一种脉冲电压发生装置、方法及控制器。

背景技术

脉冲电压技术指的是把能量经过相对长的时间存储后，以电能的形式在在极短时间内快速释放，从而产生高压脉冲。脉冲电压技术的实质是将脉冲能量在时间尺度上进行压缩，以获得在短时间内(纳秒级至百微秒级)的高峰值电压输出。为使脉冲电压技术具有较好的应用效果，往往要求脉冲电压的上升沿和下降沿时间较短，脉冲宽度较小。

现有技术通过升压变压器能够得到较高的脉冲电压值，其所采用的脉冲电压发生装置如图1所示，在直流电压源两端并联半桥电路，半桥电路的输出端连接变压器的低压侧，变压器的高压侧作为脉冲电压输出端，通过控制半桥电路的四个可控开关S10、S20、S30和S40的闭合和断开时间来控制半桥电路输出低压的双极性脉冲信号。例如，控制可控开关S10和S40闭合、S20和S30断开时，可以使得变压器低压侧的电流流向如图1中箭头所示；控制可控开关S10和S40断开、S20和S30闭合时，可以使得变压器低压侧的电流流向与图1中箭头所示方向相反。当升压变压器的低压侧通以交变的电流时，变压器高压侧会感应产生电压。图1中直流电压源两端并联的电容C用于滤波。

然而，由于变压器内感应磁场变化需要一定的时间，变压器高压侧所输出的高压脉冲的频率受到限制难以提高，并且高压脉冲的上升沿和下降沿时间较长。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种脉冲电压发生装置、方法及控制器，以解决高压脉冲频率受到限制难以提高、并且高压脉冲的上升沿和下降沿时间较长的问题。

本发明第一方面提供了一种脉冲电压发生装置，包括：变压器；第一AC/DC转换电路，其交流侧与所述变压器的高压侧连接；储能电容，与所述第一AC/DC转换电路的直流侧连接，用于储存电能；放电控制电路，与所述储能电容的两端并联，用于控制所述储能电容放电以产生高压脉冲。

可选地，所述放电控制电路包括：第一可控开关S1、第二可控开关S2、第三可控开关S3、第四可控开关S4、放电电阻和第一控制器；所述S1与所述S2串联，所述S3与所述S4串联；所述放电电阻的一端连接在所述S1和所述S2之间，另一端连接在所述S3和所述S4之间；所述放电电阻的两端作为所述放电控制电路的输出端；所述第一控制器用于控制所述S1、所述S2、所述S3和所述S4闭合或断开。

可选地，所述装置还包括：第二AC/DC转换电路，其交流侧与电网连接；DC/AC转换电路，其直流侧与所述第二AC/DC转换电路的直流侧连接，其交流侧与所述变压器的低压侧连接。

可选地，所述DC/AC转换电路包括：第五可控开关S5、第六可控开关S6、第七可控开关S7、第八可控开关S8和第二控制器；所述S5与所述S6串联，所述S7与所述S8串联；所述DC/AC转换电路输出端的一端位于所述S5与所述S6之间，另一端位于所述S7和所述S8之间；所述第二控制器用于控制所述S5、所述S6、所述S7和所述S8闭合或断开。

可选地，所述变压器的磁芯包括至少两个高压线圈；每个高压线圈对应连接一个第一AC/DC转换电路，对应连接有至少一个储能电容及放电控制电路；所述放电控制电路的输出端并联后的两端作为所述脉冲电压发生装置的输出端。

可选地，所述变压器包括至少两个磁芯；每个磁芯的低压侧对应连接一个DC/AC转换电路，多个DC/AC转换电路的输入端并联连接至第二AC/DC转换电路的输出端。

可选地，所述变压器包括至少两个磁芯；每个磁芯的低压侧线圈的输入端并联连接至DC/AC转换电路的输出端。

可选地，可控开关采用Si-MOSFET或SiC-MOSFET。

本发明第二方面提供了一种脉冲电压发生方法，包括：控制在变压器的低压侧施加方波电压；所述方波电压经所述变压器升压后，由AC/DC转换电路转换成直流电压为储能电容充电；控制与所述储能电容并联的放电控制电路放电以产生高压脉冲。

可选地，所述方法还包括：获取所述储能电容的电压；判断所述储能电容的电压是否达到预定值；当所述储能电容的电压达到所述预定值时，控制停止为所述储能电容充电。