基于模塊化多電平換流器的模塊化前后沿可調高壓納秒脈沖發(fā)生器的研制
發(fā)布時間：2021-08-30 09:59
為了研究高壓納秒脈沖的前后沿時間對于離體腫瘤細胞殺傷效果的影響,需要一種能夠產(chǎn)生前后沿可調高壓納秒脈沖的發(fā)生器。提出了一種基于半橋型模塊化多電平換流器（HB-MMC）結構的新型發(fā)生器拓撲結構,通過HB-MMC子模塊的級聯(lián)構成2組橋臂,以產(chǎn)生任意極性的高壓納秒脈沖方波;采用MOSFET作為固態(tài)開關,并通過控制MOSFET的開關時序,改變導通和關斷延遲時間來改變輸出脈沖的前后沿。該文首先對提出的發(fā)生器拓撲結構以及工作原理進行了詳細的介紹;然后采用PSpice仿真軟件進行仿真驗證,證實了該拓撲結構的正確性與可行性;最后研制了一臺5級的脈沖發(fā)生器并進行性能測試。測試結果表明,該發(fā)生器能夠輸出幅值0～±4kV可調、脈寬100～500ns可調、頻率0～5kHz可調的方波脈沖,且脈沖的上升沿能在15～65ns范圍內平滑調節(jié),脈沖的下降沿能在30～100ns范圍內平滑調節(jié)。
【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
PSpice仿真模型Fig.10Simulationmodeoftheproposedtopology
第35卷第6期米彥等基于模塊化多電平換流器的模塊化前后沿可調高壓納秒脈沖發(fā)生器的研制1281當開關Sa閉合，Sb斷開時，UAB等于電容電壓UC；當開關Sa斷開，Sb閉合時，UAB=0。圖1半橋型MMC結構Fig.1Harf-bridgeMMC基于半橋型的MMC結構，本文提出了如圖2所示的發(fā)生器拓撲結構。該拓撲結構由兩組橋臂、一個直流電源、n+m個充電電阻以及一個負載電阻組成。上橋臂由n個MMC模塊級聯(lián)構成，下橋臂由m個MMC模塊級聯(lián)而成，橋臂中的電容通過直流電源以并聯(lián)的方式分別充電至Vdc和Vdc。放電時使兩組橋臂分開接入放電回路，可在負載上形成單/雙極性脈沖。對于每一組橋臂，通過控制橋臂中儲能電容接入或者撤出放電回路的時間，可輸出多電平波形，通過調節(jié)電平持續(xù)時間和電平數(shù)量可調節(jié)前后沿。上述的調節(jié)與控制可以通過控制MOSFET的開關時序來實現(xiàn)。圖2基于MMC結構的發(fā)生器拓撲結構Fig.2TopologyofproposedMMC-basedgenerator1.2前后沿調節(jié)原理利用MMC結構的特性，可以在負載上輸出多電平脈沖波形。而多電平脈沖波形是通過調節(jié)固態(tài)開關之間的導通/關斷延時實現(xiàn)的，當導通/關斷延遲時間小于前一個電平的前/后沿時間，可消除階梯，實現(xiàn)前后沿的平滑調節(jié)。以一個兩電平波形的前沿時間為例，上升沿調節(jié)原理如圖3所示。當兩組電容同時串入放電回路時，會在負載上產(chǎn)生一個單電平的方波，此時上升沿最小為tr-min。當在兩組電容串入放電回路時設置一個延遲時間td，若td＞tr-min，則會在負載上輸出一個兩電平的階梯波；若td＜tr-min，則會在負載上輸出前沿時間為tr的單電平方?
，可輸出多電平波形，通過調節(jié)電平持續(xù)時間和電平數(shù)量可調節(jié)前后沿。上述的調節(jié)與控制可以通過控制MOSFET的開關時序來實現(xiàn)。圖2基于MMC結構的發(fā)生器拓撲結構Fig.2TopologyofproposedMMC-basedgenerator1.2前后沿調節(jié)原理利用MMC結構的特性，可以在負載上輸出多電平脈沖波形。而多電平脈沖波形是通過調節(jié)固態(tài)開關之間的導通/關斷延時實現(xiàn)的，當導通/關斷延遲時間小于前一個電平的前/后沿時間，可消除階梯，實現(xiàn)前后沿的平滑調節(jié)。以一個兩電平波形的前沿時間為例，上升沿調節(jié)原理如圖3所示。當兩組電容同時串入放電回路時，會在負載上產(chǎn)生一個單電平的方波，此時上升沿最小為tr-min。當在兩組電容串入放電回路時設置一個延遲時間td，若td＞tr-min，則會在負載上輸出一個兩電平的階梯波；若td＜tr-min，則會在負載上輸出前沿時間為tr的單電平方波，且有tr=tr-min+td。對于一個包含x個MMC模塊的放電回路，其上升沿時間可以表示為1rr-minddr-min10xiittttt≤≤（2）式中，tdi為第i個電平的延遲時間，當tdi在0～tr-min范圍內調節(jié)時，輸出波形上升沿不會出現(xiàn)階梯。圖3上升沿調節(jié)原理Fig.3Pricipleofrisetimeadjustment下降沿的調節(jié)和上升沿的調節(jié)原理類似，上升沿是通過設置開關的導通延時來調節(jié)，而下降沿是通過設置開關的關斷延時來調節(jié)。對于一個包含x個MMC模塊的放電回路，其下降沿時間tf可以表示為1ff-minddf-min10xiittttt≤≤（3）式中，dit為第i個電平的延遲時間；tf-min為最短下降?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]交流和納秒脈沖激勵氦氣中等離子體射流陣列放電特性比較[J]. 張波,汪立峰,劉峰,萬夢,方志. 電工技術學報. 2019(06)
[2]基于網(wǎng)格傳輸網(wǎng)絡模型的高頻納秒脈沖串作用下單細胞穿孔特性仿真[J]. 米彥,徐進,劉宏亮,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2018(18)
[3]基于Marx和LTD拓撲的全固態(tài)復合模式脈沖源的研制[J]. 王昌金,姚陳果,董守龍,馬劍豪,譚堅文. 電工技術學報. 2018(13)
[4]基于磁脈沖壓縮的DBD高頻雙極性納秒脈沖發(fā)生器的設計及其放電特性[J]. 米彥,萬佳侖,卞昌浩,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2017(24)
[5]基于模塊化Marx電路和傳輸線變壓器的重頻納秒脈沖源設計[J]. 李江濤,趙政,鐘旭,曹輝,鄭敏軍. 電工技術學報. 2017(08)
[6]光電耦合MOS柵固態(tài)繼電器回路研究與誤觸發(fā)改進措施[J]. 楊廣羽,馬玉新,傅亞光,劉敏,王彥賓. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2016(15)
[7]基于非平衡Blumlein型多層微帶傳輸線的高壓納秒脈沖發(fā)生器[J]. 米彥,張晏源,儲貽道,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2015(11)
本文編號：3372568
【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：11 頁
【部分圖文】：
PSpice仿真模型Fig.10Simulationmodeoftheproposedtopology
第35卷第6期米彥等基于模塊化多電平換流器的模塊化前后沿可調高壓納秒脈沖發(fā)生器的研制1281當開關Sa閉合，Sb斷開時，UAB等于電容電壓UC；當開關Sa斷開，Sb閉合時，UAB=0。圖1半橋型MMC結構Fig.1Harf-bridgeMMC基于半橋型的MMC結構，本文提出了如圖2所示的發(fā)生器拓撲結構。該拓撲結構由兩組橋臂、一個直流電源、n+m個充電電阻以及一個負載電阻組成。上橋臂由n個MMC模塊級聯(lián)構成，下橋臂由m個MMC模塊級聯(lián)而成，橋臂中的電容通過直流電源以并聯(lián)的方式分別充電至Vdc和Vdc。放電時使兩組橋臂分開接入放電回路，可在負載上形成單/雙極性脈沖。對于每一組橋臂，通過控制橋臂中儲能電容接入或者撤出放電回路的時間，可輸出多電平波形，通過調節(jié)電平持續(xù)時間和電平數(shù)量可調節(jié)前后沿。上述的調節(jié)與控制可以通過控制MOSFET的開關時序來實現(xiàn)。圖2基于MMC結構的發(fā)生器拓撲結構Fig.2TopologyofproposedMMC-basedgenerator1.2前后沿調節(jié)原理利用MMC結構的特性，可以在負載上輸出多電平脈沖波形。而多電平脈沖波形是通過調節(jié)固態(tài)開關之間的導通/關斷延時實現(xiàn)的，當導通/關斷延遲時間小于前一個電平的前/后沿時間，可消除階梯，實現(xiàn)前后沿的平滑調節(jié)。以一個兩電平波形的前沿時間為例，上升沿調節(jié)原理如圖3所示。當兩組電容同時串入放電回路時，會在負載上產(chǎn)生一個單電平的方波，此時上升沿最小為tr-min。當在兩組電容串入放電回路時設置一個延遲時間td，若td＞tr-min，則會在負載上輸出一個兩電平的階梯波；若td＜tr-min，則會在負載上輸出前沿時間為tr的單電平方?
，可輸出多電平波形，通過調節(jié)電平持續(xù)時間和電平數(shù)量可調節(jié)前后沿。上述的調節(jié)與控制可以通過控制MOSFET的開關時序來實現(xiàn)。圖2基于MMC結構的發(fā)生器拓撲結構Fig.2TopologyofproposedMMC-basedgenerator1.2前后沿調節(jié)原理利用MMC結構的特性，可以在負載上輸出多電平脈沖波形。而多電平脈沖波形是通過調節(jié)固態(tài)開關之間的導通/關斷延時實現(xiàn)的，當導通/關斷延遲時間小于前一個電平的前/后沿時間，可消除階梯，實現(xiàn)前后沿的平滑調節(jié)。以一個兩電平波形的前沿時間為例，上升沿調節(jié)原理如圖3所示。當兩組電容同時串入放電回路時，會在負載上產(chǎn)生一個單電平的方波，此時上升沿最小為tr-min。當在兩組電容串入放電回路時設置一個延遲時間td，若td＞tr-min，則會在負載上輸出一個兩電平的階梯波；若td＜tr-min，則會在負載上輸出前沿時間為tr的單電平方波，且有tr=tr-min+td。對于一個包含x個MMC模塊的放電回路，其上升沿時間可以表示為1rr-minddr-min10xiittttt≤≤（2）式中，tdi為第i個電平的延遲時間，當tdi在0～tr-min范圍內調節(jié)時，輸出波形上升沿不會出現(xiàn)階梯。圖3上升沿調節(jié)原理Fig.3Pricipleofrisetimeadjustment下降沿的調節(jié)和上升沿的調節(jié)原理類似，上升沿是通過設置開關的導通延時來調節(jié)，而下降沿是通過設置開關的關斷延時來調節(jié)。對于一個包含x個MMC模塊的放電回路，其下降沿時間tf可以表示為1ff-minddf-min10xiittttt≤≤（3）式中，dit為第i個電平的延遲時間；tf-min為最短下降?
【參考文獻】：
期刊論文
[1]交流和納秒脈沖激勵氦氣中等離子體射流陣列放電特性比較[J]. 張波,汪立峰,劉峰,萬夢,方志. 電工技術學報. 2019(06)
[2]基于網(wǎng)格傳輸網(wǎng)絡模型的高頻納秒脈沖串作用下單細胞穿孔特性仿真[J]. 米彥,徐進,劉宏亮,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2018(18)
[3]基于Marx和LTD拓撲的全固態(tài)復合模式脈沖源的研制[J]. 王昌金,姚陳果,董守龍,馬劍豪,譚堅文. 電工技術學報. 2018(13)
[4]基于磁脈沖壓縮的DBD高頻雙極性納秒脈沖發(fā)生器的設計及其放電特性[J]. 米彥,萬佳侖,卞昌浩,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2017(24)
[5]基于模塊化Marx電路和傳輸線變壓器的重頻納秒脈沖源設計[J]. 李江濤,趙政,鐘旭,曹輝,鄭敏軍. 電工技術學報. 2017(08)
[6]光電耦合MOS柵固態(tài)繼電器回路研究與誤觸發(fā)改進措施[J]. 楊廣羽,馬玉新,傅亞光,劉敏,王彥賓. 電力系統(tǒng)保護與控制. 2016(15)
[7]基于非平衡Blumlein型多層微帶傳輸線的高壓納秒脈沖發(fā)生器[J]. 米彥,張晏源,儲貽道,姚陳果,李成祥. 電工技術學報. 2015(11)
本文編號：3372568
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