SHVP-02 P(N) 2kV单极性脉冲电源 技术白皮书

版本：V1.0 发布单位：世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 日期：2026年09月

摘要

SHVP-02 P(N)是世纪新天SHVP系列小型化台式纳秒单极性高压脉冲电源，分为SHVP-02P正极性、SHVP-02N负极性两个版本，输出02kV连续可调纳秒方波，电压调节步进1V。整机采用高速半导体开关拓扑，最快上升沿≤10ns，最高重复频率可达1MHz，占空比10%50%精细可调；内置波形整形电路，适配容性、阻性负载，电磁干扰低。设备体积小巧，参数可编程，集成多重硬件保护，适合低温等离子体、材料绝缘测试、微放电、细胞电刺激基础预研等科研场景，是低电压纳秒脉冲实验国产化优选方案。

关键词：SHVP-02P；SHVP-02N；2kV纳秒脉冲；单极性方波；高频纳秒脉冲；DBD等离子体；微放电实验

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-02 P(N)产品介绍
4. 核心技术架构
5. 详细技术规格参数
6. 典型系统搭建方案
7. 典型波形特征与实验案例
8. 控制、接口与上位机软件
9. 安全规范与使用注意事项
10. 应用领域
11. 产品选型与定制扩展服务
12. 总结 附录A：术语与缩略词 附录B：企业信息

1. 概述

SHVP-02 P(N)为一体化台式单极性纳秒高压脉冲发生器，SHVP-02P输出正高压脉冲，SHVP-02N输出负高压脉冲，输出电压02kV连续可调，最小调节步进1V。输出标准矩形方波，脉冲平顶宽度100ns1ms；上升沿最快≤10ns；重复频率1kHz1MHz，步进1kHz；占空比10%50%，步进1%。整机内置高压充电与储能单元，AC220V直接供电，无需外置高压模块；前面板实体按键+数码管显示，支持内部自触发、外部TTL触发，支持RS485上位机程控。支持Burst脉冲串模式，自定义一串脉冲数量与串间隔，适合高频纳秒脉冲批量扫描实验。

说明：本机为单极性输出；如需实现双极性交替脉冲，可采用一台SHVP-02P与一台SHVP-02N外部同步联动。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

微DBD介质阻挡放电、低温等离子体基础机理研究；薄膜、涂层、薄层绝缘材料纳秒脉冲击穿与老化测试；微间隙脉冲放电、电晕放电基础实验；低场纳秒脉冲细胞预实验；光谱激励、脉冲光源预研；高校脉冲功率教学实验平台搭建。

2.2 当前行业痛点

1. 进口2kV高频纳秒脉冲设备价格昂贵，供货周期长，维修成本高；
2. 分立搭建小型纳秒脉冲回路结构复杂，边沿指标差，波形振铃大，调试难度高；
3. 微放电、小型DBD腔体属于容性负载，简易脉冲源波形畸变严重，易产生强烈电磁干扰，干扰示波器等测量设备；
4. 很多国产脉冲源重频上限低，无法开展MHz级高频纳秒放电实验；
5. 缺少完善硬件保护，微小样品击穿时极易损坏内部功率器件。

3. SHVP-02 P(N)产品介绍

SHVP-02P（正）/SHVP-02N（负）国产小型化2kV单极性纳秒脉冲电源，面向高校、企业低电压高频脉冲科研。 ✅ 核心特点

• 单极性选型：SHVP-02P正向脉冲，SHVP-02N负向脉冲，0~2kV连续可调，电压步进1V；
• 超快纳秒前沿：上升沿≤10ns，波形过冲＜5%，内置抑制电路降低电磁辐射；
• 高频宽参数范围：重复频率1kHz1MHz，占空比10%50%可调，支持Burst脉冲串；
• 一体化小型台式整机，内置高压储能单元，AC220V直接供电，台面占用空间小；
• 全固态高速半导体开关，无火花隙，适合长时间高频连续稳定运行；
• 内置过压、过流、短路、过热硬件保护，负载击穿微秒级闭锁高压输出；
• 实体按键+数码管显示，操作简单；标配TTL外触发，标配RS485上位机程控；
• 内置容性负载波形整形网络，抑制长电缆带来的波形反射、振铃，适配小型DBD、薄膜样品等容性负载。

4. 核心技术架构

4.1 独立储能+高速半导体开关阵列

内置小型高压DC储能单元，高速功率开关控制储能电容快速放电；P/N版本硬件区分输出极性，输出电压闭环稳压，抑制负载波动带来电压漂移。

4.2 FPGA高精度时序控制单元

FPGA数字时序内核，精准控制脉冲脉宽、重复频率、Burst脉冲数量；支持内部自触发与外部TTL触发，触发抖动低，满足MHz高频时序稳定输出。

4.3 低EMI容性负载波形整形网络

集成阻抗匹配与脉冲滤波电路，针对小型DBD腔体、薄层绝缘介质等容性负载优化，抑制长电缆反射振荡，降低纳秒脉冲带来的电磁干扰，保护周边测量仪器。

4.4 高压采样与快速保护单元

实时采集输出高压、回路电流、模块温度；一旦检测短路、过流、超温，微秒级切断高压，面板同步故障告警。

4.5 光电隔离信号接口

外触发信号、通信接口与高压回路光电隔离，防止高压串入前端信号发生器、示波器，保护外围测量仪器。

5. 详细技术规格参数

备注：指标在标准50pF容性负载条件测得；长高压电缆、超大容性负载会劣化上升沿。本设备仅用于科研实验，不可直接用于人体临床医疗激励。

6. 典型系统搭建方案

6.1 整套系统组成

1. SHVP-02 P(N) 2kV单极性脉冲电源主机
2. 样品电极 / 小型DBD放电腔 / 薄膜样品夹具
3. TTL信号发生器（外触发选配）
4. ≥2kV高压差分探头
5. 高带宽数字示波器
6. 可选：罗氏线圈、上位机、安全门联锁、气体供气系统（等离子实验）

6.2 连接原理简述

主机接入AC220V，在面板设置输出电压、脉宽、重频、Burst参数；选择内部自触发或者外部TTL同步触发。高压输出接样品电极，输出单极性纳秒脉冲激励微DBD等离子体或者薄层绝缘样品；高压差分探头、罗氏线圈采集电压电流波形送入示波器观测。负载发生击穿短路时，设备自动闭锁高压，保护主机。

7. 典型波形特征与实验案例

7.1 典型波形特征

超快纳秒前沿方波，过冲低、振铃小，低电磁干扰；在小型容性DBD负载条件下保持稳定平顶；支持单次脉冲、连续高频脉冲、Burst脉冲串输出。

7.2 典型实验案例

• 微DBD介质阻挡放电、微间隙电晕放电机理研究；
• 薄层高分子绝缘薄膜纳秒脉冲击穿、老化特性测试；
• 低场纳秒脉冲细胞效应基础预实验；
• 等离子体表面清洗、材料表面活化小型预研；
• 高校高频纳秒脉冲功率教学实验平台搭建。

8. 控制、接口与上位机软件

1. 本地控制面板：电源开关、高压启停按键；电压、脉宽、频率、占空比设置按键；数码管实时显示参数、高压就绪、故障告警指示灯。
2. 信号接口：BNC TTL外部触发输入，可选BNC同步输出信号。
3. 高压输出：SHV高压输出端子。
4. 标配RS485上位机软件：电脑远程设置脉冲参数、读取设备状态，自动执行批量参数扫描，保存实验日志。

9. 安全规范与使用注意事项

⚠️ 设备最高输出2kV高压，严禁直接接入人体用于临床治疗，严格遵守高压实验室安全规范。

1. 可靠接地：设备外壳保护地端子单独可靠接地，接地电阻≤4Ω；每次实验前检查接地，接地不良禁止开机。
2. 人员资质：操作人员必须经过高压安全专项培训；推荐双人实验，配备监护人员。
3. 环境防护：实验区域保持干燥，相对湿度＜70%；台面铺设≥2kV绝缘垫，设置高压警示标识，加装防护挡板；等离子体实验做好通风，防范臭氧与紫外辐射。
4. 个人防护：接线、更换样品、检修回路时佩戴2kV绝缘手套、防护面屏，接线单手操作。
5. 开机前检查：高压电缆耐压≥2kV，外皮无破损；电极接线牢固，确认负载类型符合设备规格；上电前参数归零，低压预测试。
6. 操作流程：上电自检无故障后，人员撤离高压样品区，缓慢升压；设备运行期间禁止触碰高压回路，禁止插拔SHV/BNC接头。
7. 停机放电流程：电压归零→关闭高压→断电→静置等待，使用高压接地棒多次释放残压；确认无残压后，方可拆线、更换样品。高压线缆、电极会储存电荷，断电后仍存在残压。
8. 故障处理：出现短路、过热告警，设备自动闭锁高压；禁止强行复位加压，排查负载绝缘、短路问题。
9. 仪器安全：示波器、采集仪器可靠接地；高压探头耐压≥2kV；信号线与高压电缆分开走线，降低高频纳秒脉冲电磁耦合串扰。
10. 设备维护：禁止非厂家人员开盖，内部储能电容带有高压，私自开盖将失去质保。

10. 应用领域

SHVP-02P/SHVP-02N 2kV单极性纳秒脉冲电源具备超快纳秒上升沿、MHz级高频输出、低电磁干扰、小型化的特点，广泛应用于微等离子体、薄层绝缘材料测试、微放电物理、基础生物预研等方向，适合高校实验室、科研院所、新材料研发企业开展低电压高频纳秒脉冲前沿基础研究。设备仅用于科研实验，不可直接用于人体临床医疗激励。

1. 低温微等离子体科研 适配小型DBD介质阻挡放电、微电晕放电，用于微等离子体发生机理、放电动力学研究；开展薄层材料表面活化、清洗、改性预实验；可用于臭氧生成、微量气体处理等小型环境预研实验。

2. 薄层绝缘材料性能测试 适用于高分子薄膜、涂层、超薄复合材料的纳秒瞬态耐压、脉冲击穿、脉冲老化测试，评估薄层介质在MHz高频纳秒电场下的失效机理，支撑绝缘新材料研发。

3. 微放电与脉冲物理基础研究 微间隙脉冲放电、脉冲电晕、静电雾化基础物理实验；光谱激励、小型脉冲光源预研；强电磁干扰效应基础研究。

4. 生物基础预研实验 低场纳秒脉冲细胞电穿孔、微生物灭活预实验；用于离体组织低强度脉冲电场探索，为更高电压生物脉冲实验做前期参数摸索。

5. 高校脉冲功率教学实验 作为电气工程、物理专业教学设备，搭建高频纳秒脉冲、微高压放电教学平台，参数调节简单，安全门槛更低，适合本科生、研究生创新实验。

11. 产品选型与定制扩展服务

11.1 标准型号选型

SHVP-02P：正极性2kV纳秒脉冲电源； SHVP-02N：负极性2kV纳秒脉冲电源。

11.2 非标定制

边沿指标优化、多机同步触发、脚踏启停、安全门联锁、定制高压输出接头；

11.3 配套服务

出厂波形检测、现场调试、实验技术培训、质保维护，协助搭建整套微等离子体/薄层绝缘脉冲测试系统方案。

12. 总结

SHVP-02 P(N) 2kV单极性脉冲电源，是世纪新天推出的小型化高频纳秒脉冲设备，P/N正负极性可选，0~2kV输出，上升沿≤10ns，最高支持1MHz高重复频率，内置低EMI波形整形电路。面向微DBD等离子体、薄层绝缘测试、微放电物理等低电压高频纳秒科研场景；整机小巧，标配RS485程控，内置完备高压保护，性价比突出。国产化替代进口2kV高频纳秒单极性脉冲发生器，为微等离子体、薄层绝缘材料、脉冲物理基础科研提供稳定可靠的实验平台。

附录A：术语与缩略词

ns：纳秒 kV：千伏 DBD：介质阻挡放电 TTL：晶体管-晶体管逻辑电平 SHV：高压同轴接头 Burst：脉冲串模式

附录B：企业信息

世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 自主品牌：世纪新天 主营：SHVP系列高压脉冲电源、SHVM嵌入式高压脉冲模块 应用方向：等离子体激励、激光电光驱动、质谱仪器、半导体可靠性测试、生物医学脉冲实验、强电磁效应科研装备