基于辅助充电支路的模块化多电平变换器结构高频纳秒脉冲发生器

米 彦 陈嘉诚 许 宁 戴锦炎

基于辅助充电支路的模块化多电平变换器结构高频纳秒脉冲发生器

米 彦 陈嘉诚 许 宁 戴锦炎

（输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044）

高频纳秒脉冲串治疗肿瘤已逐渐成为一种新的医疗手段，但发生器输出高频脉冲串时的开关损耗问题还有待进一步研究。因此该文提出一种基于辅助充电支路的模块化多电平变换器（MMC）拓扑。在MMC模块的一个MOSFET处并联二极管和电阻，为电容提供充电回路，消除充电电流对开关的导通损耗，提高脉冲发生器的稳定性。首先，对该文提出的拓扑结构进行原理介绍；其次，计算硬件参数并利用Pspice对拓扑结构进行仿真验证；最后，研制一台五级模块化的输出装置并进行性能测试。连续输出模式下：前沿20ns，后沿30ns，幅值为4kV；脉冲串输出模式下：最高串内频率1MHz的脉宽100～500ns、幅值0～4kV可调的纳秒脉冲串。开关温升测试表明，在该文测试条件下，RD-MMC相比于MMC的尾切开关温升减少约30%；同时，利用细胞溶液作为负载，测试电压电流波形稳定。该文研制的脉冲发生器为进一步研究高频纳秒脉冲串在生物领域的应用奠定了基础。

辅助充电支路 模块化多电平变换器 导通损耗 纳秒脉冲串 发生器

0 引言

在生物医疗领域，脉冲电场治疗肿瘤技术已经成为了新的研究热点[1-6]。高频纳秒脉冲串因可以有效减少治疗时引起的肌肉收缩和轻微灼伤疼痛等问题[7-13]，引起了学者们的关注。但是在研究的过程中发现，随着脉冲频率的增加，脉冲发生器中的开关损耗也不断增加，影响开关的正常工作，使发生器的输出稳定性降低。……