基于PCB傳輸線和固態(tài)開關(guān)的高壓納秒脈沖發(fā)生器研制.pdf

1、近來，納秒脈沖電場在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力引起了國內(nèi)外研究人員的極大興趣。為研制緊湊型、便攜式、輕量化高壓納秒脈沖發(fā)生器用于生物醫(yī)學(xué)實驗，本文結(jié)合PCB傳輸線和固態(tài)開關(guān)技術(shù)，研制了基于多種PCB傳輸線和固態(tài)開關(guān)的高壓納秒脈沖發(fā)生器。
　　首先，本文介紹了基于PCB傳輸線和固態(tài)開關(guān)的高壓納秒脈沖發(fā)生器系統(tǒng)工作原理，通過對Blumlein傳輸線系統(tǒng)中電壓波傳播過程分析得出3種阻抗配合下系統(tǒng)輸出方波脈沖的電壓波傳播過程以及相關(guān)調(diào)控策略

2、；并采用Pspice仿真軟件對多級傳輸線串、并聯(lián)結(jié)構(gòu)輸出特性進(jìn)行了細(xì)致分析，得到3種結(jié)構(gòu)的多級傳輸線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)生物細(xì)胞實驗中對發(fā)生器輸出脈寬變化以及不同阻抗負(fù)載的要求；此外，通過仿真軟件分析了負(fù)載雜散電感、固態(tài)開關(guān)上升時間等因素對于系統(tǒng)輸出特性的影響。
　　然后，依據(jù)本文所設(shè)計納秒脈沖發(fā)生器對于PCB傳輸線的要求，分別設(shè)計了3種形式的PCB傳輸線：平衡型Blumlein微帶傳輸線、非平衡型Blumlein多層微帶傳輸線、平

3、衡型Blumlein多層帶狀線，并對這3種PCB傳輸線尺寸參數(shù)的計算過程進(jìn)行了詳細(xì)介紹；并以此為基礎(chǔ)得出這些PCB傳輸線的分布電容值以便計算某一直流電源情況下系統(tǒng)重復(fù)工作頻率。另外，介紹了固態(tài)開關(guān)參數(shù)選擇及其驅(qū)動電路設(shè)計；為進(jìn)一步提高固態(tài)開關(guān)耐受電壓水平，引入門極“RCD”有源均壓電路作為MOSFET串級電路的動/靜態(tài)均壓策略，以保證多級MOSFET串聯(lián)情況下各個MOSFET單元之間的動/靜態(tài)均壓。
　　最后，基于門極“RCD”有

4、源均壓策略制作了6級MOSFET串聯(lián)模塊作為基于平衡型Blumlein微帶傳輸線、非平衡型Blumlein多層微帶傳輸線、平衡型Blumlein多層帶狀線納秒脈沖發(fā)生器的開關(guān)，并通過實驗驗證其輸出特性。此外，依據(jù)系統(tǒng)緊湊型要求，選擇面積更小、沿面閃絡(luò)電壓更高以及屏蔽效果更好的帶狀線作為層疊單元，分別將帶狀線并聯(lián)、串聯(lián)以及混合連接以獲取合適的輸出阻抗及方波脈寬，最后分別對采用3種連接方式的層疊帶狀線納秒脈沖發(fā)生器進(jìn)行了相關(guān)測試。其中，重點