SHVP-10 P(N) 10KV 纳秒高压脉冲电源

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-10 P(N)是世纪新天SHVP系列单极性纳秒高压脉冲电源，分为P（正极性）与N（负极性）两个版本，峰值输出可达10kV，纳秒级快前沿方波输出。整机采用全固态高速功率开关拓扑，集成内置高压直流源，幅值、脉宽、重频大范围可调；结构紧凑便携，具备完善高压故障保护，适配等离子体放电、介质阻挡放电、纳秒脉冲生物效应、材料表面改性、静电测试等科研与小批量工业场景，可作为进口单极性纳秒脉冲源国产化替代方案。

关键词：SHVP-10P；SHVP-10N；10kV纳秒脉冲；单极性高压方波；介质阻挡放电；等离子体激励；纳秒脉冲生物效应

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-10 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-10 P(N)为台式紧凑型单极性纳秒高压脉冲发生器，P版本输出正高压脉冲，N版本输出负高压脉冲，010kV连续可调，电压调节步进10V。脉冲波形为规整方波，脉宽100ns1ms，上升/下降沿＜60ns@50pF容性负载；重复频率1Hz~10kHz，支持连续重频、Burst脉冲串输出，可设定单次触发。整机一体化集成高压电源与高速开关单元，AC220V直接供电，无需额外外置高压源，体积小巧、重量轻，便于在实验室台面灵活部署。内置多重故障保护，负载击穿短路可快速闭锁高压，提升实验可靠性。

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、低温等离子体发生；纳秒脉冲细胞/组织生物效应研究；高分子材料表面改性；静电击穿、绝缘材料耐压脉冲老化测试；脉冲喷雾、静电除尘基础实验；激光辅助放电、脉冲功率基础物理实验。

2.2 当前行业痛点

1. 进口10kV纳秒单极性脉冲设备价格昂贵，交付周期长，维修成本高；
2. 分立搭建Marx脉冲回路，体积庞大，边沿一致性差，波形振铃大，参数调节不便；
3. 等离子体、DBD属于强容性负载，简易脉冲源容易波形畸变，负载打火易损坏功率器件；
4. 很多国产脉冲源缺少精细电压、脉宽步进调节，不适合多参数扫描科研实验；
5. 部分设备无内置高压监测，负载击穿短路时不能快速保护，存在设备损坏风险。

3. SHVP-10 P(N)产品介绍

SHVP-10P（正）/SHVP-10N（负）国产紧凑型10kV单极性纳秒高压脉冲电源，面向等离子体、材料、生物脉冲科研。 ✅ 核心特点

• 单极性选型：P型正向10kV，N型负向10kV，0~10kV连续可调，电压步进10V；
• 纳秒方波输出，上升沿＜60ns@50pF容性负载，适配DBD等离子体等容性负载；
• 参数大范围可调：脉宽100ns1ms，重复频率1Hz10kHz，支持Burst脉冲串、单次触发模式；
• 一体化台式整机，内置高压直流源，AC220V直接供电，无需外接高压模块；
• 全固态高速开关拓扑，无火花隙，长时间连续运行稳定性高；
• 内置过压、过流、短路、过热保护；负载击穿瞬间快速切断高压，保护主机；
• 前面板实体键盘+数字显示，参数直观设置；可选RS485程控接口，上位机自动扫描；
• 紧凑轻量化设计，尺寸365×233×150mm，整机约8kg，方便实验室搬运与台面布置。

4. 核心技术架构

1. 全固态储能与高速开关阵列 内置高压DC储能单元，高速半导体开关作为主开关，控制储能电容快速放电输出纳秒脉冲；P/N版本硬件区分输出极性，输出幅值闭环稳压，抑制负载波动带来电压漂移。
2. FPGA时序控制单元 FPGA数字时序，精准控制脉冲开启关断，支持内部自触发与外部TTL触发；Burst模式可设置脉冲串数量、串间间隔，满足批量脉冲实验。
3. 容性负载波形整形网络 集成阻抗匹配与波形整形电路，针对DBD、等离子体这类容性负载做优化，降低电缆反射振荡，减小波形过冲，保障方波平顶质量。
4. 高压采样与快速保护单元 实时采样输出高压、回路电流与模块温度；一旦检测短路、过流、超温，微秒级关断高压输出，同时面板故障告警。
5. 信号隔离接口 外触发信号与高压回路电气隔离，防止高压串入前端信号发生器，保护外部控制仪器。

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。本设备为科研实验设备，不可直接用于人体医疗激励。

6. 典型系统搭建方案

6.1 整套系统组成

1. SHVP-10 P(N) 10kV纳秒高压脉冲电源主机
2. DBD放电腔 / 材料样品台 / 生物样本电极
3. TTL信号发生器（外触发选配）
4. 10kV及以上耐压高压差分探头
5. 高带宽数字示波器
6. 可选：上位机、电流罗氏线圈、气体供气系统（等离子体实验）、安全联锁开关

6.2 连接原理简述

主机接入AC220V，设置输出电压、脉宽、重频；可选择内部自触发或接入外部TTL触发信号。输出高压脉冲接入DBD腔或者样品电极，激励产生等离子体或者在样品上施加纳秒高压；高压探头与罗氏线圈采集电压、电流波形送入示波器观测。设备自带短路保护，放电腔击穿打火时自动闭锁高压。

7. 典型波形特征与实验案例

1. 典型波形特征 纳秒陡前沿方波，波形过冲可控、振铃低；在DBD容性负载下仍可维持稳定平顶；支持单次脉冲或连续脉冲串输出。
2. 典型实验案例

• 介质阻挡放电、低温等离子体发生，用于气体净化、材料表面改性；
• 纳秒脉冲细胞生物效应、离体组织脉冲处理基础研究；
• 高分子薄膜、绝缘材料脉冲耐压老化、击穿特性测试；
• 静电喷雾、脉冲电场基础物理实验；
• 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、频率设置按键；数码管显示输出参数、高压就绪、故障状态指示灯。
2. 信号接口：BNC外部TTL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. 选配通信：RS485串口，上位机软件远程设置脉冲参数、读取状态、自动执行参数扫描实验。

9. 安全规范与使用注意事项

⚠️ 设备最高输出10kV高压，严格遵守高压实验室安全规范。严禁直接接入人体。

1. 设备外壳必须可靠保护接地；
2. 接线、更换放电腔/样品前，关闭高压输出，断电并等待充分放电，确认无残压再操作；
3. 高压输出线缆选用≥10kV耐压高压电缆，保持绝缘完好，实验环境保持干燥；
4. 等离子体放电实验建议加装安全防护挡板，防止紫外辐射与飞溅；
5. 出现短路、过热告警时，立即切断主机电源，排查负载故障，禁止强制开机；
6. 操作人员接受高压安全培训，规范操作。

10. 应用领域

• 高校、科研院所：等离子体物理、脉冲功率、纳秒生物效应、绝缘材料科研；
• 新材料企业：高分子薄膜表面改性、等离子体表面处理工艺研发；
• 生物医学实验室：纳秒脉冲细胞效应、离体组织脉冲预处理研究；
• 检测机构：绝缘材料脉冲击穿、老化性能测试；
• 教学平台：脉冲功率、高电压教学实验设备。

11. 产品选型与定制扩展服务

1. 标准型号选型 SHVP-10P：正极性10kV纳秒脉冲电源； SHVP-10N：负极性10kV纳秒脉冲电源。
2. 非标定制：上升沿优化、提升重复频率上限、RS485上位机程控、多台电源同步触发、定制高压输出接口；
3. 配套服务：出厂波形性能检测、现场调试、实验技术培训、质保维护，协助搭建整套等离子体/脉冲电场实验系统方案。

12. 总结

SHVP-10 P(N) 10kV纳秒高压脉冲电源，是世纪新天推出的紧凑型单极性全固态纳秒脉冲源，P/N正负极性可选，10kV峰值输出，纳秒快前沿方波，专为DBD等离子体、材料改性、纳秒生物效应等科研场景设计。整机一体化集成高压源，参数精细可调，内置完备高压保护，体积小巧便携。 国产化替代进口单极性纳秒高压脉冲发生器，降低科研设备采购成本与供货周期，为低温等离子体、脉冲电场、材料脉冲老化等方向提供稳定可靠的10kV纳秒脉冲实验平台。

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