SHVP-20 P(N) 20 kV纳秒级高压脉冲电源

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-20 P(N)是世纪新天SHVP系列全固态纳秒高压脉冲电源，P代表正极性20kV输出，N代表负极性20kV输出，为低温等离子体、介质阻挡放电DBD、材料绝缘特性测试、生物电效应、光谱诊断等科研场景开发。设备基于自研全固态Marx脉冲架构，上升沿、下降沿支持连续可调，脉冲幅值、脉宽、重复频率可编程，输出波形包含方波、三角波；脉冲过冲小于5%，波形一致性高，可适配容性等离子体负载，支持长时间高重频连续实验，替代传统油浸式脉冲源与进口科研高压脉冲发生器。

关键词：纳秒高压脉冲电源；20kV；全固态Marx；单极性；DBD等离子体；边沿可调

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-20 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. 高压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-20 P(N)为台式一体化20kV单极性纳秒高压脉冲电源，属于世纪新天SHVP特种脉冲产品系列。SHVP-20P为正极性输出型号，SHVP-20N为负极性输出型号，二者硬件平台一致，仅输出高压极性不同。设备采用全固态半导体开关阵列，摒弃传统火花隙开关，具备长寿命、低抖动、全参数可编程的特点。

设备输出电压020kV连续可调，脉冲宽度01ms连续可调；上升沿/下降沿50~500ns、10ns步进精细可调，支持方波、三角波两种波形输出。支持本地面板操作、远程上位机程控、外部触发输入，自带同步输出信号用于示波器同步采集。风冷台式一体化结构，220V市电供电，无需油浸维护，可直接部署于实验室工作台。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

介质阻挡放电（DBD）低温等离子体、气体纳秒脉冲放电、固体/液体绝缘材料老化与击穿测试、生物纳秒电穿孔、等离子体材料表面改性、尾气处理、光谱诊断、高压瞬态绝缘实验。

2.2 当前行业痛点

1. 传统火花隙脉冲源寿命短，触发抖动大，脉冲一致性差，长时间重复实验数据难以复现；
2. 多数脉冲源边沿固定不可调，无法研究不同dv/dt对等离子体放电、材料击穿特性的影响；
3. 高电压下波形过冲、振铃严重，容性等离子负载条件下波形畸变明显；
4. 传统设备体积大，油浸结构维护繁琐，存在漏油、安全隐患；
5. 程控功能弱，缺少标准化通讯接口，难以接入自动化实验平台，多设备时序联动困难。

3. SHVP-20 P(N)产品介绍

SHVP-20 P(N)国产科研级20kV单极性纳秒脉冲激励源，P/N区分输出极性。 ✅ 核心特点

• 单极性输出：SHVP-20P（+20kV），SHVP-20N（-20kV），0~20kV幅值连续可调；
• 自研全固态Marx拓扑，无火花间隙，低触发抖动，支持长时间高重频连续工作；
• 上升/下降沿50~500ns连续可调，10ns步进，支持方波、三角波波形输出；
• 脉冲过冲＜5%，适配等离子体容性负载，波形稳定；
• 脉冲幅值、脉宽、重复频率、边沿参数独立可编程；
• 支持内部触发 / 外部BNC触发，同步标记输出，适配示波器、高速采集系统；
• 本地LCD面板操作 + 远程上位机程控双模式；
• 风冷台式一体化结构，无需油浸维护，部署简单。

4. 核心技术架构

1. 全固态Marx高压脉冲拓扑 自研多级固态Marx升压架构，半导体开关阵列，无气体火花间隙，触发抖动小，脉冲重复稳定性高，支持长时间循环放电实验，输出电压精细可编程调节。
2. 边沿可编程整形网络 集成可调RC波形整形模块，上升沿、下降沿独立可调，针对等离子体容性负载优化，抑制回路反射造成的振荡与过冲，保证不同负载条件下边沿可控。
3. 高压闭环采样控制系统 实时采集高压输出幅值，闭环反馈调节，抑制长时间运行电压漂移，保障多组对比实验脉冲幅值稳定。
4. 高精度时序同步单元 支持外部BNC触发输入，接收外部时序信号启动脉冲；同步BNC输出标记脉冲输出时刻，实现示波器、高速相机、气体流量控制器时序精准对齐。
5. 多层高压安全联锁保护 内置过压、过流、短路、过热保护，故障时快速切断高压输出；可外接外部安全门联锁信号，保障实验室操作安全。

5. 详细技术规格参数

备注：指标为实验室标准负载条件典型测试结果；等离子体、介质等实际负载会影响输出波形与最高可实现重复频率。

6. 典型系统搭建方案

6.1 整套实验系统组成

1. SHVP-20 P(N) 20kV纳秒高压脉冲电源（主机）
2. 被测负载（DBD放电腔、固体/液体介质样品、生物样品腔）
3. 高压差分探头
4. 高带宽数字示波器
5. 高压同轴电缆、匹配电阻
6. 接地系统、绝缘实验台
7. 可选配套：罗氏电流线圈、高速相机、气体质量流量计

6.2 连接原理简述

SHVP-20 P(N)输出单极性纳秒高压脉冲施加至放电负载；高压差分探头采集负载两端瞬态电压波形，搭配罗氏线圈采集放电电流；示波器接收设备同步信号，记录电压、电流波形，获得V-I特性用于等离子体、介质击穿研究。设备支持外部时序触发，联动高速相机与气体管路，开展等离子体光学观测与气体放电动力学实验。

7. 典型波形特征与实验案例

1. 典型波形特征 上升/下降沿可在50~500ns之间任意设定，脉冲平顶稳定，过冲控制在5%以内，脉冲参数重复性高，支持定量科研对比实验。支持方波、三角波两种波形输出，适配不同放电机理研究。
2. 典型实验场景

• DBD介质阻挡放电低温等离子体发生实验；
• 固体、液体电介质纳秒脉冲击穿、老化特性评估；
• 纳秒脉冲生物电穿孔、细胞生物效应研究；
• 等离子体材料表面改性、VOC尾气处理研发；
• 高压绝缘材料瞬态耐压、沿面放电实验；
• 气体放电光谱诊断，dv/dt变量对照实验。

8. 控制、接口与上位机软件

1. 本地操作：设备前面板LCD显示屏+编码器旋钮，设置输出电压、脉宽、重复频率、边沿参数，一键启停高压输出，实时查看设备运行状态、告警信息。
2. 远程上位机控制：RS485通讯接口，配套Windows上位机软件，全部脉冲参数可编程；支持自动扫描实验（电压扫描、边沿扫描、频率扫描），自动记录并导出实验参数日志，实现自动化批量实验。
3. BNC信号接口：外部触发输入；同步标记输出。
4. 安全联锁接口：外接安全门信号，舱门开启自动切断高压。

9. 高压安全规范与使用注意事项

⚠️ 设备最高输出20kV高压，必须严格遵守高压实验室安全规范

1. 设备放置于绝缘实验工作台，可靠保护接地；工作区域设置高压警示标识，非实验人员禁止靠近高压区域；
2. 修改接线、更换样品前，必须关闭高压输出，等待设备充分放电，确认无残压后方可操作；
3. 高压输出线缆保持绝缘完好，避免破损、弯折，高压端子保持清洁干燥；
4. 严禁在潮湿、高粉尘环境使用设备；
5. 设备出现短路、打火、过热告警时，立刻切断市电电源；
6. 操作人员必须接受高压安全培训，按规范佩戴绝缘防护用品。

10. 应用领域

• 高校、科研院所等离子体物理实验室，DBD纳秒等离子体研究；
• 高电压与绝缘技术实验室，介质击穿、材料老化、沿面放电研究；
• 生物医学实验室，纳秒脉冲电穿孔、细胞效应研究；
• 企业研发中心，等离子体材料表面改性、环保尾气处理研发；
• 光谱诊断、气体放电动力学、高压瞬态效应科研实验。

11. 产品选型与定制扩展服务

1. 标准型号 SHVP-20P：正极性，0+20kV输出； SHVP-20N：负极性，0-20kV输出。
2. 非标定制：可定制更高重复频率、特殊脉宽区间、多通道同步脉冲输出、配套负载匹配网络；可定制上位机自动化测试脚本。
3. 配套服务：出厂全性能测试、现场安装调试、高压实验技术培训、质保维护；可协助客户完成整套脉冲实验系统集成方案设计。

12. 总结

SHVP-20 P(N) 20kV纳秒级高压脉冲电源，基于世纪新天自研全固态Marx脉冲技术，实现0~20kV单极性纳秒脉冲输出，P/N区分正负极性。设备边沿连续可调、脉冲过冲低，适配等离子体容性负载，无火花隙、寿命长、脉冲一致性好，支持本地操作与上位机自动化程控，满足DBD等离子体、介质击穿、生物纳秒脉冲等各类科研实验需求。

作为国产化科研级20kV纳秒脉冲激励源，SHVP-20 P(N)有效降低进口设备采购成本与交付周期，为国内高校、科研机构、企业研发提供稳定可靠的高压纳秒脉冲实验平台。

附录A：术语与缩略词

DBD：Dielectric Barrier Discharge，介质阻挡放电 Marx：马克思脉冲发生电路 ns：纳秒，时间单位 kV：千伏，电压单位 dv/dt：电压变化率

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系列纳秒高压脉冲电源、特种科研脉冲源 应用方向：等离子体激励、半导体可靠性测试、生物电脉冲、强电磁效应科研装备