基于有限元分析（LTD）的单极脉冲发生器，采用主动共振磁复位技术，用于精密微流控电穿孔实验

《IEEE Transactions on Industrial Electronics》：An LTD-Based Unipolar Pulse Generator With Active Resonant Magnetic Reset for Precision Microfluidic Electroporation

　　

摘要：

由于对需要单极脉冲的高通量微流控电穿孔技术的需求，基于LTD（Linear Transformer Device）的单极脉冲发生器（UPG）成为了一种有前景的架构。然而，重复的单极激励会导致变压器铁芯中磁通量的累积，这最终可能引起磁饱和和波形退化。为了解决这个问题，本文提出了一种针对基于LTD的UPG的主动共振磁重置（ARMR）策略。通过引入一个辅助的共振支路并配合协调的开关控制，该策略能够主动提取并重新利用磁化能量来生成可控的反向电流，从而实现确定的磁重置。这样，无需专门的外部偏置电路即可实现可靠的磁通量重置，同时减少了与重置相关的功率损耗和实现开销。通过对工作周期进行五种不同模式的分析，为参数设计和时序优化提供了依据。实验验证表明，所提出的策略有效抑制了磁通量的累积，保持了稳定的漏感电流峰值（56.7 A），并且输出电压下降幅度约为1%。此外，与传统方法相比，与重置相关的功率损耗减少了30.5%，表明在重复操作过程中热应力更低。这些结果表明，ARMR策略在重置可靠性、损耗性能和实现紧凑性之间提供了良好的平衡，使其成为微流控电穿孔应用中基于LTD的UPG的一个有前景的解决方案。