一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，包括由N個首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，其輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻R1的一端相連，輸出高壓電阻R1的另一端接輸出端子X1，控制器輸出控制信號分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開關(guān)、充電開關(guān)和補(bǔ)償電源。由于采用了輸出為三角波的補(bǔ)償電源Gn，實現(xiàn)高平坦度脈沖輸出波形時，系統(tǒng)的總儲能大大下降；由于采用了頂降補(bǔ)償方法，保證了輸出脈沖的指標(biāo)；由于采用了數(shù)字化控制器，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可編程性好。
【專利說明】
一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及高壓脈沖電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著雷達(dá)技術(shù)及加速器技術(shù)的發(fā)展，對長脈寬脈沖高壓電源的需求提出了緊迫的要求，尤其是脈寬大于10ys的長脈寬脈沖調(diào)制器，其實現(xiàn)方案、設(shè)計理念、建造成本等，是國內(nèi)外各研究單位的研究重點。
[0003]傳統(tǒng)的技術(shù)方案如圖1所示是利用帶儲能電容C3的高壓電源加固態(tài)開關(guān)S3來實現(xiàn)長脈寬輸出，一般在電壓達(dá)到百kV、電流達(dá)幾十A的應(yīng)用場合，輸出脈沖頂降約1%時，電容C3儲能達(dá)幾十kj以上，如此大的儲能使系統(tǒng)工作的危險性大大提高;或者只有犧牲脈沖頂降(頂降5%以上)，來達(dá)到系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，其輸出波形見圖1中a所示，具有明顯的脈沖頂降。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種在實現(xiàn)高平坦度脈沖輸出波形時，使系統(tǒng)的總儲能大大下降，保證了輸出脈沖的指標(biāo)的高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案:一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，包括由N個首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端接輸出端子XI，輸出端子X2接在充電電源的電源輸出端和脈沖單元電路組的輸入端之間，輸出端子Xl和輸出端子X2之間接后級負(fù)載，控制器輸出控制信號分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開關(guān)、充電開關(guān)和補(bǔ)償電源。
[0006]所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路、第二脈沖單元電路以至第N脈沖單元電路，所述第一脈沖單元電路的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路的輸入端相連，第二脈沖單元電路的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路的輸入端相連，第N脈沖單元電路的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0007]所述第一脈沖單元電路由儲能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開關(guān)Sn、充電開關(guān)S1-2、補(bǔ)償電源Gl和充電二極管Vl組成，所述第二脈沖單元電路由儲能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開關(guān)S2-1、充電開關(guān)S2-2、補(bǔ)償電源G2和充電二極管V2組成，所述第N脈沖單元電路由儲能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開關(guān)Sn、充電開關(guān)Sm、補(bǔ)償電源Gn和充電二極管Vn組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、補(bǔ)償電源Gl的一端相連，補(bǔ)償電源Gl依次與儲能電容Cl、放電開關(guān)Sk串聯(lián)，所述高壓隔離電感LI的另一端分別與高壓隔離電感L2、儲能電容Cl、放電開關(guān)Sh相連，放電開關(guān)Sh的另一端與補(bǔ)償電源G2的一端相連，充電開關(guān)S1^跨接在補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極與放電開關(guān)S1^1上，充電二極管Vl的陽極與補(bǔ)償電源Gl的正極相連，充電二極管Vl的陰極與補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極相連;所述補(bǔ)償電源Gn依次與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sw串聯(lián)，所述高壓隔離電感Ln的一端分別與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sn-^連，充電開關(guān)Sn-2的一端與補(bǔ)償電源Gn的負(fù)極相連，充電開關(guān)Sn-2的另一端與放電開關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0008]由上述技術(shù)方案可知，本實用新型的有益效果為:第一，由于采用了輸出為三角波的補(bǔ)償電源Gn，實現(xiàn)高平坦度脈沖輸出波形時，系統(tǒng)的總儲能大大下降；第二，由于采用了頂降補(bǔ)償方法，保證了輸出脈沖的指標(biāo);第三，由于采用了數(shù)字化控制器，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可編程性好。
【附圖說明】
[0009]圖1為傳統(tǒng)的脈沖電源方案圖；
[0010]圖2為本實用新型的電路原理圖；
[0011 ]圖3是本實用新型頂部補(bǔ)償?shù)墓ぷ鲿r序圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖2所示，一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，包括由N個首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端接輸出端子XI，輸出端子X2接在充電電源的電源輸出端和脈沖單元電路組的輸入端之間，輸出端子Xl和輸出端子X2之間接后級負(fù)載，控制器輸出控制信號分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開關(guān)、充電開關(guān)和補(bǔ)償電源。
[0013]如圖2所示，所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路、第二脈沖單元電路以至第N脈沖單元電路，所述第一脈沖單元電路的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路的輸入端相連，第二脈沖單元電路的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路的輸入端相連，第N脈沖單元電路的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0014]如圖2所示，所述第一脈沖單元電路由儲能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開關(guān)S1-1、充電開*3^2、補(bǔ)償電源Gl和充電二極管Vl組成，所述第二脈沖單元電路由儲能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開關(guān)S^1、充電開關(guān)S2-2、補(bǔ)償電源G2和充電二極管V2組成，所述第N脈沖單元電路由儲能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開關(guān)Sn、充電開關(guān)Sm、補(bǔ)償電源Gn和充電二極管Vn組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、補(bǔ)償電源Gl的一端相連，補(bǔ)償電源Gl依次與儲能電容Cl、放電開關(guān)Sm串聯(lián)，所述高壓隔離電感LI的另一端分別與高壓隔離電感L2、儲能電容Cl、放電開關(guān)Sp1相連，放電開關(guān)Sp1的另一端與補(bǔ)償電源G2的一端相連，充電開關(guān)S1-2跨接在補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極與放電開關(guān)S1-1上，充電二極管Vl的陽極與補(bǔ)償電源Gl的正極相連，充電二極管Vl的陰極與補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極相連;所述補(bǔ)償電源Gn依次與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sn-1串聯(lián)，所述高壓隔離電感Ln的一端分別與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sn-1相連，充電開關(guān)Sn-2的一端與補(bǔ)償電源Gn的負(fù)極相連，充電開關(guān)Sn-2的另一端與放電開關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0015]如圖3所示，在工作時，系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢后，首先，控制器控制脈沖單元電路組中所有的充電開關(guān)均為導(dǎo)通狀態(tài);接著，控制器再控制充電電源，通過各個脈沖單元電路的高壓隔離電感、充電開關(guān)和充電二極管，同時對所有的儲能電容充電；充電到額定值后，控制器再控制所有脈沖單元電路中的充電開關(guān)為關(guān)斷狀態(tài);最后控制器控制各脈沖單元電路中放電開關(guān)的導(dǎo)通時序和補(bǔ)償電源的輸出幅度，形成最后的平頂放電脈沖波形;放電結(jié)束后，控制器控制所有放電開關(guān)都關(guān)斷。
[0016]儲能電容Cn的計算是按公式IX At = CX Δ U，一般設(shè)計在額定輸出電壓電流時的頂降比例為10%?20%，由此與圖1所示的傳統(tǒng)電路相比，儲能電容的儲能會下降1?20倍。補(bǔ)償電源Gn的輸出為三角波，設(shè)計指標(biāo)為脈沖單元電路在額定負(fù)載輸出時，三角波的最大幅度與儲能電容Cn的降落幅度相同。充電電源，通過每個脈沖單元電路的高壓隔離電感Ln、充電開*Sn-2、充電二極管Vn，對儲能電容Cn充電。所述輸出高壓電阻Rl，設(shè)置在所有脈沖單元電路串聯(lián)輸出的最高端，起到限制負(fù)載短路電流、減小脈沖前沿頂沖的作用。
[0017]單獨(dú)開啟各脈沖單元電路的放電開關(guān)時，儲能電容直接對負(fù)載放電，形成帶脈沖頂降的脈沖波形b。此時所述的控制器，輸出N個控制信號，控制N節(jié)脈沖單元電路中補(bǔ)償電源Gn的工作，根據(jù)高壓輸出脈沖波形頂降情況，自動計算需要補(bǔ)償?shù)牡膯卧獋€數(shù)，其輸出三角波見波形c，以補(bǔ)償儲能電容Cn的輸出降落，形成脈沖放電波形d。
[0018]N節(jié)脈沖單元電路首尾相連，與高壓輸出電阻R1、輸出端子X1、X2及后級負(fù)載形成脈沖高壓輸出回路。充電電源連接在低壓端脈沖單元電路的充電輸入端，電源輸出通過高壓隔離電感Ln、儲能電容Cn、充電二極管Vn及充電開關(guān)Sn-2形成充電回路，當(dāng)所有充電開關(guān)同時打開時，充電電源為N節(jié)儲能電容Cn同時充電?？刂破鳈z測總的輸出電壓，根據(jù)輸出脈沖電壓的頂降比例，計算所需要補(bǔ)償?shù)碾妷悍龋俑鶕?jù)單節(jié)補(bǔ)償電源Gn的輸出能力，計算總需要多少節(jié)脈沖單元補(bǔ)償電源Gn的同時開啟。顯然在各脈沖單元電路的額定輸出能力下，所有補(bǔ)償電源Gn都要同時開啟。
[0019]實施例一
[0020]一種高壓脈沖電源，額定輸出電壓100kV，輸出電流100A，脈寬lms。
[0021]設(shè)計有25節(jié)脈沖單元電路，充電電源的輸出電壓為4kV，25節(jié)串聯(lián)的總輸出電壓為100kV。脈沖單元電路內(nèi)的儲能電容Cn按頂降20%設(shè)計，儲能電容Cn值為125yF，即在額定輸出電流100A時，在脈寬Ims之后，儲能電容壓降為800V。補(bǔ)償電源Gn設(shè)計為在輸出電流100A時，三角波脈寬Ims時，電壓的最高點為800V。
[0022]在額定輸出脈沖電壓100kV、脈沖電流100A時，25節(jié)的補(bǔ)償電源Gn與放電開關(guān)Sn需同時全部開啟。在輸出脈沖電壓100kV、脈沖電流80A時，20節(jié)的補(bǔ)償電源Gn與25節(jié)的放電開關(guān)Sn-^同時全部開啟。在輸出脈沖電壓100kV、脈沖電流60A時，15節(jié)的補(bǔ)償電源Gn與25節(jié)的放電開關(guān)Sh需同時全部開啟。以此類推，可以達(dá)到不同輸出電流時的需補(bǔ)償電源個數(shù)。
[0023]再通過調(diào)節(jié)充電電源的輸出電壓值，如從2?4kV之間連續(xù)可調(diào)，配合25節(jié)補(bǔ)償電源Gn的輸出能力調(diào)節(jié)，理論上可以實現(xiàn)任意輸出脈沖電壓電流值
[0024]綜上所述，本實用新型通過設(shè)計充電電源的電壓值、脈沖單元電路的個數(shù)及補(bǔ)償電源Gn的輸出電壓及同時工作的個數(shù)，可實現(xiàn)任意脈沖電壓和電流的功能，同時系統(tǒng)總儲能小、輸出脈沖頂部平坦度優(yōu)、輸出脈寬調(diào)節(jié)范圍大等優(yōu)點，能應(yīng)用與多種負(fù)載匹配場合，實用性較強(qiáng)。
【主權(quán)項】
1.一種高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，其特征在于:包括由N個首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端接輸出端子XI，輸出端子X2接在充電電源的電源輸出端和脈沖單元電路組的輸入端之間，輸出端子Xl和輸出端子X2之間接后級負(fù)載，控制器輸出控制信號分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開關(guān)、充電開關(guān)和補(bǔ)償電源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，其特征在于:所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路(I)、第二脈沖單元電路(2)以至第N脈沖單元電路(3)，所述第一脈沖單元電路(I)的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路(2)的輸入端相連，第二脈沖單元電路(2)的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路(3)的輸入端相連，第N脈沖單元電路(3)的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓脈沖電源的頂降補(bǔ)償電路，其特征在于:所述第一脈沖單元電路(I)由儲能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開關(guān)Sm、充電開*3^2、補(bǔ)償電源Gl和充電二極管Vl組成，所述第二脈沖單元電路(2)由儲能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開關(guān)Sn、充電開關(guān)S2-2、補(bǔ)償電源G2和充電二極管V2組成，所述第N脈沖單元電路(3)由儲能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開關(guān)Sn、充電開關(guān)Sn-2、補(bǔ)償電源Gn和充電二極管Vn組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、補(bǔ)償電源Gl的一端相連，補(bǔ)償電源Gl依次與儲能電容Cl、放電開關(guān)Sm串聯(lián)，所述高壓隔離電感LI的另一端分別與高壓隔離電感L2、儲能電容Cl、放電開關(guān)S1-1相連，放電開關(guān)S1-1的另一端與補(bǔ)償電源G2的一端相連，充電開關(guān)S1-2跨接在補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極與放電開關(guān)Sh上，充電二極管Vl的陽極與補(bǔ)償電源Gl的正極相連，充電二極管Vl的陰極與補(bǔ)償電源Gl的負(fù)極相連;所述補(bǔ)償電源Gn依次與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sn-1串聯(lián)，所述尚壓隔尚電感Ln的一端分別與儲能電容Cn、放電開關(guān)Sn-1相連，充電開關(guān)Sn-2的一端與補(bǔ)償電源Gn的負(fù)極相連，充電開關(guān)Sn-2的另一端與放電開關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
【文檔編號】H03K3/01GK205510003SQ201620125572
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月18日
【發(fā)明人】李運(yùn)海
【申請人】合肥雷科電子科技有限公司