CN103346757B - 高压方波形成装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压方波形成装置和方法，涉及高压电领域。高压方波形成装置包括：脉冲形成电路和延时截断电路；脉冲形成电路用于形成阶跃波信号，并输出到延时截断电路；延时截断电路用于将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。本发明提出了一种新型的高压方波形成方案，通过脉冲形成电路形成阶跃波信号，利用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波，该方案简单、易于实现。

Description

高压方波形成装置和方法

技术领域

本发明涉及高压电领域，特别涉及一种快前沿、宽脉宽且脉宽可调的高压方波形成装置和方法。

背景技术

目前应用比较多的是通过采用脉冲形成线方法来形成高压方波，例如，通过多级脉冲形成线的串叠，实现高压方波的输出。

脉冲形成线方法实现比较复杂，产生的方波幅值电压较低，并且方波脉宽有限，如果要增加方波的幅值电压，必须采用更高电压等级电缆，如果要增加方波的脉宽，需要增加电缆的长度，这会增加方波形成装置的体积及成本，降低装置的性能。

鉴于现有的高压方波形成方法存在的各种弊端，有必要提出一种新型的高压方波形成方法。

发明内容

本发明实施例所要解决的一个技术问题是：提出一种新型的高压方波形成方案，并且该高压方波的幅值和脉宽方便调节。

本发明实施例的一个方面提供了一种高压方波形成装置，包括：脉冲形成电路和延时截断电路；脉冲形成电路用于形成阶跃波信号，并输出到延时截断电路；延时截断电路用于将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

脉冲形成电路包括：主电容、主开关、电感和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地；主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号。

通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。

延时截断电路包括：微分电路、延时电路和截断电路；微分电路用于采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；延时电路用于根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时；截断电路用于经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

微分电路包括：微分电容和同轴电缆；其中，微分电容包括：传输线外筒、传输线内筒、位于传输线外筒上的绝缘尼龙套和位于绝缘尼龙套上的圆盘形电极；圆盘形电极的末端与同轴电缆的内芯相连；当微分电路采集的阶跃波信号对传输线内筒放电时，在同轴电缆的末端得到一个微分信号。

截断电路包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路、IGBT、脉冲变压器和三电极开关；延时微分信号触发IGBT驱动电路驱动IGBT，IGBT的输出提供给脉冲变压器，脉冲变压器使三电极开关闭合，以便截断脉冲形成电路形成的阶跃波信号，在脉冲形成电路的负载上形成高压方波。

通过改变延时电路的延时时间来调节高压方波的宽度。

本发明实施例的另一个方面提供了一种高压方波形成方法，包括：采用脉冲形成电路形成阶跃波信号；采用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

脉冲形成电路包括：主电容、主开关、电感和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地；主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号；通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。

延时截断电路包括：微分电路、延时电路和截断电路；微分电路采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；延时电路根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时，通过改变延时电路的延时时间来调节高压方波的宽度；截断电路经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

本发明提出了一种新型的高压方波形成方案，通过脉冲形成电路形成阶跃波信号，利用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波，该方案简单、易于实现；并且，通过改变脉冲形成电路中主电容的充电电压可以调节高压方波的幅值，通过改变延时截断电路中的延时电路的延时时间可以调节高压方波的宽度，在不增加方波形成装置的体积和成本的情况下，就可以方便地实现方波参数的调节。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高压方波形成装置一个实施例的结构示意图。

图2为本发明高压方波形成装置另一个实施例的结构示意图。

图3为本发明微分电路一个实施例的结构示意图。

图4为本发明主电容的充电电压为10kV时微分电路的输出示意图。

图5为本发明测量用电阻分压器分压比为700时截断电路的输出示意图。

图6为本发明高压方波形成方法一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明高压方波形成装置一个实施例的结构示意图。

如图1所示，该实施例的高压方波形成装置包括：脉冲形成电路10和延时截断电路20；脉冲形成电路10用于形成阶跃波信号，并输出到延时截断电路20；延时截断电路20用于将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

图2为本发明高压方波形成装置另一个实施例的结构示意图。

如图2所示，脉冲形成电路10包括：主电容、主开关、电感L和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地。其中，主电容可以是低电感、大电容量的电容器，例如，主电容的电感可以低于20nH，电容量可以是μF量级，如1μF。主开关可以是气动气体开关。负载可以是一个电阻。

主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号。主电容的充电电压是kV量级的高电压，例如，主电容的充电电压可以是10kV。阶跃波信号是快前沿、电压可调的阶跃波信号，例如，其上升沿可以小于5ns，幅值可以超过10kV，如幅值可达80kV。另外，通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。通常来说，主电容的充电电压越大，阶跃波信号的幅值越大，高压方波的幅值也相应越大。

延时截断电路20从功能上可以进一步细分，包括：微分电路、延时电路和截断电路；微分电路用于采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；延时电路用于根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时；截断电路用于经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

如图2所示，其中的微分电路包括：微分电容和同轴电缆。

图3为本发明微分电路一个实施例的结构示意图。如图3所示，微分电容包括：传输线外筒1、传输线内筒2、位于传输线外筒1上的绝缘尼龙套5和位于绝缘尼龙套5上的圆盘形电极3，还可以包括一位于绝缘尼龙套5底部的不锈钢底座4。圆盘形电极3的末端与同轴电缆6的内芯相连，同轴电缆6内芯的波阻抗例如可以为50Ω。同轴电缆6的屏蔽层可以与传输线外筒1相连。当微分电路采集的阶跃波信号对传输线内筒放电时，在同轴电缆的末端得到一个微分信号。

如图2所示，其中的截断电路包括：IGBT（绝缘栅双极型晶体管）驱动电路、IGBT、脉冲变压器T和三电极开关G。其中，三电极开关G可以是触发针型三电极开关。

延时微分信号触发IGBT驱动电路驱动IGBT，IGBT的输出提供给脉冲变压器T，脉冲变压器T使三电极开关G闭合，以便截断脉冲形成电路形成的阶跃波信号，在脉冲形成电路的负载上形成高压方波。

其中，高压方波的宽度可以调节，通过改变延时电路的延时时间可以调节高压方波的宽度。通常情况下，延时电路的延时时间越长，高压方波的宽度越大。

如图2所示，其中的截断电路还可以进一步在IGBT与脉冲变压器T之间设置整流电路，用于将交流电转换为直流电。

上述实施例提出的新型高压方波形成装置，通过脉冲形成电路形成阶跃波信号，利用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波，该方案简单、易于实现。并且，通过改变脉冲形成电路中主电容的充电电压可以调节高压方波的幅值，通过改变延时截断电路中的延时电路的延时时间可以调节高压方波的宽度，在不增加方波形成装置的体积和成本的情况下，就可以方便地实现方波参数的调节。

图4为主电容的充电电压为10kV时微分电路的输出示意图。图5为测量用电阻分压器分压比为700时截断电路的输出示意图，如图5所示，截断电路输出一个脉宽10μs左右的高压方波。

本发明生成的高压方波可以用于分压器（如快速暂态过电压VFTO测量用传感器）标定，高压方波的快前沿可以用于标定分压器的高频响应。

图6为本发明高压方波形成方法一个实施例的流程示意图。

如图6所示，该实施例的高压方波形成方法包括以下步骤：

步骤601，采用脉冲形成电路形成阶跃波信号。

其中，如图2所示，脉冲形成电路可以包括：主电容、主开关、电感和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地。

主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号。通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。通常来说，主电容的充电电压越大，阶跃波信号的幅值越大，高压方波的幅值也相应越大。

步骤602，采用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

其中，延时截断电路包括：微分电路、延时电路和截断电路，各部分的具体实现可以参考图2所示。微分电路采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；延时电路根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时，通过改变延时电路的延时时间来调节高压方波的宽度，通常情况下，延时电路的延时时间越长，高压方波的宽度越大；截断电路经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

如图2所示，其中的微分电路包括：微分电容和同轴电缆，二者串联连接。当微分电路采集的阶跃波信号对传输线内筒放电时，在同轴电缆的末端得到一个微分信号。

如图2所示，其中的截断电路包括：IGBT驱动电路、IGBT、脉冲变压器T和三电极开关G。延时微分信号触发IGBT驱动电路驱动IGBT，IGBT的输出提供给脉冲变压器，脉冲变压器使三电极开关G闭合，以便截断脉冲形成电路形成的阶跃波信号，在脉冲形成电路的负载上形成高压方波。

上述实施例提出的新型高压方波形成方法，通过脉冲形成电路形成阶跃波信号，利用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波，该方案简单、易于实现。并且，通过改变脉冲形成电路中主电容的充电电压可以调节高压方波的幅值，通过改变延时截断电路中的延时电路的延时时间可以调节高压方波的宽度，在不增加方波形成装置的体积和成本的情况下，就可以方便地实现方波参数的调节。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压方波形成装置，包括：

脉冲形成电路和延时截断电路；

脉冲形成电路用于形成阶跃波信号，并输出到延时截断电路；

延时截断电路用于将阶跃波信号截断，以便得到高压方波；

其中，延时截断电路包括：微分电路、延时电路和截断电路；

微分电路用于采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；

延时电路用于根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时；

截断电路用于经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，脉冲形成电路包括：主电容、主开关、电感和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地；

主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，微分电路包括：微分电容和同轴电缆；

其中，微分电容包括：传输线外筒、传输线内筒、位于传输线外筒上的绝缘尼龙套和位于绝缘尼龙套上的圆盘形电极；

圆盘形电极的末端与同轴电缆的内芯相连；

当微分电路采集的阶跃波信号对传输线内筒放电时，在同轴电缆的末端得到一个微分信号。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，截断电路包括：绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动电路、IGBT、脉冲变压器和三电极开关；

延时微分信号触发IGBT驱动电路驱动IGBT，IGBT的输出提供给脉冲变压器，脉冲变压器使三电极开关闭合，以便截断脉冲形成电路形成的阶跃波信号，在脉冲形成电路的负载上形成高压方波。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过改变延时电路的延时时间来调节高压方波的宽度。

7.一种高压方波形成方法，包括：

采用脉冲形成电路形成阶跃波信号；

采用延时截断电路将阶跃波信号截断，以便得到高压方波；

其中，延时截断电路包括：微分电路、延时电路和截断电路；

微分电路采集脉冲形成电路形成的阶跃波信号，并形成微分信号；

延时电路根据高压方波的脉宽对微分信号进行延时，通过改变延时电路的延时时间来调节高压方波的宽度；

截断电路经延时微分信号的触发，将阶跃波信号截断，以便得到高压方波。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，脉冲形成电路包括：主电容、主开关、电感和负载；主电容、主开关、电感和负载依次串联形成一闭合回路，主电容与负载的连接处接地；

主电容被充电至一定电压时通过主开关和电感对负载放电，形成阶跃波信号；

通过改变主电容的充电电压来调节该阶跃波信号的幅值，以便相应调节高压方波的幅值。