吕东酷等：陡脉冲发生器电路中杂散参数的分析和补偿 ·735 用分块方式计算杂散参数，合理的设计母排减小了电 为用IGBT作为快速开关的陡脉冲发生器的输出波 路中杂散参数，达到降低关断电压尖峰的效果，但尖峰 形.在高电平和低电平的初始阶段都存在过冲，在电 没有彻底抑制. 路中含有杂散电容或者杂散电感或者两者都存在。 在测量实际脉冲波形过程中，杂散电容和杂散电 图2(b)和图2(c)分别为图2(a)中红色和紫色虚 感极大地影响着测量的灵敏度和精度.为了使输 框部分的放大图.当开关断开时，发生器输出低电平， 出的方波尽量地接近标准方波，需要对电路中杂散参 这时按照发生器的理论连接并不构成放电回路.由 数进行有效的计算和抑制.因此，对杂散参数的分析 图2(c)实际输出的低电平波形图可以看到，输出带有 和补偿有着十分重要的意义. 振荡脉冲电路结构图，所以实际输出低电平状态下存 1 陡脉冲发生器电路结构 在放电回路.上面已经论述在开关的输出端与地之间 存在系统等效后的杂散电容，可以假设负载和等效杂 图1为陡脉冲发生器电路结构图，主要由高电压 散电容构成的回路中，由于导线连接、元器件本体等原 直流电源、快速开关$和负载组成，输入为直流电压 因含有杂散电感，这样就构成一个阶次至少为二阶的 V,初始电压为Uo,输出为负载R两端电压为u(t). RLC回路.开关的导通控制着脉冲的输出.由于开关 的快速导通性，导致输出侧的电压变化率很大，经过对 0+ 地杂散电容后增加了开关导通时的电流过冲，影响系 统运行的稳定☒ 高频电路中分析长导线的电气特性时，特别需要 >R e(r) 对长导线的分布电容电感参数进行分析.图3为以分 布参数形式构造的，带有杂散电容、电感的长导线脉冲 等效电路结构图。输入为直流电压V,初始电压为 U。,S为快速开关，输出为负载R两端电压u().每组 R。、Ln和C,称为分布单元，n为分布单元的组数，L, 图1脉冲电路结构图 L2,…,Ln表示放电回路中的等效杂散电感，C,C2, Fig.1 Structure diagram of the pulse circuit …,C1表示系统中的等效杂散电容，R,R2,…, 在陡脉冲发生器电路中由于元器件、导线和开关 R。表示长导线脉冲线路中的等效电阻，山1()， 器件本身存在杂散电感的，当开关闭合时，作用在杂 山2(），…，山.-1()表示C1,C2,…,C。-两端的电压， 散电感上的电流变化率会产生很大的电压冲击.信号 ,(),2(），…,n()表示流过L,L,…,L的 传输线和地之间都被空气或者其他介质隔开，所以存 电流，()，巧(），…，-(t）表示流过C,C2,…, 在杂散电容，快速通断开关的输出端与地之间也存在 C。的电流，如图中虚框所示. 杂散电容圆，这些杂散电容并联，可以等效为一个电 对于导线较短（本例导线长度为30cm)的高频脉 容.按照图1的连接方式，系统输出应该为标准的方 冲电路，分布参数条件下杂散参数实际电路可以按照 波，在实际测量中脉冲的输出波形如图2所示.图2 集总参数条件进行电路分析.图4为集总参数条件下 1.5 1.0 串业 1.0 .0 0.5 0. 0.000003 0.000201 0.000400 0.51.0152.02.53.03.54.045 时间s 时间/106s 1.s@ 1.0 0.5 0.0 -05 6.960 7.154 7.3847.5427.7367.930 时间/103s 图2负载两端实际电压波形.(a)完整波形：(b)高电平波形：()低电平波形 Fig.2 Voltage waveforms of loads:(a)full wave:(h)high level wave;(c)low level wave吕东澔等: 陡脉冲发生器电路中杂散参数的分析和补偿 用分块方式计算杂散参数，合理的设计母排减小了电 路中杂散参数，达到降低关断电压尖峰的效果，但尖峰 没有彻底抑制． 在测量实际脉冲波形过程中，杂散电容和杂散电 感极大地影响着测量的灵敏度和精度［15］． 为了使输 出的方波尽量地接近标准方波，需要对电路中杂散参 数进行有效的计算和抑制． 因此，对杂散参数的分析 和补偿有着十分重要的意义． 1 陡脉冲发生器电路结构 图 1 为陡脉冲发生器电路结构图，主要由高电压 直流电源、快速开关 S 和负载组成，输入为直流电压 Vin，初始电压为 U0，输出为负载 Ｒ 两端电压为 u( t) ． 图 1 脉冲电路结构图 Fig． 1 Structure diagram of the pulse circuit 图 2 负载两端实际电压波形． ( a) 完整波形; ( b) 高电平波形; ( c) 低电平波形 Fig． 2 Voltage waveforms of loads: ( a) full wave; ( b) high level wave; ( c) low level wave 在陡脉冲发生器电路中由于元器件、导线和开关 器件本身存在杂散电感［14］，当开关闭合时，作用在杂 散电感上的电流变化率会产生很大的电压冲击． 信号 传输线和地之间都被空气或者其他介质隔开，所以存 在杂散电容，快速通断开关的输出端与地之间也存在 杂散电容［13］，这些杂散电容并联，可以等效为一个电 容． 按照图 1 的连接方式，系统输出应该为标准的方 波，在实际测量中脉冲的输出波形如图 2 所示． 图 2 为用 IGBT 作为快速开关的陡脉冲发生器的输出波 形． 在高电平和低电平的初始阶段都存在过冲，在电 路中含有杂散电容或者杂散电感或者两者都存在． 图 2( b) 和图2( c) 分别为图2( a) 中红色和紫色虚 框部分的放大图． 当开关断开时，发生器输出低电平， 这时按照发生器的理论连接并不构成放电回路． 由 图 2( c) 实际输出的低电平波形图可以看到，输出带有 振荡脉冲电路结构图，所以实际输出低电平状态下存 在放电回路． 上面已经论述在开关的输出端与地之间 存在系统等效后的杂散电容，可以假设负载和等效杂 散电容构成的回路中，由于导线连接、元器件本体等原 因含有杂散电感，这样就构成一个阶次至少为二阶的 ＲLC 回路． 开关的导通控制着脉冲的输出． 由于开关 的快速导通性，导致输出侧的电压变化率很大，经过对 地杂散电容后增加了开关导通时的电流过冲，影响系 统运行的稳定［12］． 高频电路中分析长导线的电气特性时，特别需要 对长导线的分布电容电感参数进行分析． 图 3 为以分 布参数形式构造的，带有杂散电容、电感的长导线脉冲 等效电路结构图． 输入为直流电压 Vin，初始电压为 U0，S 为快速开关，输出为负载 Ｒ 两端电压 u( t) ． 每组 Ｒn、Ln和 Cn称为分布单元，n 为分布单元的组数，L1， L2，…，Ln表示放电回路中的等效杂散电感，C1，C2， …，Cn － 1 表 示系 统 中 的 等 效 杂 散 电 容，Ｒ1，Ｒ2，…， Ｒn － 1表示长导线脉冲线路中 的等效电阻，u1 ( t ) ， u2 ( t) ，…，un － 1 ( t) 表示 C1，C2，…，Cn － 1两端的电压， i1 ( t) ，i2 ( t) ，…，in － 1 ( t) 表示流过 L1，L2，…，Ln － 1的 电流，i' 1 ( t) ，i' 2 ( t) ，…，i' n － 1 ( t) 表示流过 C1，C2，…， Cn － 1的电流，如图中虚框所示． 对于导线较短( 本例导线长度为 30 cm) 的高频脉 冲电路，分布参数条件下杂散参数实际电路可以按照 集总参数条件进行电路分析． 图 4 为集总参数条件下 · 537 ·