【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及脉冲磁场，具体涉及一种高性能脉冲磁场装置。
技术介绍
1、电穿孔是一种利用高强度电场改变细胞膜通透性的技术，这使得外源分子能够越过膜屏障而进入细胞，依据电场强度及持续时间的不同，细胞膜穿孔的程度不同，包括可逆电穿孔和不可逆电穿孔。电穿孔技术在基因转染，神经刺激和肿瘤治疗等领域被广泛研究和应用。近年来进一步的研究发现，电穿孔技术存在着电极所产生的电化学反应等诸多问题，这阻碍了基于细胞穿孔效应应用的推广。因此，迫切需要一种新型技术以解决电穿孔技术自身的不足。
2、磁穿孔能够以无创的方式改变细胞膜通透性，很好规避了电极接触组织所带来的弊端，在电穿孔技术受限的领域表现出巨大潜力。然而，磁穿孔技术实现的一个难点在于需要高性能脉冲磁场装置，目前磁场装置存在着“高强度”和“高灵活性”不可兼得的矛盾，这导致磁穿孔技术机理研究举步维艰。为了推进磁穿孔技术在生物医学领域的应用，设计一款高性能磁场发生器是十分重要的。
3、现有脉冲磁场装置存在着“高强度”和“高灵活性”不可兼得的矛盾，或者采用半控型开关以追求装置输出磁场强度和磁场变化率的高量级输出，但忽略了磁场幅值、持续时间、波形等的调节功能。亦或采用全桥电路、半桥电路等实现磁场脉宽和变化率等的灵活调节，但包括磁场强度和磁场变化率等参数却无法与采用半控型开关的简易电路相比。此外，现有的磁场装置多以简单的单极性输出为主，且不具有节能效果或者节能效果较差。以上因素限制了磁穿孔效应机理的研究，阻碍了磁穿孔技术应用的推广。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高性能脉冲磁场装置，包括：正极性电路、负极性电路、负载单元。
2、所述正极性电路包括正极性充电单元、n个正极性放电单元，其中，n为正整数。
3、所述负极性电路包括负极性充电单元、n个负极性放电单元。
4、所述正极性充电单元为正极性放电单元中的电容充电。
5、所述正极性放电单元通过电容放电，输出正极性脉冲。
6、所述负极性充电单元为负极性放电单元中的电容充电。
7、所述负极性放电单元通过电容放电，输出负极性脉冲。
8、所述负载单元用于产生脉冲磁场。
9、进一步，所述高性能脉冲磁场装置的电路拓扑如下所示：
10、所述正极性充电单元包括直流电源udc1、限流电阻r1。
11、所述负极性充电单元包括直流电源udc2、限流电阻r2。
12、所述正极性放电单元包括充电二极管d1j、充电开关m1j、放电开关s1j、续流开关p1j、电容c1j，其中，j＝1,2,...,n。
13、所述负极性放电单元包括充电二极管d2j、充电开关m2j、放电开关s2j、续流开关p2j、电容c2j。
14、所述负载单元包括电感l和电阻r。
15、所述直流电源udci的负极接地，正极连接限流电阻ri后连接充电二极管di1的阳极，其中，i＝1,2。
16、所述充电二极管dij的阴极连接充电开关mij的漏极。
17、所述充电开关mij的源极连接电容cij后接入续流开关pij的发射极。
18、所述充电开关mij的源极连接放电开关sij的集电极，放电开关sij的发射极连接续流开关pij的集电极。
19、所述续流开关pik的集电极连接续流开关pi(k+1)的发射极，其中，k＝1,2,...,n-1。
20、所述充电二极管dik的阴极连接充电二极管di(k+1)的阳极。
21、所述续流开关pi1的发射极接地。
22、所述续流开关p1n的集电极依次连接电感l、电阻r后接入续流开关p2n的集电极。
23、进一步，所述正极性电路和负极性电路向负载单元输出的脉冲模式包括正负极性指数波、正负极性三角波、正负极性矩形波。
24、所述高性能脉冲磁场装置的工作过程包括充电阶段、放电阶段、续流阶段、馈能阶段。
25、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在充电阶段时，闭合充电开关mij，断开放电开关sij和续流开关pij，正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容cij充电。
26、进一步，所述正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容cij充电时，通过闭合部分充电开关mij，控制电容cij独立充电。
27、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在放电阶段时，闭合放电开关s1j和续流开关p2j，断开放电开关s2j、续流开关p1j，电容c1j进行放电，负载接收到的电压由电容c1j释放的电压叠加得到。
28、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在放电阶段时，闭合部分放电开关s1j并断开对应的续流开关p1j，闭合续流开关p2j和剩余的续流开关p1j，断开放电开关s2j，闭合部分放电开关s1j对应的电容c1j进行放电，负载接收到的电压由放电的电容c1j释放的电压叠加得到。
29、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在续流阶段时，闭合续流开关pij，断开放电开关sij和充电开关mij，负载单元的线圈电流通过续流开关pij形成的闭合回路。
30、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在馈能阶段时，闭合放电开关s2j和续流开关p1j，断开放电开关s1j、续流开关p2j和充电开关mij，负载单元的线圈电流通过电容c2j、放电开关s2j和续流开关p1j形成的闭合回路。
31、进一步，当所述高性能脉冲磁场装置工作在馈能阶段时，闭合部分放电开关s2j并断开对应的续流开关p2j，闭合续流开关p1j和剩余的续流开关p2j，断开放电开关s1j和充电开关mij，负载单元的线圈电流通过续流开关p1j、闭合的续流开关p2j、闭合部分放电开关s2j及对应的电容c2j形成的闭合回路。
32、本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术提出了一种基于marx电路的高性能脉冲磁场装置，该装置由正极性电路和负极性电路结合放电线圈组成，各极性电路均由基本放电单元构成，且放电单元之间可独立调节，每级放电单元包括三个放电开关、一个放电电容和一个放电二极管，最终可通过各放电单元相互配合输出各类型磁场脉冲。
33、本专利技术提出了一种基于marx电路的高性能脉冲磁场装置，该装置可实现正负极性的脉冲磁场输出，且各放电单元之间可独立调节，实现磁场变化率的灵活可调，通过marx电路电容电压叠加效应进一步调高装置输出性能，此外，馈能阶段具备的能量回收功能还提高了装置的运行效率，最终实现了高性能脉冲磁场装置的研制。
34、本专利技术的有益效果包括：
35、1.本专利技术各级放电单元独立可调且能通过开关时序配合实现各放电单元电压叠加输出或依次输出，提高了输出的磁场强度和磁场变化率上限。
36、2.本专利技术通过开关转换实现线圈能量回收，有利于降低线圈温度，提高波形可调性和提高运行频率等。本专利技术可通过开关转换将线圈能量回馈至本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，包括：正极性电路、负极性电路、负载单元；
2.根据权利要求1所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述高性能脉冲磁场装置的电路拓扑如下所示：
3.根据权利要求2所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述正极性电路和负极性电路向负载单元输出的脉冲模式包括正负极性指数波、正负极性三角波、正负极性矩形波；
4.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在充电阶段时，闭合充电开关Mij，断开放电开关Sij和续流开关Pij，正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容Cij充电。
5.根据权利要求4所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容Cij充电时，通过闭合部分充电开关Mij，控制电容Cij独立充电。
6.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在放电阶段时，闭合放电开关S1j和续流开关P2j，断开放电开关S2j、续流开关P1j
7.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在放电阶段时，闭合部分放电开关S1j并断开对应的续流开关P1j，闭合续流开关P2j和剩余的续流开关P1j，断开放电开关S2j，闭合部分放电开关S1j对应的电容C1j进行放电，负载接收到的电压由放电的电容C1j释放的电压叠加得到。
8.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在续流阶段时，闭合续流开关Pij，断开放电开关Sij和充电开关Mij，负载单元的线圈电流通过续流开关Pij形成的闭合回路。
9.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在馈能阶段时，闭合放电开关S2j和续流开关P1j，断开放电开关S1j、续流开关P2j和充电开关Mij，负载单元的线圈电流通过电容C2j、放电开关S2j和续流开关P1j形成的闭合回路。
10.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在馈能阶段时，闭合部分放电开关S2j并断开对应的续流开关P2j，闭合续流开关P1j和剩余的续流开关P2j，断开放电开关S1j和充电开关Mij，负载单元的线圈电流通过续流开关P1j、闭合的续流开关P2j、闭合部分放电开关S2j及对应的电容C2j形成的闭合回路。
...【技术特征摘要】
1.一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，包括：正极性电路、负极性电路、负载单元；
2.根据权利要求1所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述高性能脉冲磁场装置的电路拓扑如下所示：
3.根据权利要求2所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述正极性电路和负极性电路向负载单元输出的脉冲模式包括正负极性指数波、正负极性三角波、正负极性矩形波；
4.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在充电阶段时，闭合充电开关mij，断开放电开关sij和续流开关pij，正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容cij充电。
5.根据权利要求4所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，所述正极性电路和负极性电路均通过充电单元对放电单元中的电容cij充电时，通过闭合部分充电开关mij，控制电容cij独立充电。
6.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征在于，当所述高性能脉冲磁场装置工作在放电阶段时，闭合放电开关s1j和续流开关p2j，断开放电开关s2j、续流开关p1j，电容c1j进行放电，负载接收到的电压由电容c1j释放的电压叠加得到。
7.根据权利要求3所述的一种高性能脉冲磁场装置，其特征...
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