基于PCB传输线和固态开关的高压纳秒脉冲发生器研制
[Abstract]:Recently, the application potential of nanosecond pulsed electric field in biomedicine and other fields has aroused great interest of researchers at home and abroad. In order to develop compact, portable, lightweight high-voltage nanosecond pulse generator for biomedical experiments, a high-voltage nanosecond pulse generator based on a variety of PCB transmission lines and solid-state switches is developed in this paper, based on PCB transmission line and solid-state switch technology. Firstly, this paper introduces the principle of high voltage nanosecond pulse generator based on PCB transmission line and solid state switch. By analyzing the propagation process of voltage wave in Blumlein transmission line system, the voltage wave propagation process of output square wave pulse of the system with three kinds of impedance matching and related control strategies are obtained, and the multistage transmission line string is simulated by Pspice software. The output characteristics of the parallel structure are analyzed in detail, and three kinds of multistage transmission line topologies are obtained, which can adapt to the variation of the output pulse width of the generator and the different impedance loads in the biological cell experiment. The influence of the load stray inductance and the rise time of the solid state switch on the output characteristics of the system is analyzed by the simulation software. Then, according to the PCB transmission line requirements of the nanosecond pulse generator designed in this paper, three kinds of PCB transmission lines are designed: balanced Blumlein microstrip transmission line, non-equilibrium Blumlein multilayer microstrip transmission line, balanced Blumlein multilayer strip line. The calculation process of the dimension parameters of the three kinds of PCB transmission lines is introduced in detail, and the distributed capacitance values of these PCB transmission lines are obtained on the basis of this, in order to calculate the system repetition frequency in the case of a certain constant current power supply. In addition, the parameter selection of solid-state switch and the design of driving circuit are introduced. In order to further improve the voltage tolerance level of solid-state switch, the gate "RCD" active voltage sharing circuit is introduced as the dynamic / static voltage sharing strategy of MOSFET cascade circuit. In order to ensure the dynamic / static voltage sharing between the MOSFET units in multistage MOSFET series. Finally, based on the gate "RCD" active voltage sharing strategy, a 6-stage MOSFET series module is fabricated as a switch based on balanced Blumlein microstrip transmission line, non-equilibrium Blumlein multi-layer microstrip transmission line and balanced Blumlein multilayer band line nanosecond pulse generator. The output characteristics are verified by experiments. In addition, according to the system compact type requirements, the strip lines with smaller area, higher flashover voltage along the surface and better shielding effect are selected as stacked units, respectively, and the strip lines are connected in parallel. In order to obtain the appropriate output impedance and square pulse width in series and hybrid connection, the correlating tests of three kinds of cascaded band line nanosecond pulse generator are carried out. The experimental results show that the output pulse amplitude of the generator is 0 ~ 3 kV continuously adjustable, and the pulse width (tens of ns ~ hundreds ns) can be extended, especially for the 4-stage strip line series high-voltage nanosecond pulse generator, and the experimental results show that the output pulse amplitude of the generator can be adjusted continuously and the pulse width (tens of ns ~ hundreds of ns) can be extended. The square wave nanosecond pulse whose repetition frequency (0 ~ several k Hz) is adjustable and the output square wave pulse rises about 20 ns is beneficial to the requirements of the system in biomedical experiments for the variation of the width of the output square wave and the compact, portable and light weight of the system. It lays a foundation for studying biomedical effect of nanosecond pulsed electric field.
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN41;TN782
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本文编号:2192494
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