可调高压脉冲发生器的制作方法

1.本实用新型涉及脉冲技术领域，特别涉及一种低输入电压的可调高压脉冲发生器。


背景技术：

2.现有技术中，常使用雪崩晶体管串增加输出电压。这种技术减少了系统总存储电荷，有助于防止由于自触发或击穿而损坏晶体管。这种技术的缺点是较高的直流电源会产生电晕。产生高压脉冲的理想方法之一是结合使用marx bank 型设计和雪崩晶体管串。
3.如现有技术文献1《high voltage fast ramp pulse generation using avalanche transistor, review of scientific instruments 69, 3066 (1998), liu jinyuan, shan bing, and chang zenghu.》中使用雪崩晶体管串和marx bank型设计的组合来产生高压脉冲，但在工作中没有合适的控制脉冲幅度的方法。在现有专利技术文献2《high voltage nanosecond pulser, us20150130525a1, 2015-05-14, eagle harbor technologies, inc.》中，实用新型人使用了固态开关，这些开关随输入脉冲而导通和关断。但是没有使用固态开关进行电压幅度控制。


技术实现要素：

4.本实用新型目的是：提供一种可调高压脉冲发生器，采用多级的雪崩晶体管串，各级之间以marx bank型设计连接，通过打开或关闭机械开关来增加或减少级数，实现输出脉冲幅度的控制。
5.本实用新型的技术方案是：
6.可调高压脉冲发生器，包括低输入电压源、pwm触发单元、dc-dc升压转换器、雪崩晶体管串单元；
7.所述低输入电压源输出低电压，分别连接到pwm触发单元、dc-dc升压转换器的输入端；dc-dc升压转换器将低输入电压转化为高电压；pwm触发单元输出pwm触发脉冲；
8.所述雪崩晶体管串单元包括电阻r1、r2、机械开关k和n个依次串联的雪崩晶体管q1、q2
……
qn；相邻雪崩晶体管的发射极与集电极连接，各个雪崩晶体管的基极与自身的发射极连接；雪崩晶体管q1的集电极通过电阻r1连接dc-dc升压转换器输出的高电压正极，雪崩晶体管qn的发射极通过依次串联的机械开关k、电阻r2连接高电压负级，机械开关k与电阻r2的公共点连接pwm触发单元输出端。
9.优选的，所述雪崩晶体管串单元为多级，相邻两级雪崩晶体管串单元的雪崩晶体管q1的集电极依次通过存储电容c1、c2
……
cm连接。
10.优选的，所述pwm触发单元包括依次连接的自动耦合器u1和脉冲变压器t；自动耦合器u1的二极管正负极分别接低输入电压和微控制器控制输出的脉冲信号，脉冲变压器t将自动耦合器u1输出的脉冲信号放大。
11.优选的，各级雪崩晶体管串单元的所述机械开关k采用单刀单掷、单刀双掷、双刀
双掷、按钮中的一种或多种。
12.优选的，两级或两级以上雪崩晶体管串单元共用同一个机械开关k。
13.优选的，每一级的雪崩晶体管串单元包括一个或多个串联的雪崩晶体管，即n≥1。
14.本实用新型的优点是：
15.本实用新型的可调高压脉冲发生器，输入低电压，采用多级雪崩晶体管串单元，各级之间以marx bank型设计连接，每级的末端都设置一个机械开关，通过打开或关闭机械开关来增加或减少级数，实现输出脉冲幅度的控制，结构简单，灵活性高。
附图说明
16.下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
17.图1为用于基本脉冲电路的晶体管串的原理图；
18.图2为本实用新型实施例中两级的可调电压脉冲发生器原理图；
19.图3为本实用新型可调电压脉冲发生器的原理框图；
20.图4为本实用新型共用机械开关的可调电压脉冲发生器的原理框图。
具体实施方式
21.如图1所示，为用于基本脉冲电路的晶体管串的原理图，包括两级雪崩晶体管串s1、s2，每级雪崩晶体管串包括四个雪崩晶体管，相邻雪崩晶体管的发射极与集电极连接，各个雪崩晶体管的基极与自身的发射极连接；雪崩晶体管串的两端分别接通过电阻与电源连接，两级雪崩晶体管串的总的集电极之间通过存储电容c0连接。
22.如图2所示，本实施例的可调高压脉冲发生器，包括低输入电压源vcc、pwm触发单元tc、dc-dc升压转换器、两级雪崩晶体管串单元s1、s2。所述低输入电压源vcc输出低电压，分别连接到pwm触发单元tc、dc-dc升压转换器的输入端。
23.所述dc-dc升压转换器将低输入电压vcc转化为高电压；pwm触发单元输出pwm触发脉冲。所述pwm触发单元tc包括依次连接的自动耦合器u1和脉冲变压器t；自动耦合器u1的二极管正负极分别接低输入电压和微控制器控制输出的脉冲信号，脉冲变压器t将自动耦合器u1输出的脉冲信号放大。自动耦合器u1和脉冲变压器将pcb板上的低输入电压和高压部分隔离。
24.所述雪崩晶体管串单元s1包括电阻r1、r2、机械开关k1和4个依次串联的npn型雪崩晶体管q1、q2、q3、q4；相邻雪崩晶体管的发射极与集电极连接，各个雪崩晶体管的基极与自身的发射极连接；雪崩晶体管q1的集电极通过电阻r1连接dc-dc升压转换器输出的高电压正极，雪崩晶体管q4的发射极通过依次串联的机械开关k1、电阻r2连接高电压负级，机械开关k1与电阻r2的公共点连接pwm触发单元tc输出端。所述雪崩晶体管串单元s1包括电阻r1'、r2'、机械开关k2和4个依次串联的npn型雪崩晶体管q1'、q2'、q3'、q4'，具体连接结构与雪崩晶体管串单元s1相同。两级雪崩晶体管串单元s1、s2的雪崩晶体管q1 、q1'的集电极通过存储电容c1连接。
25.具体工作时，雪崩晶体管串单元s1的各雪崩晶体管由pwm触发单元tc发送的脉冲信号触发，雪崩晶体管串单元s1集电极降低至地电位附近，致使雪崩晶体管串单元s2的雪崩晶体管集电极到发射极产生高电压。随着雪崩晶体管串单元级数的增加，产生更大的过
电压。如图3所示，本实用新型可调电压脉冲发生器的雪崩晶体管串单元的级数可以为两级以上。
26.本实用新型的各级雪崩晶体管串单元的所述机械开关k1、k2采用单刀单掷、单刀双掷、双刀双掷、按钮中的一种或多种。
27.在一些实施例中，为了增加雪崩晶体管串单元级数，两级或两级以上雪崩晶体管串单元共用同一个机械开关，如图4所示, 三级的雪崩晶体管串单元共用同一个机械开关k。
28.上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。


技术特征：
1.可调高压脉冲发生器，其特征在于：包括低输入电压源、pwm触发单元、dc-dc升压转换器、雪崩晶体管串单元；所述低输入电压源输出低电压，分别连接到pwm触发单元、dc-dc升压转换器的输入端；dc-dc升压转换器将低输入电压转化为高电压；pwm触发单元输出pwm触发脉冲；所述雪崩晶体管串单元包括电阻r1、r2、机械开关k和n个依次串联的雪崩晶体管q1、q2
……
qn；相邻雪崩晶体管的发射极与集电极连接，各个雪崩晶体管的基极与自身的发射极连接；雪崩晶体管q1的集电极通过电阻r1连接dc-dc升压转换器输出的高电压正极，雪崩晶体管qn的发射极通过依次串联的机械开关k、电阻r2连接高电压负级，机械开关k与电阻r2的公共点连接pwm触发单元输出端。2.根据权利要求1所述的可调高压脉冲发生器，其特征在于：所述雪崩晶体管串单元为多级，相邻两级雪崩晶体管串单元的雪崩晶体管q1的集电极依次通过存储电容c1、c2
……
cm连接。3.根据权利要求1所述的可调高压脉冲发生器，其特征在于：所述pwm触发单元包括依次连接的自动耦合器u1和脉冲变压器t；自动耦合器u1的二极管正负极分别接低输入电压和微控制器控制输出的脉冲信号，脉冲变压器t将自动耦合器u1输出的脉冲信号放大。4.根据权利要求2所述的可调高压脉冲发生器，其特征在于：各级雪崩晶体管串单元的所述机械开关k采用单刀单掷、单刀双掷、双刀双掷、按钮中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的可调高压脉冲发生器，其特征在于：两级或两级以上雪崩晶体管串单元共用同一个机械开关k。6.根据权利要求2所述的可调高压脉冲发生器，其特征在于：每一级的雪崩晶体管串单元包括一个或多个串联的雪崩晶体管，即n≥1。

技术总结
本实用新型公开了可调高压脉冲发生器，包括低输入电压源、PWM触发单元、DC-DC升压转换器、雪崩晶体管串单元；所述低输入电压源输出低电压，分别连接到PWM触发单元、DC-DC升压转换器的输入端；DC-DC升压转换器将低输入电压转化为高电压；PWM触发单元输出PWM触发脉冲；优选的，所述雪崩晶体管串单元为多级，相邻两级雪崩晶体管串单元的雪崩晶体管Q1的集电极依次通过存储电容C1、C2


技术研发人员：李圣艳 阿彼得 耿直 邹艳 默罕默德
受保护的技术使用者：上海蓝载信息科技有限公司
技术研发日：2021.09.26
技术公布日：2022/2/8