一種高壓電容器充電電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓電容器充電電源。包括低壓整流電路、橋式逆變電路、諧振電路、升壓變壓器和高壓整流電路；低壓整流電路用于將交流電進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出直流電壓，橋式逆變電路和諧振電路用于將直流電壓進(jìn)行諧振變換，輸出雙極性電壓脈沖，升壓變壓器和高壓整流電路用于將雙極性電壓脈沖變換成單極性電壓脈沖，對(duì)高壓電容器充電；橋式逆變電路由RSD開關(guān)單元構(gòu)成，RSD開關(guān)單元包括由一個(gè)或多個(gè)RSD器件串聯(lián)和/或并聯(lián)組成的RSD堆體、反向截止二極管、反向保護(hù)二極管、第一可飽和磁開關(guān)和RSD預(yù)充電路。本發(fā)明能有效提高高壓電容器的充電功率，縮短充電時(shí)間，且體積小，成本低。
【專利說明】一種高壓電容器充電電源

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于儲(chǔ)能元件充電【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種基于RSD器件的高壓電容器高頻恒流充電電源。

【背景技術(shù)】
[0002]聞壓脈沖放電設(shè)備在環(huán)保、電力、制造、車事、聞能物理及聞能激光等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如,環(huán)保工業(yè)中，用于靜電除塵、污水處理和廢物處理；電力系統(tǒng)中，用于高壓電氣設(shè)備的極限過流容量測(cè)試設(shè)備中；工業(yè)制造中，用于電磁感應(yīng)加工等。上述應(yīng)用領(lǐng)域的高壓脈沖放電設(shè)備的能量存儲(chǔ)元件大多采用高壓電容器，而高壓電容器的充電電源是高壓脈沖放電設(shè)備的重要組件之一。
[0003]常見的電容充電電源的充電方式包括RC工頻(恒壓)充電、工頻L-C諧振恒流充電及諧振充電等三類，其中諧振充電方式又可分為串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振及其它類型。RC工頻(恒壓)充電高壓方式輸出的充電電壓恒定，充電前期的電流很大，需要串聯(lián)限流電阻，導(dǎo)致充電效率很低，充電后期，電源輸出電壓與電容器電壓的差值較小，限流電阻將充電電流限制在較小的范圍，充電時(shí)間很長(zhǎng)。工頻L-C諧振恒流充電方式利用L-C諧振回路產(chǎn)生諧振，產(chǎn)生一個(gè)恒定的儲(chǔ)能電容充電電流，高壓電容器的上升電壓近似線性，充電回路沒有限流電阻，充電效率較高。但工頻充電方式的充電頻率較低，因此主要缺點(diǎn)是體積龐大、設(shè)備笨重、自動(dòng)化程度低。
[0004]諧振充電方式的絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate BipolarTransistor, IGBT)器件采用零電流關(guān)斷方式,可以實(shí)現(xiàn)高頻恒流充電,能夠明顯降低器件的關(guān)斷損耗，減少器件溫升，提高器件工作頻率和電路工作效率，分布電容和變壓器漏感等有害雜散參數(shù)作為諧振電路的一部分被利用起來，有利于減小變壓器體積和重量，從而滿足充電電源的高工作頻率、高功率、高效率、小型化等要求，是中小容量高壓電容器的理想充電電源之一。但是，在給大容量高壓電容器充電時(shí)，IGBT器件結(jié)構(gòu)導(dǎo)致IGBT器件的電流容量遠(yuǎn)小于同價(jià)格的晶閘管，高壓電容器的充電電流較小。要滿足充電功率大、充電時(shí)間短等要求，必須采用昂貴的進(jìn)口大容量IGBT器件，設(shè)備成本很高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種高壓電容器充電電源，用RSD器件替換IGBT器件作為低壓諧振電路的開關(guān)器件，能有效提高高壓電容器的充電功率，縮短充電時(shí)間，且體積小，成本低。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高壓電容器充電電源，其特征在于，包括低壓整流電路、橋式逆變電路、諧振電路、升壓變壓器和高壓整流電路；所述低壓整流電路用于將交流電進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出直流電壓；所述橋式逆變電路和所述諧振電路用于將直流電壓進(jìn)行諧振變換，輸出雙極性電壓脈沖，所述升壓變壓器和所述高壓整流電路用于將雙極性電壓脈沖變換成單極性電壓脈沖，對(duì)高壓電容器充電；所述橋式逆變電路由RSD開關(guān)單元構(gòu)成，所述RSD開關(guān)單元包括由一個(gè)或多個(gè)RSD器件串聯(lián)和/或并聯(lián)組成的RSD堆體、反向截止二極管、反向保護(hù)二極管、第一可飽和磁開關(guān)和RSD預(yù)充電路；RSD堆體與RSD預(yù)充電路并聯(lián)后與第一可飽和磁開關(guān)串聯(lián)，形成的子電路與反向保護(hù)二極管并聯(lián)后再與反向截止二極管串聯(lián)；反向保護(hù)二極管的陰極與第一可飽和磁開關(guān)連接，反向保護(hù)二極管的陽極與RSD堆體的陰極和反向截止二極管的陽極連接；所述RSD預(yù)充電路用于提供預(yù)充電流使RSD堆體導(dǎo)通。
[0007]優(yōu)選地，所述RSD預(yù)充電路包括預(yù)充開關(guān)、第二可飽和磁開關(guān)和預(yù)充電容；第二可飽和磁開關(guān)和預(yù)充開關(guān)串聯(lián)后與預(yù)充電容并聯(lián)，第二可飽和磁開關(guān)連接RSD堆體的陽極和預(yù)充電容的一端，預(yù)充開關(guān)的陽極連接第二可飽和磁開關(guān)，預(yù)充開關(guān)的陰極連接RSD堆體的陰極和預(yù)充電容的另一端。
[0008]優(yōu)選地，所述RSD開關(guān)單元中，第一可飽和磁開關(guān)和反向保護(hù)二極管的公共端作為RSD開關(guān)單元的輸入端，反向截止二極管的陰極作為RSD開關(guān)單元的輸出端；所述橋式逆變電路為全橋逆變電路，包括四個(gè)所述RSD開關(guān)單元，分別為第一、第二、第三和第四RSD開關(guān)單元，其中，第一和第三RSD開關(guān)單元處于同一橋臂，第二和第四RSD開關(guān)單元處于同一橋臂；第一 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第三RSD開關(guān)單元的輸入端，第一 RSD開關(guān)單元的輸入端和第三RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極；第二RSD開關(guān)單元的輸出端連接第四RSD開關(guān)單元的輸入端，第二 RSD開關(guān)單元的輸入端和第四RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極。
[0009]優(yōu)選地，所述RSD開關(guān)單元中，第一可飽和磁開關(guān)和反向保護(hù)二極管的公共端作為RSD開關(guān)單元的輸入端，反向截止二極管的陰極作為RSD開關(guān)單元的輸出端；所述橋式逆變電路為半橋逆變電路，包括兩個(gè)所述RSD開關(guān)單元，分別為第一和第三RSD開關(guān)單元；第一 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第三RSD開關(guān)單元的輸入端，第一 RSD開關(guān)單元的輸入端和第三RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極。
[0010]優(yōu)選地，所述充電電源還包括電流檢測(cè)電路、觸發(fā)電路和控制器；所述電流檢測(cè)電路設(shè)置在所述橋式逆變電路到所述升壓變壓器原邊的諧振回路上，連接所述控制器，所述觸發(fā)電路連接所述橋式逆變電路；所述控制器用于輸出啟動(dòng)信號(hào)至所述觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路用于在啟動(dòng)信號(hào)的作用下輸出觸發(fā)信號(hào)至所述橋式逆變電路，使所述橋式逆變電路中對(duì)應(yīng)的RSD開關(guān)單元導(dǎo)通；所述電流檢測(cè)電路用于測(cè)量所述橋式逆變電路中的諧振電流，所述控制器用于根據(jù)所述電流檢測(cè)電路的測(cè)量結(jié)果判斷所述全橋逆變電路是否發(fā)生故障，是則取消所述觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)，使所述全橋逆變電路停止工作。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述充電電源還包括高壓檢測(cè)電路，所述高壓檢測(cè)電路設(shè)置在所述高壓整流電路的輸出端，連接所述控制器，所述高壓檢測(cè)電路用于測(cè)量高壓電容器的充電電壓，所述控制器用于根據(jù)所述高壓檢測(cè)電路的測(cè)量結(jié)果判斷高壓電容器的充電電壓是否到達(dá)預(yù)設(shè)值，是則停止輸出啟動(dòng)信號(hào)，充電結(jié)束。
[0012]優(yōu)選地，所述橋式逆變電路為一個(gè)或多個(gè)。
[0013]優(yōu)選地，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路和所述諧振電路組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
[0014]優(yōu)選地，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路、所述諧振電路和所述升壓變壓器組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
[0015]優(yōu)選地，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路、所述諧振電路、所述升壓變壓器和所述高壓整流電路組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
[0016]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用諧振充電方式，用RSD器件替換IGBT器件作為低壓諧振電路的開關(guān)器件，由于RSD器件能實(shí)現(xiàn)全面積同步均勻?qū)ê透吖β饰⒚霌Q流(輸出的電流脈沖脈寬最小可達(dá)Iy S、峰值可達(dá)幾千安)，多個(gè)RSD器件串并聯(lián)組成RSD堆體使用時(shí)，能利用同一個(gè)預(yù)充電路實(shí)現(xiàn)同步開通，RSD器件可以大幅度的增加諧振電路單次諧振輸出的功率，并減小單次諧振輸出的電流脈寬，從而明顯減小升壓變壓器的體積。與晶閘管、IGBT器件等三端器件相比，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了器件利用率，且RSD器件的吸收保護(hù)電路比IGBT簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，此外，RSD器件的成本與晶閘管相近，遠(yuǎn)低于相同功率容量的IGBT器件，因此，本發(fā)明的高壓電容器充電電源可同時(shí)滿足低成本、高功率、快速充電、體積小等要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是RSD器件的結(jié)構(gòu)及典型電路；
[0018]圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高壓充電電源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是RSD開關(guān)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的高壓充電電源的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1-低壓整流電路，2-全橋逆變電路，4-諧振電路，5-升壓變壓器，6-高壓整流電路，7-高壓檢測(cè)電路，8-高壓電容器，9-半橋逆變電路，11-電流檢測(cè)電路，21-RSD預(yù)充電路。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]20世紀(jì)80年代，前蘇聯(lián)國(guó)家院士 1.V.Grekhov等人提出了一種借助可控等離子層開通的開關(guān)工作新原理，在此基礎(chǔ)上發(fā)明了反向開關(guān)晶體管(Reversely SwitchedDynistor, RSD)器件。RSD器件是一種由數(shù)萬個(gè)晶閘管與晶體管元胞相間并聯(lián)排列的器件，沒有普通晶閘管的控制極，采用可控等離子體層觸發(fā)方式，反向注入觸發(fā)電流，在整個(gè)芯片面積上實(shí)現(xiàn)了同步均勻?qū)?，可以?shí)現(xiàn)高di/dt微秒開通，同時(shí)在微秒時(shí)間內(nèi)通過很大的電流。
[0024]RSD器件的結(jié)構(gòu)及典型電路如圖1所示。Ctl和C1分別為主放電電容和反向預(yù)充電容，L為可飽和磁開關(guān)，Zload為負(fù)載，Kc為預(yù)充開關(guān)。在RSD器件預(yù)充過程中，必須將預(yù)充回路和主回路進(jìn)行隔離，這一要求常借助于帶飽和鐵心的電抗器即可飽和磁開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。預(yù)充過程一般持續(xù)I?2 μ S，即要求可飽和磁開關(guān)的飽和時(shí)間為I?2 μ s。RSD器件是一種由數(shù)萬個(gè)非對(duì)稱晶閘管單元與晶體管單元相間排列的多元胞結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體開關(guān)器件，單元的尺寸小于器件長(zhǎng)η基區(qū)厚度。各單元共有的集電結(jié)阻斷外加正向電壓，還有共有的η+ρ發(fā)射結(jié)，這個(gè)結(jié)由陰極高摻雜的η+層(>1020cm_3)與次高摻雜(約1018cm_3)的P層構(gòu)成。預(yù)充時(shí)，RSD器件可等效為準(zhǔn)二極管，其通流面積占整個(gè)RSD器件的芯片面積的很小一部分，因此主回路應(yīng)設(shè)計(jì)為接近臨界阻尼的過阻尼RLC電路，在得到最大脈沖電流峰值的同時(shí)，避免反向電流過大損壞RSD器件；或在主回路中串聯(lián)二極管，阻斷反向脈沖電流，保護(hù)RSD器件；或放電電容反并聯(lián)續(xù)流二極管，RSD器件正向?qū)ê螅怀惺芊聪螂娏?。正向換流時(shí)，RSD器件近似為PIN 二極管。
[0025]本發(fā)明采用諧振充電方式，用RSD器件替換IGBT器件作為低壓諧振電路的開關(guān)器件。如圖2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的高壓電容器充電電源包括低壓整流電路1、全橋逆變電路2、諧振電路4、升壓變壓器5、高壓整流電路6、高壓檢測(cè)電路7、電流檢測(cè)電路11、觸發(fā)電路和控制器。
[0026]交流電經(jīng)低壓整流電路I實(shí)現(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出直流電壓，經(jīng)全橋逆變電路2和諧振電路4進(jìn)行諧振變換，輸出雙極性電壓脈沖，再由升壓變壓器5和高壓整流電路6變換輸出單極性電壓脈沖，對(duì)高壓電容器8充電。
[0027]低壓整流電路I可以是三相全橋整流電路或單相整流電路，本例中，采用三相全橋整流電路方案，低壓整流電路I包括電容器和六只開關(guān)管，這六只開關(guān)管兩兩串聯(lián)后再分別與電容器并聯(lián)，三相交流電源的三相接線端分別接入這三組兩兩串聯(lián)的開關(guān)管之間。這六只開關(guān)管可以是二極管、晶閘管、IGBT器件或其它功率器件。
[0028]全橋逆變電路2包括第一、第二、第三和第四RSD開關(guān)單元，其中，第一和第三RSD開關(guān)單元處于同一橋臂，第二和第四RSD開關(guān)單元處于同一橋臂，兩橋臂兩端連接低壓整流電路I的輸出端。諧振電路4的諧振方式可以是串聯(lián)諧振、并聯(lián)諧振、串并聯(lián)諧振或其它類型，本例中，采用串聯(lián)諧振方式，諧振電路4由諧振電感和諧振電容串聯(lián)而成，第一和第三RSD開關(guān)單元的公共端依次連接諧振電感、諧振電容和升壓變壓器5的原邊的第一端，第二和第四RSD開關(guān)單元的公共端連接升壓變壓器5的原邊的第二端。高壓整流電路6是由四個(gè)高壓整流二極管堆體組成的全橋整流電路，升壓變壓器5的副邊連接高壓整流電路6的輸入端，高壓整流電路6的輸出端連接高壓電容器8。
[0029]RSD開關(guān)單元的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括由一個(gè)或多個(gè)RSD器件串聯(lián)和/或并聯(lián)組成的RSD堆體、反向截止二極管D1、反向保護(hù)二極管D2、第一可飽和磁開關(guān)L1及RSD預(yù)充電路21。RSD堆體與RSD預(yù)充電路21并聯(lián)后與第一可飽和磁開關(guān)L1串聯(lián)，形成的子電路與反向保護(hù)二極管D2并聯(lián)后再與反向截止二極管D1串聯(lián)。反向保護(hù)二極管D2的陰極與第一可飽和磁開關(guān)L1連接，反向保護(hù)二極管D2的陽極與RSD堆體的陰極和反向截止二極管D1的陽極連接。第一可飽和磁開關(guān)L1和反向保護(hù)二極管D2的公共端作為RSD開關(guān)單元的輸入端，反向截止二極管D1的陰極作為RSD開關(guān)單元的輸出端。
[0030]第一 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第三RSD開關(guān)單元的輸入端，第一 RSD開關(guān)單元的輸入端和第三RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接低壓整流電路I的輸出正極和輸出負(fù)極；第二 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第四RSD開關(guān)單元的輸入端，第二 RSD開關(guān)單元的輸入端和第四RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接低壓整流電路I的輸出正極和輸出負(fù)極。
[0031]RSD器件的預(yù)充方式主要有直接式、諧振式及變壓器升壓預(yù)充等三種方式。直接式預(yù)充的缺點(diǎn)是電路需要額外設(shè)置預(yù)充電容的充電電路，預(yù)充回路開關(guān)在初始階段需要阻斷主電容和預(yù)充電容充電電壓之和的高壓。諧振預(yù)充方式的預(yù)充電容與主電容共用一個(gè)供電裝置，它們被充至相同的工作電壓，預(yù)充回路開關(guān)的承受電壓為電路工作電壓，與直接預(yù)充方式相比，降低了預(yù)充回路開關(guān)耐壓要求。變壓器升壓預(yù)充方式主要用于高壓脈沖電路。本發(fā)明根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，可采用這三種預(yù)充方式的一種或多種方式的組合。本實(shí)例中選擇了諧振式預(yù)充方式。
[0032]RSD預(yù)充電路21包括預(yù)充開關(guān)K1、第二可飽和磁開關(guān)L11和預(yù)充電容C。。第二可飽和磁開關(guān)L11和預(yù)充開關(guān)K1串聯(lián)后與預(yù)充電容C。并聯(lián)，第二可飽和磁開關(guān)L11連接RSD堆體的陽極和預(yù)充電容C。的一端，預(yù)充開關(guān)Kl的陽極連接第二可飽和磁開關(guān)L11,預(yù)充開關(guān)Kl的陰極連接RSD堆體的陰極和預(yù)充電容C。的另一端。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，預(yù)充開關(guān)K1可采用晶閘管、IGBT器件或其他功率開關(guān)。
[0033]高壓整流電路6的輸出端連接高壓檢測(cè)電路7，第二和第四RSD開關(guān)單元的公共端到升壓變壓器5的原邊的第二端的回路上設(shè)有電流檢測(cè)電路11，高壓檢測(cè)電路7和電流檢測(cè)電路11的輸出端連接控制器，控制器連接觸發(fā)電路，觸發(fā)電路連接全橋逆變電路2。
[0034]高壓檢測(cè)電路7的主要方案是分壓器與數(shù)字采集系統(tǒng)為主要組件的測(cè)量系統(tǒng)、分壓器與數(shù)字存儲(chǔ)示波器為主要組件的測(cè)量系統(tǒng)、微積分環(huán)節(jié)與數(shù)字存儲(chǔ)示波器為主要組件的測(cè)量系統(tǒng)及光電測(cè)量系統(tǒng)等。為便于與控制器通信，本實(shí)例采用分壓器與數(shù)字采集系統(tǒng)為主要組件的測(cè)量系統(tǒng)。分壓器可分為電阻分壓器、電容分壓器和阻容串聯(lián)分壓器。電阻分壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性較好。但為追求高響應(yīng)性能，它的阻值不能太高，一般不能大于1kQ。電容分壓器消耗的能量很少，發(fā)熱量非常小，對(duì)測(cè)量波前和半峰值時(shí)間較長(zhǎng)的脈沖波，比電阻分壓器較為有利。由于存在回路雜散振蕩問題，對(duì)測(cè)量陡波脈沖而言，其額定電壓也不能太高。為了阻尼電容分壓器回路的振蕩，發(fā)展了阻容串聯(lián)分壓器，其性能與補(bǔ)償度和阻尼度有關(guān)。本實(shí)例采用阻容串聯(lián)分壓器測(cè)量高電壓。
[0035]電流檢測(cè)電路11的實(shí)現(xiàn)方法主要分為兩大類。第一類為直接法，即根據(jù)被測(cè)電流在已知電阻上的電壓降來確定被測(cè)電流的大小，如電阻分流器，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確可靠，但是只適宜測(cè)量14A以下的電流；另一類是間接法，它是以被測(cè)電流所建立的磁場(chǎng)為工作基礎(chǔ)，其特點(diǎn)是將電流的測(cè)量問題轉(zhuǎn)變?yōu)榇艌?chǎng)的測(cè)量問題，通過其他手段測(cè)量其磁通密度、磁通或磁勢(shì)等方法來間接完成大電流的測(cè)量任務(wù)。本實(shí)例采用Rogowski線圈為電流檢測(cè)電路11的核心測(cè)量元件。
[0036]控制器的控制芯片據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，可采用單片機(jī)、DSP、ARM、FPGA或其他類型的控制芯片。本實(shí)例采用C51單片機(jī)芯片作為控制器的核心元件。
[0037]上述電路的工作原理如下:
[0038]控制器輸出全橋逆變電路2的啟動(dòng)信號(hào)至觸發(fā)電路,觸發(fā)電路輸出兩路觸發(fā)信號(hào)，分別觸發(fā)全橋逆變電路2的第一和第四RSD開關(guān)單元使其導(dǎo)通，而第二和第三RSD開關(guān)單元截止，第二和第三RSD開關(guān)單元的預(yù)充電容C。被充電至低壓整流電路I的輸出直流電壓。第四RSD開關(guān)單元的導(dǎo)通過程與第一 RSD開關(guān)單元完全相同，下面以第一 RSD開關(guān)單元為例說明RSD開關(guān)單元的導(dǎo)通過程。觸發(fā)電路輸出觸發(fā)信號(hào)使第一 RSD開關(guān)單元的預(yù)充開關(guān)K1導(dǎo)通，預(yù)充電容C。通過預(yù)充開關(guān)K1放電，預(yù)充電流流過RSD堆體，RSD堆體導(dǎo)通，第一可飽和磁開關(guān)L1飽和后，第一 RSD開關(guān)單元正向?qū)?。低壓整流電路I通過第一和第四RSD開關(guān)單元以及諧振電感給諧振電容充電，形成諧振電流。諧振電流通過升壓變壓器5和高壓整流電路6，形成高壓電容器8的充電電流。
[0039]諧振電容充電結(jié)束時(shí)，由于諧振電感的影響，諧振電容的電壓高于低壓整流電路I的輸出電壓，此時(shí)反向截止二極管01承受反向電壓截止并切斷諧振電流，使第一和第四RSD開關(guān)單元關(guān)斷，反向截止二極管D1的反向關(guān)斷電流絕大部分通過反向保護(hù)二極管D2，避免了反向關(guān)斷電流過大導(dǎo)致RSD器件的反向過流損壞。待第一和第四RSD開關(guān)單元完全關(guān)斷后，觸發(fā)電路取消第一和第四RSD開關(guān)單元的觸發(fā)信號(hào)，并輸出兩路觸發(fā)信號(hào)給第二和第三RSD開關(guān)單元使其導(dǎo)通，給高壓電容器8充電。第一和第四RSD開關(guān)單元的預(yù)充電容C。被充電至低壓整流電路I的輸出直流電壓。第一和第四RSD開關(guān)單元與第二和第三RSD開關(guān)單元交替導(dǎo)通和截止，從而實(shí)現(xiàn)高壓電容器8的充電。
[0040]電流檢測(cè)電路11測(cè)量全橋逆變電路2的諧振電流幅值，并將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過光耦輸出至控制器。全橋逆變電路2發(fā)生過流或短路故障時(shí)，電流檢測(cè)電路11的電流采樣信號(hào)通過光耦輸出至控制器中相應(yīng)的保護(hù)電路，取消觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)，使全橋逆變電路2停止工作，從而起到保護(hù)全橋逆變電路2的作用。
[0041 ] 高壓檢測(cè)電路7測(cè)量高壓電容器8的充電電壓，輸出一個(gè)低電壓，通過光纖或其他通信線纜輸出至控制器，當(dāng)測(cè)量電壓與控制器預(yù)先設(shè)置的高壓電容器8所需的充電電壓相同時(shí)，控制器停止輸出啟動(dòng)信號(hào)，充電結(jié)束。
[0042]全橋逆變電路2的開關(guān)頻率的調(diào)整原理和方法是:定寬調(diào)頻，全橋逆變電路2的工作頻率小于諧振電路的固有頻率的1/2，并采用較小的諧振電流脈沖寬度。
[0043]本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的高壓充電電源如圖4所示，低壓整流電路I包括第一電容器、第二電容器和六只開關(guān)管，這六只開關(guān)管兩兩串聯(lián)后再分別與串聯(lián)后的第一電容器和第二電容器并聯(lián)。半橋逆變電路9包括第一和第三RSD開關(guān)單元，第一和第三RSD開關(guān)單元串聯(lián)后連接低壓整流電路I的輸出端。第一和第二電容器的公共端依次連接諧振電感、諧振電容和升壓變壓器5的原邊的第一端，第一和第三RSD開關(guān)單元的公共端連接升壓變壓器5的原邊的第二端。
[0044]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，全橋逆變電路或半橋逆變電路為多個(gè)，多個(gè)全橋逆變電路或多個(gè)半橋逆變電路和諧振電路對(duì)低壓整流電路輸出的直流電壓進(jìn)行諧振變換，輸出雙極性電壓脈沖，經(jīng)升壓變壓器升壓后，由高壓整流電路輸出單極性電壓脈沖，對(duì)高壓電容器充電。
[0045]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，低壓整流電路，全橋逆變電路或半橋逆變電路，以及諧振電路組成一個(gè)充電單元，上述充電單元為多個(gè)，多個(gè)充電單元通過升壓變壓器和高壓整流電路向高壓電容器充電。
[0046]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，低壓整流電路，全橋逆變電路或半橋逆變電路，諧振電路，以及升壓變壓器組成一個(gè)充電單元，上述充電單元為多個(gè)，多個(gè)充電單元通過高壓整流電路向高壓電容器充電。
[0047]在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，低壓整流電路，全橋逆變電路或半橋逆變電路，諧振電路，升壓變壓器，以及高壓整流電路組成一個(gè)充電單元，上述充電單元為多個(gè)，多個(gè)充電單元給高壓電容器充電。
[0048]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓電容器充電電源，其特征在于，包括低壓整流電路、橋式逆變電路、諧振電路、升壓變壓器和高壓整流電路； 所述低壓整流電路用于將交流電進(jìn)行AC/DC轉(zhuǎn)換，輸出直流電壓；所述橋式逆變電路和所述諧振電路用于將直流電壓進(jìn)行諧振變換，輸出雙極性電壓脈沖，所述升壓變壓器和所述高壓整流電路用于將雙極性電壓脈沖變換成單極性電壓脈沖，對(duì)高壓電容器充電； 所述橋式逆變電路由RSD開關(guān)單元構(gòu)成，所述RSD開關(guān)單元包括由一個(gè)或多個(gè)RSD器件串聯(lián)和/或并聯(lián)組成的RSD堆體、反向截止二極管、反向保護(hù)二極管、第一可飽和磁開關(guān)和RSD預(yù)充電路；RSD堆體與RSD預(yù)充電路并聯(lián)后與第一可飽和磁開關(guān)串聯(lián)，形成的子電路與反向保護(hù)二極管并聯(lián)后再與反向截止二極管串聯(lián)；反向保護(hù)二極管的陰極與第一可飽和磁開關(guān)連接，反向保護(hù)二極管的陽極與RSD堆體的陰極和反向截止二極管的陽極連接；所述RSD預(yù)充電路用于提供預(yù)充電流使RSD堆體導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述RSD預(yù)充電路包括預(yù)充開關(guān)、第二可飽和磁開關(guān)和預(yù)充電容；第二可飽和磁開關(guān)和預(yù)充開關(guān)串聯(lián)后與預(yù)充電容并聯(lián)，第二可飽和磁開關(guān)連接RSD堆體的陽極和預(yù)充電容的一端，預(yù)充開關(guān)的陽極連接第二可飽和磁開關(guān)，預(yù)充開關(guān)的陰極連接RSD堆體的陰極和預(yù)充電容的另一端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述RSD開關(guān)單元中，第一可飽和磁開關(guān)和反向保護(hù)二極管的公共端作為RSD開關(guān)單元的輸入端，反向截止二極管的陰極作為RSD 開關(guān)單元的輸出端；所述橋式逆變電路為全橋逆變電路，包括四個(gè)所述RSD開關(guān)單元，分別為第一、第二、第三和第四RSD開關(guān)單元，其中，第一和第三RSD開關(guān)單元處于同一橋臂，第二和第四RSD開關(guān)單兀處于同一橋臂；第一 RSD開關(guān)單兀的輸出端連接第三RSD開關(guān)單元的輸入端，第一 RSD開關(guān)單元的輸入端和第三RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極；第二 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第四RSD開關(guān)單元的輸入端，第二 RSD開關(guān)單元的輸入端和第四RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極。
4.如權(quán)利要求1或2所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述RSD開關(guān)單元中，第一可飽和磁開關(guān)和反向保護(hù)二極管的公共端作為RSD開關(guān)單元的輸入端，反向截止二極管的陰極作為RSD開關(guān)單元的輸出端；所述橋式逆變電路為半橋逆變電路，包括兩個(gè)所述RSD開關(guān)單元，分別為第一和第三RSD開關(guān)單元；第一 RSD開關(guān)單元的輸出端連接第三RSD開關(guān)單元的輸入端，第一 RSD開關(guān)單元的輸入端和第三RSD開關(guān)單元的輸出端分別連接所述低壓整流電路的輸出正極和輸出負(fù)極。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述充電電源還包括電流檢測(cè)電路、觸發(fā)電路和控制器； 所述電流檢測(cè)電路設(shè)置在所述橋式逆變電路到所述升壓變壓器原邊的諧振回路上，連接所述控制器，所述觸發(fā)電路連接所述橋式逆變電路； 所述控制器用于輸出啟動(dòng)信號(hào)至所述觸發(fā)電路，所述觸發(fā)電路用于在啟動(dòng)信號(hào)的作用下輸出觸發(fā)信號(hào)至所述橋式逆變電路，使所述橋式逆變電路中對(duì)應(yīng)的RSD開關(guān)單元導(dǎo)通；所述電流檢測(cè)電路用于測(cè)量所述橋式逆變電路中的諧振電流，所述控制器用于根據(jù)所述電流檢測(cè)電路的測(cè)量結(jié)果判斷所述全橋逆變電路是否發(fā)生故障，是則取消所述觸發(fā)電路的觸發(fā)信號(hào)，使所述全橋逆變電路停止工作。
6.如權(quán)利要求5所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述充電電源還包括高壓檢測(cè)電路，所述高壓檢測(cè)電路設(shè)置在所述高壓整流電路的輸出端，連接所述控制器，所述高壓檢測(cè)電路用于測(cè)量高壓電容器的充電電壓，所述控制器用于根據(jù)所述高壓檢測(cè)電路的測(cè)量結(jié)果判斷高壓電容器的充電電壓是否到達(dá)預(yù)設(shè)值，是則停止輸出啟動(dòng)信號(hào)，充電結(jié)束。
7.如權(quán)利要求1所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述橋式逆變電路為一個(gè)或多個(gè)。
8.如權(quán)利要求1所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路和所述諧振電路組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
9.如權(quán)利要求1所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路、所述諧振電路和所述升壓變壓器組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
10.如權(quán)利要求1所述的高壓電容器充電電源，其特征在于，所述低壓整流電路、所述橋式逆變電路、所述諧振電路、所述升壓變壓器和所述高壓整流電路組成一個(gè)充電單元，所述充電單元為一個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號(hào)】H02M7/04GK104079189SQ201410348131
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】彭亞斌 申請(qǐng)人:彭亞斌