一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率调制拓扑结构及调制方法技术

本发明专利技术公开一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率调制拓扑结构及调制方法，拓扑结构包括调制电阻R

【技术实现步骤摘要】
一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率调制拓扑结构及调制方法


[0001]本专利技术涉及脉冲发生领域，具体是一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率调制拓扑结构及调制方法。

技术介绍

[0002]相较于脉冲发生器常用的电容储能拓扑，电感储能具有更高的能量密度和更小的物理尺寸。但电感储能拓扑为断路开关控制，难以实现脉冲发生器方波输出和脉冲宽度调制，因此极大限制了电感储能在脉冲发生器中的应用范围。
[0003]现有脉冲发生器难以同时满足短脉冲、方波、脉冲宽度调制的难题；
[0004]基于电感储能形成线结构的脉冲发生器难以实现方波条件下的脉冲宽度调制难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率串联调制拓扑结构，包括调制电阻R
con
、失效调试二极管D
con
、电容C、电源U
dc
、调制开关M
cut
、负载R
load
、主开关M
main
、电感储能形成线。
[0006]记电源U
dc
正极所在一端为F，负极所在一端为H。
[0007]F端串联主开关M
main
后接地。
[0008]H端依次串联调制开关M
cut
和负载R
load
后接地。
[0009]H端依次串联电容C和主开关M
main
后接地。
[0010]H端串联调制电阻R
con
后接地。H端连接失效调试二极管D
con
的阴极。失效调试二极管D
con
的阳极接地。
[0011]记电感储能形成线的两端分别为A点和B点。A点串联调制电阻R
con
后接地，B点依次串联调制开关M
cut
和负载R
load
后接地。
[0012]所述调制开关M
cut
为MOSFET开关管，其中，调制开关M
cut
的栅极悬空，源极连接H端，漏极串联负载R
load
后接地。
[0013]所述主开关M
main
为MOSFET开关管，其中，主开关M
main
的栅极悬空，漏极连接F端，源极接地。
[0014]一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率串联调制方法，包括以下步骤：
[0015]1)记电感储能形成线的两端分别为A点和B点。
[0016]在t1时刻令主开关M
main
断开，调制开关M
cut
闭合，令B点状态从短路状态变化为G
Load
状态，电感储能形成线的B点产生波的折反射。
[0017]t1时刻，B点状态的前行电流i
2f
、A点和B点之间的反行电流i
1b
分别如下所示：
[0018][0019]式中，Y1、Y2分别表示电感储能形成线、B点的阻抗状态。i0为初始电流。
[0020]t1时刻时B点发生负载匹配的折反射，即Y2＝Y1。
[0021]2)在l时刻，断开调制开关M
cut
，闭合主开关M
main
，反射波到达A点，在A点发生折反射，B点不再发生折反射。
[0022]此时，A点的折反射电流方程如下所示：
[0023][0024]式中，i
l
为调制开关M
cut
断开前B点传播到A点的电流。Y0为A点阻抗状态。i
0f
、i
1b
分别表示B点、A点的电流。
[0025]3)经过l时段后，B点阻抗状态为Y2＝∞，B点发生全折射，电流方向发生改变，通过失效调试二极管D
con
的作用在调制电阻R
con
上形成时间长度为l的调制脉宽。
[0026]此时，A点进入B点的电磁波方程如下所示：
[0027][0028]式中，i
2l
为当前时刻到来前A点的前行电流。
[0029]A点和B点的阻抗状态方程分别如下所示：
[0030][0031]一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率并联调制拓扑结构，包括调制电阻R
con
、电容C、电源U
dc
、调制开关M
cut
、负载R
load
、主开关M
main
、电感储能形成线。
[0032]记电源U
dc
正极所在一端为F，负极所在一端为H。
[0033]F端串联主开关M
main
后接地。
[0034]H端串联负载R
load
后接地。
[0035]H端依次串联电容C和主开关M
main
后接地。
[0036]H端串联调制电阻R
con
后接地。H端串联调制开关M
cut
后接地。
[0037]记电感储能形成线的两端分别为A点和B点。A点串联调制开关M
cut
后接地，B点串联调负载R
load
后接地。
[0038]所述调制开关M
cut
为MOSFET开关管，其中，调制开关M
cut
的栅极悬空，源极接地，漏极连接H端。
[0039]所述主开关M
main
为MOSFET开关管，其中，主开关M
main
的栅极悬空，漏极连接F端，源极接地。
[0040]一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率并联调制方法，包括以下步骤：
[0041]1)记电感储能形成线的两端分别为A点和B点。
[0042]在t1时刻令主开关M
main
断开，调制开关M
cut
闭合，电感储能形成线产生的折反射。
[0043]2)在l/2时刻，断开调制开关M
cut
，闭合主开关M
main
，电感储能形成线在一个传播周期内存在两个方向相反大小一样的电流波，从而在调制电阻R
con
上形成时间长度为2l的调制脉宽。
[0044]一个传播周期起始时刻t1的电流波分别如下所示：
[0045][0046]一个传播周期终止时刻t1的电流波分别如下所示：
[0047][0048]A点和B点的阻抗状态方程分别如下所示：
[0049][0050]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的,本专利技术提出了电感储能形成线脉冲宽度串联调制和并联调制拓扑。
[0051]本专利技术公开的脉冲发生器可以几纳秒到几十纳秒的脉冲宽度连续调制，且在5ns～20ns内连续可调。
[0052]本专利技术并联调制拓扑中M
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率串联调制拓扑结构，其特征在于：包括调制电阻R
con
、所述失效调试二极管D
con
、电容C、电源U
dc
、调制开关M
cut
、负载R
load
、主开关M
main
、电感储能形成线。记电源U
dc
正极所在一端为F，负极所在一端为H；F端串联主开关M
main
后接地；H端依次串联调制开关M
cut
和负载R
load
后接地；H端依次串联电容C和主开关M
main
后接地；H端串联调制电阻R
con
后接地；H端连接失效调试二极管D
con
的阴极；失效调试二极管D
con
的阳极接地；记电感储能形成线的两端分别为A点和B点；A点串联调制电阻R
con
后接地，B点依次串联调制开关M
cut
和负载R
load
后接地。2.根据权利要求1所述一种基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率串联调制拓扑结构，其特征在于：所述调制开关M
cut
为MOSFET开关管，其中，调制开关M
cut
的栅极悬空，源极连接H端，漏极串联负载R
load
后接地。3.一种权利要求1至2任一项所述基于电感储能形成线的纳秒短脉冲功率串联调制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在t1时刻令主开关M
main
断开，调制开关M
cut
闭合，令B点状态从短路状态变化为G
Load
状态，电感储能形成线的B点产生波的折反射；t1时刻，B点状态的前行电流i
2f
、A点和B点之间的反行电流i
1b
分别如下所示：式中，Y1、Y2分别表示电感储能形成线、B点的阻抗状态；i0为初始电流；2)在l时刻，断开调制开关M
cut
，闭合主开关M
main
，反射波到达A点，在A点发生折反射，B点不再发生折反射；此时，A点的折反射电流方程如下所示：式中，i
l
为调制开关M
cut
断开前B点传播到A点的电流；Y0为A点阻抗状态；i
0f
、i
1b
分别表示B点、A点的电流；3)经过l时段后，B点阻抗状态为Y2＝∞，B点发生全折射，电流方向发生改变，通过失效调试二极管D
con
的作用在调制电阻R
con
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亮，马剑豪，姚陈果，董守龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：