SHVP-05B 纳秒级双极性高压脉冲电源

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-05B是世纪新天SHVP系列台式纳秒级双极性高压脉冲电源，单通道输出0±5kV脉冲，峰峰值最高可达10kV。整机采用全固态SiC高速开关架构，FPGA时序控制，支持正向脉冲、负向脉冲、正负对称/不对称双极性脉冲输出，正负脉冲间隔独立可调，边沿50150ns连续可调。输出过冲≤5%，波形质量优异，适配脉冲电场生物效应、IRE/H-FIRE不可逆电穿孔、等离子体放电、材料脉冲改性等科研场景。单通道即可实现双向脉冲输出，替代两台单极性脉冲源同步组合，降低系统搭建复杂度，是进口双极性纳秒脉冲源国产化替代方案。

关键词：SHVP-05B；±5kV双极性脉冲；纳秒方波；H-FIRE；不可逆电穿孔；脉冲电场；等离子体激励

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-05B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-05B为一体化台式双极性纳秒高压脉冲发生器，单通道集成正负两套储能与高速开关单元，输出0±5kV连续可调高压脉冲，电压精细可调。脉冲波形支持正向方波、负向方波、对称双极性方波、不对称双极性方波，可选三角波；脉冲平顶宽度01ms，边沿50150ns可调，步长≤10ns；标准重复频率单次5kHz，可定制升级至最高100kHz。支持单次、连续重频、Burst脉冲串模式，内置高压监测与多重故障保护，AC220V供电，集成触控显示屏，支持本地操作、外部TTL触发、RS485上位机程控。

说明：本机单通道时序输出正负交替脉冲，不能正负脉冲同时输出；如需两路同步独立正负脉冲，可采用一台SHVP-05P+一台SHVP-05N同步联动方案。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

H-FIRE高频不可逆电穿孔生物实验；细胞、离体组织双极性脉冲电场效应；小动物肿瘤脉冲消融预实验；介质阻挡放电DBD、低温等离子体；高分子材料脉冲表面改性；绝缘材料脉冲老化、击穿特性测试；脉冲功率基础科研。

2.2 当前行业痛点

1. 进口双极性纳秒脉冲设备价格昂贵，交付周期长，维修成本高；
2. 采用两台单极性脉冲源搭建双极性系统，两台同步调试难度大，时序误差大；
3. 生物组织、DBD等离子体属于容性负载，普通脉冲源波形振铃大、过冲高，实验重复性差；
4. 很多脉冲源边沿不可调，无法研究前沿快慢对生物效应、放电特性的影响；
5. 缺少Burst脉冲串与上位机自动扫描，批量参数实验操作繁琐。

3. SHVP-05B产品介绍

SHVP-05B国产±5kV纳秒双极性高压脉冲电源，面向生物脉冲电场、等离子体、材料科研。 ✅ 核心特点

• 单通道双极性输出：0~±5kV连续可调，峰峰值10kV；支持正脉冲、负脉冲、对称/不对称交替双极性脉冲；
• 纳秒边沿可调：上升/下降沿50~150ns，步长≤10ns；脉冲过冲≤5%，波形稳定；
• 脉冲参数全维度可调：脉宽01ms，重复频率单次5kHz（可定制最高100kHz）；正负脉冲间隔独立设置，Burst脉冲串数量自定义；
• 全固态SiC高速开关拓扑，无火花隙，长时间连续运行稳定；
• 一体化台式整机，内置正负高压直流储能单元，AC220V直接供电；
• 多重硬件保护：过压、过流、短路、过热保护，负载打火微秒级闭锁高压；
• 7寸触控屏+实体按键，支持本地设置；标配外触发，可选RS485上位机程控；
• 内置波形整形网络，针对生物组织、DBD容性负载优化，抑制电缆反射振荡。

4. 核心技术架构

1. 双路独立储能+SiC高速开关阵列 正负独立高压储能支路，FPGA分时控制正、负高速开关导通时序，在同一输出端口交替输出正向、负向脉冲；正负幅值独立闭环稳压，抑制负载波动带来电压漂移。
2. 高精度FPGA时序控制单元 FPGA数字时序内核，精准控制脉冲脉宽、边沿、正负脉冲间隔、串间延时；支持内部自触发、外部TTL触发，Burst模式自定义脉冲数量，适合批量生物脉冲实验。
3. 容性负载波形整形网络 集成阻抗匹配与波形陡化/缓化电路，边沿可软件调节；降低长电缆、生物组织、DBD腔带来的反射与振铃，保证输出方波平顶稳定。
4. 高压实时采样与快速保护单元 独立采样正负高压、回路电流、模块温度；检测短路、过流、超温时，微秒级切断高压输出，同时面板告警。
5. 光电隔离信号接口 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、上位机，保护外围仪器。

5. 详细技术规格参数

备注：指标在标准阻性负载条件测得；长高压电缆、大容性负载会劣化边沿指标。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-05B 纳秒级双极性高压脉冲电源主机
2. 样品电极 / 细胞腔 / DBD放电腔
3. TTL信号发生器（外触发选配）
4. ≥10kV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、脚踏开关、高压安全舱门联锁、气体供气系统

6.2 连接原理简述

主机接入AC220V，在触控屏设置正负电压幅值、脉宽、边沿、脉冲间隔、Burst参数；可内部自触发或接入外部TTL同步触发。输出端连接样品电极，交替输出正负高压脉冲作用于生物样本或者DBD放电腔；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，保护主机与样品。

7. 典型波形特征与实验案例

1. 典型波形特征 纳秒级可调边沿方波，过冲低、振铃小；支持单向脉冲、正负交替双极性脉冲，正负脉冲幅值、间隔独立可调，脉冲能量一致性好；双极性脉冲可以降低生物实验肌肉收缩效应。
2. 典型实验案例

• H-FIRE高频不可逆电穿孔，离体组织、小动物肿瘤消融科研；
• 细胞可逆/不可逆电穿孔、基因递送，双极性脉冲生物效应对照；
• DBD介质阻挡放电、低温等离子体激励；
• 高分子薄膜脉冲表面改性；
• 绝缘材料脉冲耐压、击穿老化测试；
• 脉冲功率教学实验平台搭建。

8. 控制、接口与上位机软件

1. 本地触控面板：7寸触控屏+实体按键；电压、脉宽、边沿、频率、Burst参数设置；高压就绪、故障状态、波形参数实时显示，高压启停按键。
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. 选配RS485上位机软件：电脑远程设置脉冲参数、读取设备状态、自动批量参数扫描，自动保存实验日志。
5. 选配脚踏开关：脚踏启停高压，方便生物样品操作。

9. 安全规范与使用注意事项

⚠️ 设备最高输出±5kV，峰峰值10kV高压，严禁直接用于人体临床治疗，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：实验区域干燥，相对湿度＜70%；台面铺设≥10kV绝缘垫，设置高压警示标识，加装防护挡板；等离子实验做好通风，防范臭氧、紫外。
4. 个人防护：接线、更换样品、检修回路时佩戴5kV以上绝缘手套、防护面屏；接线单手操作。
5. 开机前检查：高压电缆耐压≥10kV，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、插拔SHV/BNC接头。
7. 停机放电流程：电压归零→关闭高压→断电→等待静置，使用高压接地棒多次释放残压，确认无残压后再拆线、更换样品。高压线缆、电极会存储电荷，断电仍存在残压。
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≥10kV，信号线与高压电缆分开走线，避免高压耦合串扰。
10. 设备维护：禁止非厂家人员开盖，内部储能电容带有高压，私自开盖失去质保。

10. 应用领域

• 高校、医工研究院：H-FIRE/IRE脉冲电场生物效应、细胞电穿孔、小动物消融基础研究；
• 等离子体实验室：介质阻挡放电、低温等离子体发生与机理研究；
• 新材料研发企业：高分子材料脉冲表面改性；
• 检测机构：绝缘薄膜脉冲击穿、老化测试；
• 教学平台：脉冲功率、高电压、生物脉冲教学实验。

11. 产品选型与定制扩展服务

1. 标准型号SHVP-05B：±5kV双极性纳秒脉冲，边沿50150ns可调，单次5kHz，触控操作，支持Burst脉冲串。
2. 非标定制：升级重复频率上限、脚踏启停、安全门联锁、RS485程控上位机、定制高压接头、输出电流增强；
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，协助搭建整套脉冲电场/等离子体实验系统方案。

12. 总结

SHVP-05B纳秒级双极性高压脉冲电源，是世纪新天推出的一体化全固态±5kV双极性纳秒脉冲源，单通道即可输出正负交替脉冲，边沿软件可调，波形过冲小。专门面向H-FIRE生物电穿孔、等离子体、材料脉冲改性科研，省去两台单极性脉冲源同步调试的麻烦；内置全套高压保护，支持本地触控与上位机自动参数扫描。国产化双极性脉冲源，大幅降低科研采购成本，为脉冲电场生物效应、低温等离子体等前沿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 H-FIRE：高频不可逆电穿孔 IRE：不可逆电穿孔 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