一种脉冲调制装置的制作方法

1.本发明涉及脉冲调制技术领域，尤其涉及一种脉冲调制装置。


背景技术：

2.脉冲调制器一般由四个部分组成：充电电源部分、能量储存部分、开关部分和脉冲形成部分。充电电源部分作用是把初级电源变换成符合要求的直流电源(在某些特殊情况下也可能是变成符合要求的交流电源)。能量储存部分的作用是为了使能量储存到一定的元件里，如电容、电感或者人工形成线，降低电源部分的高峰值功率要求。开关直接决定了最终输出脉冲的某些参数，通过控制开关的闭合和断开，使储能单元对负载(射频发射器)放电，形成具有一定电压、功率、脉冲宽度及脉冲波形参数的输出脉冲。
3.近年来，辐照行业快速发展，主要用在食品水果灭虫保鲜、医疗器材灭菌、材料(括电缆和半导体)改性、化妆品杀菌等，用途越来越广。作为辐照加速器的核心部件，高压脉冲调制器的功率较大，其关键器件开关部分，例如使用闸流管作为开关，价格比较昂贵，寿命比较短，属于易损件，而且闸流管的价格和功率是非线性关系，即功率越大，价格高的越多。同时作为储能元件，电容放电电流比较大，容易发热，而且是悬浮在高压端，无法水冷，存在安全隐患，降低了高压脉冲调制器的稳定性及可靠性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种脉冲调制装置，实现脉冲调制装置中开关电路的成本大幅度降低，进而脉冲调制装置的成本降低，以及pfn中电容的发热大大减小，较大的提升脉冲调制装置的可靠性和稳定性。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供一种脉冲调制装置，作为其中一种实施方式，包括充电电源、第一放电模块、至少一个第二放电模块以及多绕组脉冲变压器；所述第一放电模块包括第一pfn和第一开关电路，所述第一开关电路用于导通所述第一pfn和所述多绕组脉冲变压器；每个第二放电模块均包括第二pfn和第二开关电路，所述第二开关电路用于导通所述第二pfn和所述多绕组脉冲变压器；所述充电电源输出端与所述第一pfn和所述第二pfn的输入端连接，用于向所述第一pfn和所述第二pfn充电；其中，所述第一pfn的输出端连接所述多绕组脉冲变压器的第一初级绕组，所述第一pfn、所述第一开关电路以及所述第一初级绕组构成第一放电回路；所述第二pfn的输出端连接所述多绕组脉冲变压器的第二初级绕组，所述第二pfn、所述第二开关电路以及所述第二初级绕组构成第二放电回路；所述多绕组脉冲变压器的次级绕组连接负载，构成输出回路以给所述负载提供高压脉冲。
6.作为其中一种实施方式，所述脉冲调制装置包括一个第二放电模块，所述多绕组脉冲变压器为双绕组脉冲变压器，所述第一pfn和所述第二pfn的阻抗为所述负载和所述双绕组脉冲变压器的总阻抗的两倍。
7.作为其中一种实施方式，所述第一开关电路和所述第二开关电路均采用重氢闸流管。
8.作为其中一种实施方式，所述第一开关电路和所述第二开关电路的电流容量与流经其的脉冲电流相适应。
9.作为其中一种实施方式，所述第一开关电路和所述第二开关电路的输入端连接有触发器，所述触发器用于发送触发脉冲以同时导通所述第一开关电路和所述第二开关电路。
10.作为其中一种实施方式，所述脉冲调制装置还包括第一隔离模块和至少一个第二隔离模块，所述第一隔离模块连接于所述充电电源的输出端与所述第一pfn的输入端之间，所述第二隔离模块连接于所述充电电源的输出端与所述第二pfn的输入端之间。
11.作为其中一种实施方式，所述第一隔离模块和所述第二隔离模块中的至少一个由多个二极管串联组成。
12.作为其中一种实施方式，所述第一放电模块还包括rd吸收电路，所述rd吸收电路与所述第一pfn并联，用于吸收反向电压尖峰。
13.作为其中一种实施方式，所述负载为速调管。
14.作为其中一种实施方式，所述脉冲调制装置还包括电压采样电路，所述电压采样电路与所述第一pfn相连，用于在充电期间监控充电情况。
15.综上所述，本发明提供一种脉冲调制装置，通过采用多组放电回路，即采用多组pfn和开关电路，然后通过多绕组脉冲变压器进行阻抗匹配和功率合成，实现单组pfn的储能减少，单组放电回路的脉冲电流也减小，而最终的总能量和总功率不变，进而实现脉冲调制装置中开关电路的成本大幅度降低，进而脉冲调制装置的成本降低，以及pfn中电容的发热大大减小，较大的提升脉冲调制装置的可靠性和稳定性。
附图说明
16.图1为本发明实施例1提供的脉冲调制装置的原理框图。
17.图2为本发明实施例2提供的脉冲调制装置的原理框图。
18.图3为本发明实施例2提供的脉冲调制装置的电路原理图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
20.实施例1
21.请参考图1，图1为本发明实施例1提供的脉冲调制装置的原理框图。如图1所示，该脉冲调制装置包括充电电源10、第一放电模块11、至少一个第二放电模块12以及多绕组脉冲变压器13；第一放电模块包括第一pfn和第一开关电路，第一开关电路用于导通第一pfn和多绕组脉冲变压器；每个第二放电模块均包括第二pfn和第二开关电路，第二开关电路用于导通第二pfn和多绕组脉冲变压器；充电电源输出端与第一pfn和第二pfn的输入端连接，用于向第一pfn和第二pfn充电；其中，第一pfn的输出端连接多绕组脉冲变压器的第一初级
绕组，第一pfn、第一开关电路以及第一初级绕组构成第一放电回路；第二pfn的输出端连接多绕组脉冲变压器的第二初级绕组，第二pfn、第二开关电路以及第二初级绕组构成第二放电回路；多绕组脉冲变压器的次级绕组连接负载14，构成输出回路以给负载提供高压脉冲。
22.具体地，pfn(pulse forming network)即脉冲形成网络，脉冲形成网络是由若干电容和电感按一定方式连接并能产生给定宽度脉冲方波的集中参数回路，其由电容和电感组成，采用等容链式结构，通过开关电路形成脉冲波形。更为具体地，即充电电源的输出端连接有多根依次串联的电感，每根电感的输出端与脉冲变压器的初级绕组之间设有电容。
23.在本实施例中，至少包括2组pfn，每组pfn与对应的开关电路以及多绕组脉冲变压器的初级绕组构成放电回路，当包括2组pfn时，则使用双绕组脉冲变压器，当包括3组pfn时，则使用三绕组脉冲变压器。基于此结构，可以将需要一组大容量的pfn和对应的大功率的开关电路结构才能实现的大功率脉冲调制装置，分成多组小容量的pfn和对应的小功率的开关电路结构，然后使用多绕组脉冲变压器进行功率合成，达到大容量pfn和大功率开关电路结构的效果。
24.由于一般开关电路，如闸流管组成的开关电路，其功率和价格是非线性关系，功率越大，价格高的越多，而pfn中高压电容的价格和容量成比例关系，数量增加容量不变，因此不会增加成本。
25.实施例2
26.请参考图2和图3，图2为本发明实施例2提供的脉冲调制装置的原理框图，图3为本发明实施例2提供的脉冲调制装置的电路原理图(图3仅仅详细示出本实施例主体部分)。本实施例以两组pfn网络为例进行说明，即包括第一放电模块和一个第二放电模块，本领域技术人员通过此例的情况可以很容易的想到多组pfn，即2个以上的第二放电模块的情形，并对各参数和脉冲变压器类型进行调整。如图2所示，该脉冲调制装置包括充电电源10、第一放电模块11、第二放电模块12以及双绕组脉冲变压器13；第一放电模块11包括第一pfn和第一开关电路，第一开关电路用于导通第一pfn和双绕组脉冲变压器13；第二放电模块12包括第二pfn和第二开关电路，第二开关电路用于导通第二pfn和双绕组脉冲变压器13；充电电源输出端与第一pfn和第二pfn的输入端连接，用于向第一pfn和第二pfn充电；其中，第一pfn的输出端连接双绕组脉冲变压器13的第一初级绕组，第一pfn、第一开关电路以及第一初级绕组构成第一放电回路；第二pfn的输出端连接双绕组脉冲变压器13的第二初级绕组，第二pfn、第二开关电路以及第二初级绕组构成第二放电回路；双绕组脉冲变压器13的次级绕组连接负载，构成输出回路以给负载14提供高压脉冲。
27.具体地，充电电源输出端与第一pfn和第二pfn的输入端连接，用于向第一pfn和第二pfn充电，第一pfn的输出端与双绕组脉冲变压器13的第一初级绕组的一端连接，第一开关电路连接于第一pfn的输入端与第一初级绕组的另一端之间，第一pfn、第一开关电路以及第一初级绕组构成第一放电回路。第二pfn的输出端与双绕组脉冲变压器13的第二初级绕组的一端连接，第二开关电路连接于第二pfn的输入端与第二初级绕组的另一端之间，第二pfn、第二开关电路以及第二初级绕组构成第二放电回路。双绕组脉冲变压器13的次级绕组连接负载，第一放电回路和第二放电回路将pfn中存储的能量经过双绕组脉冲变压器功率合成后提供给负载14。
28.在本实施例中，第一pfn和第二pfn的阻抗为负载14和双绕组脉冲变压器13的总阻
抗的两倍。
29.具体地，在负载和脉冲变压器初级阻抗确定，充电电源参数不变的情况下，第一pfn和第二pfn的阻抗均为负载和双绕组脉冲变压器的总阻抗的两倍，即可以理解的是，每组pfn的阻抗为采用单组大容量pfn结构时阻抗的两倍，则每组放电回路的电流为采用单组大容量pfn结构时的一半，然后经过双绕组脉冲变压器进行功率合成，实现目标功率脉冲输出。
30.在本实施例中，第一开关电路和第二开关电路均采用重氢闸流管(即图3中的k1和k2)。
31.具体地，重氢闸流管为e2v公司的氢闸流管cx1536a，充电电源向第一pfn和第二pfn进行充电，在充电结束后，在触发脉冲的激励下，重氢闸流管放电开关导通，各pfn通过放电回路将能量经双绕组脉冲变压器传输给负载。
32.在本实施例中，该负载14为速调管。
33.具体地，充电电源10向第一pfn和第二pfn进行充电，在充电结束后，在触发脉冲的激励下，重氢闸流管放电开关导通，pfn存储的能量形成脉冲，通过双绕组脉冲变压器为速调管提供脉冲高压，使速调管14输出放大的微波射频功率。
34.在本实施例中，第一开关电路和第二开关电路的电流容量与流经其的脉冲电流相适应。
35.具体地，例如，对于闸流管，其价格和功率是非线性关系，功率越大，价格高的越多，因此，通过减小每组放电回路的脉冲电流，选择小功率的闸流管，即闸流管的电流容量于流经其的脉冲电流相适应，可以较大的降低成本。
36.在本实施例中，第一开关电路和第二开关电路的输入端连接有触发器(图2未示出)，触发器用于发送触发脉冲以同时导通第一开关电路和第二开关电路。
37.在本实施例中，该脉冲调制装置还包括第一隔离模块15和第二隔离模块16，第一隔离模块15连接于充电电源10的输出端与第一pfn的输入端之间，第二隔离模块16连接充电电源10的输出端与所述二pfn的输入端之间。
38.具体地，在本实施例中第一隔离模块15和第二隔离模块16中的至少一个由多个二极管串联组成(即图3中的d1和d2)，通过设置隔离模块，保证充电电源在给第一pfn和第二pfn充电的同时隔离两组pfn。(图3中仅仅示出一个二极管)。
39.在本实施例中，第一放电模块和/或第二放电模块还包括rd吸收电路，rd吸收电路与pfn并联中，用于吸收反向电压尖峰。
40.具体地，rd吸收电路包括并联在pfn最后一根电感输出端的高压电阻、与高压电阻下端相串联的高压电容器、与高压电容器下级相串联的快速二极管和多个相互并联的高压压敏电阻。
41.在本实施例中，脉冲调制装置还包括电压采样电路，该电压采样电路与第一pfn相连，用于在充电期间监控充电情况。
42.综上所述，本发明提供一种脉冲调制装置，通过采用多组放电回路，即采用多组pfn和开关电路，然后通过多绕组脉冲变压器进行阻抗匹配和功率合成，实现单组pfn的储能减少，单组放电回路的脉冲电流也减小，而最终的总能量和总功率不变，进而实现脉冲调制装置中开关电路的成本大幅度降低，进而脉冲调制装置的成本降低，以及pfn中电容的发
热大大减小，较大的提升了脉冲调制装置的可靠性和稳定性。
43.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。