【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及脉冲技术，尤其涉及一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源及控制方法。
技术介绍
1、纳秒级脉冲高压电源，属于特种高压电源设备。纳秒级脉冲高压可用于产生高压脉冲放电，在大气污染治理、水污染治理、材料表面处理、半导体材料加工等有广泛的应用前景。纳秒级脉冲高压放电具有多方面的显著优势。纳秒脉冲放电的电压波形具有陡峭的上升沿和下降沿，能在极短的时间内（纳秒量级）释放极高的能量，瞬间形成高强度电场，电离形成包含高密度自由基、正负离子的等离子体，在需要快速响应和高效处理的场合具有极大优势。单次持续时间尺度短，纳秒脉冲放电的时间尺度非常短，每个脉冲的处理时间在1微秒以下，具有超高瞬时能量与很低平均能量这个特点，并可以按需要精准控制纳秒脉冲放电的重复频率，这使得放电过程更加高效与节能。
2、纳秒级脉冲高压电源虽然具有上述优点，但仅产生纳秒脉冲放电，输出的平均电压值偏低，导致限制了其应用范围和应用效果。
3、大气污染治理臭味、异味治理领域，纳秒级脉冲高压电源，瞬间在反应器中形成高强度电场，电离形成包含高密度自由基、正负离子的等离子体，分解气体中的臭味、异味分子，达到去除臭味、异味治理的目的。但在大气污染治理臭味、异味治理领域中污染气体中往往同时还存在颗粒物污染物，如细微粉尘、含有污染物的细微雾滴、液滴等，纳秒脉冲放电虽然可以使这些颗粒物污染物带电、荷电，但由于其输出的平均电压值偏低，电压不能持续输出不能驱动荷电粉尘向收尘极运动，因此并不能进行捕集，捕集气体中这些颗粒物污染物需要另外一套捕集颗粒物的装备，如新增除尘、除
4、大气污染治理粉尘治理领域，常用环保装置为袋式除尘器与电除尘器，电除尘器比袋式除尘器运行阻力至少低5倍以上，运行能耗低，有显著的技术优势，但布袋除尘器细微粉尘的捕集效果比电除尘器要好，很多场合被布袋所替代，电除尘需要提升细微粉尘的捕集效率。电除尘器一般采用直流供电，高压直流供电时产生的电子、离子密度较低，细微粉尘不容易荷电，很难被捕集。提高高压直流供电的电压，可以提高电子、离子密度，但随着直流电压的提高，电除尘电场变得很不稳定，高的平均电场强度会直接导致电场局部击穿短路，失去除尘效果。近年也有在直流基础上加入脉冲供电用于电除尘器的研究，但脉冲供电的脉冲宽度在几十微妙到毫秒之间，脉冲电压宽度太宽，还是很容易出现高压击穿短路，失去除尘效果。要达标排放需要，电除尘器要增加电场数量，电场级联逐级过滤，导致电除尘器体积巨大，运行费用高。电除尘如果能够利用纳秒级脉冲高压电源瞬间在除尘器中形成高强度电场，产生高密度电子、离子，快速完成对细微粉尘的荷电，然后在通过直流电压驱动荷电粉尘向收尘极运动，提升细微粉尘的捕集效率，将极大提升电除尘性能，降低体积，降低运行能耗，提升电除尘在大气污染治理粉尘治理领域的应用价值。
5、如上所述，现有技术也有研究，其中比较具备代表性的技术有：
6、中国专利技术专利cn118174697b一种全固态层叠布鲁姆莱因线脉冲发生器，公开了提供一种全固态层叠布鲁姆莱因线脉冲发生器，涉及脉冲功率
，包括信号发生模块、激光二极管、分光器、光电转换电路、共模电感、脉冲形成电路模块、负载和电源系统；信号发生模块的输出端连接激光二极管的输入端，激光二极管的输出端连接分光器的输入端，分光器的输出端连接光电转换电路，分光器均分激光后通过光纤传输给每个脉冲形成电路模块对应的光电转换电路，触发脉冲形成电路模块放电，在负载上得到了最终的高电压脉冲。本专利技术实现了驱动高压隔离供电与电压叠加，并有效减少全固态层叠布鲁姆莱因线的质量和体积，促使全固态层叠布鲁姆莱因线脉冲发生器向实用化发展，解决了层叠布鲁姆莱因线驱动供电的高压隔离问题。
7、中国专利技术专利cn118523755b脉冲输出方法、装置、源表及存储介质，公开了一种脉冲输出方法、装置、源表及存储介质，通过能量检测单元和储能控制单元能够实现对正输出电容组、负输出电容组的充能，完成储能，并在主控制单元的控制下，让输出调整单元实现瞬时输出，完成高能量脉冲信号输出。本申请实施例不再需要使用高压电源，从而可以极大的降低成本，并且可以极大的降低功耗，降低安全风险。
8、这些现有技术能形成高压脉冲的基本都是采用布鲁姆莱因线的技术路线，而布鲁姆莱因线的技术路线的现有技术几乎都具备如下缺陷：
9、1、脉冲宽度不易调节：传统的布鲁姆莱因线在设计完成后，其脉冲宽度基本固定，难以根据不同的应用需求灵活调整，限制了其在一些对脉冲宽度有多样化要求的场景中的应用。
10、开关选取困难：与marx电路不同，布鲁姆莱因线的开关与负载不在同一侧，不能采取逐级击穿的方式，导致开关的选取面临困难。例如层叠布鲁姆莱因线常采用光导开关作为放电开关，但光导开关的寿命受电压电流和触发用的激光强度影响，整体寿命不长。
11、2、对驱动隔离要求高：当选用如igbt开关等低成本的商用开关作为放电开关时，存在驱动的隔离问题，如果不做隔离会导致igbt开关损坏。虽然可以采取级联变压器实现驱动的隔离供电，但级联变压器会造成系统的体积增大，不符合脉冲功率技术的发展趋势。
12、3、结构设计和布线复杂：其双传输线结构以及相关的元件布局，使得整个系统的结构设计和布线相对复杂。在实际制作和安装过程中，需要更高的技术要求和更精细的操作，以确保两根传输线的参数一致以及各部件之间的良好匹配，否则可能会影响到脉冲的传输效率和质量。
13、4、对负载匹配要求严格：为了实现高效的能量传输和获得理想的脉冲输出，布鲁姆莱因线对负载的匹配要求较为严格。如果负载阻抗与传输线的特性阻抗不匹配，会导致脉冲反射，不仅降低了负载上获得的脉冲功率，还可能会在传输线上产生过高的电压，损坏设备。
14、5、空间占用较大：相比于一些单传输线结构或其他简单的脉冲产生电路，布鲁姆莱因线的双传输线结构以及相关的配套元件通常需要占据较大的空间，这在一些对空间要求紧凑的应用场景中，如小型化的电子设备或便携式仪器中，可能会受到限制，不利于系统的集成和小型化设计。
15、6、电磁兼容性问题：在脉冲产生和传输过程中，布鲁姆莱因线会产生较强的电磁场，可能会对周围的电子设备或电路产生电磁干扰，影响其正常工作。同时，它自身的性能也可能会受到外界电磁场的影响，因此在设计和使用时，需要考虑电磁兼容性问题，采取相应的屏蔽和滤波措施，这增加了系统的复杂性和成本。
16、因此在
，急需开发一种克服如上缺陷的高压脉冲电源，用于空气净化等领域。
技术实现思路
1、鉴于
技术介绍
所述的问题，本申请提出了一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源及控制方法的技术解决方案，实现直流高压叠加功能，将高压直流电压和纳秒级脉冲高压电压叠加在一起，形成一种新的电压波形，克服了布鲁姆莱因线层叠存在的脉冲宽度不易调节、对驱动隔离要求高、空间占用较大等问题，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，由交流直流转换电路、高压直流电路、纳秒级脉冲高压电路组成，其特征在于：高压直流电路可输出直流高压，纳秒级脉冲高压电路输出纳秒级脉冲高压，高压直流电路输出端经由限流电阻连接，纳秒级高压脉冲输出端则通过脉冲隔离变压器与高压耦合电容相连接，二者共同作用，在反应器上形成直流高压与纳秒级脉冲高压相叠加的输出；
2.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述高压耦合电容容值大于等于所述反应器电容容值的5倍；所述纳秒级脉冲高压电路，由脉冲直流供电电源、脉冲发生器、高压脉冲储能电容、磁压缩电路、脉冲隔离变压器组成，脉冲隔离变压器变比范围为：1、2、3；高压脉冲储能电容应满足如下公式：
3.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述交流直流转换电路，把三相工频交流电转换为一路直流电源，直流电源同时为高压直流电路与纳秒级脉冲高压电路供电。
4.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述高压直流电路，由高频H桥逆变器、谐振电容、谐振电感、高频升压变压器、高频高
5.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述纳秒级脉冲高压电路输出脉冲高压的峰值电压，通过两路PWM驱动控制所述脉冲直流供电电源中高频全控H桥逆变器的频率，改变脉冲直流供电电源的直流电压值进行控制调节；所述纳秒级脉冲高压电路输出脉冲高压的重复频率，通过一路PWM驱动控制脉冲发生器中半导体全控开关的频率调节，在应用于大气污染净化时满足如下公式：
6.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述高压直流电路采用改进型的Boost算法，将直流电压升压至高压直流电压，高压直流电压的计算公式为：
7.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述纳秒级脉冲高压电路采用改进型的Flyback算法，将直流电压转换为纳秒级脉冲高压电压，纳秒级脉冲高压电压的计算公式为：
8.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述限流电阻的计算公式为：
9.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述脉冲隔离变压器的匝数比计算公式为：
10.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述直流高压与纳秒级脉冲高压相叠加的输出，叠加电压的计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，由交流直流转换电路、高压直流电路、纳秒级脉冲高压电路组成，其特征在于：高压直流电路可输出直流高压，纳秒级脉冲高压电路输出纳秒级脉冲高压，高压直流电路输出端经由限流电阻连接，纳秒级高压脉冲输出端则通过脉冲隔离变压器与高压耦合电容相连接，二者共同作用，在反应器上形成直流高压与纳秒级脉冲高压相叠加的输出；
2.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述高压耦合电容容值大于等于所述反应器电容容值的5倍；所述纳秒级脉冲高压电路，由脉冲直流供电电源、脉冲发生器、高压脉冲储能电容、磁压缩电路、脉冲隔离变压器组成，脉冲隔离变压器变比范围为：1、2、3；高压脉冲储能电容应满足如下公式：
3.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述交流直流转换电路，把三相工频交流电转换为一路直流电源，直流电源同时为高压直流电路与纳秒级脉冲高压电路供电。
4.根据权利要求1所述一种直流高压叠加纳秒级脉冲电源，其特征在于，所述高压直流电路，由高频h桥逆变器、谐振电容、谐振电感、高频升压变压器、高频高压整流电路组成，通过两路pwm驱动控制所述高频h桥逆变器的频率，控制调节高压直流电路的输出电压大小，高压直流电路的输出电压大于等于1.2倍反应器的起晕...
【专利技术属性】
技术研发人员：施秦峰，祝建军，翁林钢，施小东，陈俊标，毛益萍，罗安飞，
申请(专利权)人：浙江大维高新技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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