[實(shí)用新型]一種高壓大功率重復(fù)脈沖功率電源

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201120470875.X
• 申請(qǐng)日: 2011-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN202455288U
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許赟;向穎萌;楊瑞;丁同海;丁洪發(fā);李亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M9/00
• 分類號(hào): H02M9/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于脈沖功率技術(shù)，具體涉及脈沖功率技術(shù)中適用于感性負(fù)載的高壓大功率重復(fù)脈沖功率系統(tǒng)的電源，特別涉及重復(fù)脈沖功率系統(tǒng)的電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。?

背景技術(shù)

重復(fù)脈沖功率技術(shù)在科學(xué)研究和國(guó)防軍工中都有著重要應(yīng)用，是脈沖功率技術(shù)發(fā)展的重要方向。產(chǎn)生重復(fù)脈沖功率需要配套的高壓大功率重復(fù)脈沖功率電源，而且該電源的重復(fù)頻率、容量、脈寬和可靠性等方面都需要達(dá)到一定的要求。?

重復(fù)脈沖功率電源的負(fù)載主要分為阻性負(fù)載、容性負(fù)載和感性負(fù)載三類。其中感性負(fù)載型重復(fù)脈沖功率技術(shù)的負(fù)載電流大、時(shí)間常數(shù)大，可用于產(chǎn)生脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)等領(lǐng)域。本實(shí)用新型主要針對(duì)感性負(fù)載型重復(fù)脈沖功率電源。?

目前用于感性負(fù)載的重復(fù)脈沖功率電源多數(shù)采用電容儲(chǔ)能。文獻(xiàn)“30T?Repeating?Pulsed?Field?System?for?Neutron?Diffraction”(IEEE?Transactions?on?Applied?Superconductivity，2000,10(1):534-537)中提出的電路拓?fù)浞桨笧槟壳笆褂玫闹髁鞣桨浮Ｆ鋵?shí)施方案大致為：首先通過(guò)充電電源對(duì)電容充電到額定電壓，然后通過(guò)晶閘管使電容對(duì)感性負(fù)載（磁體）放電，為了實(shí)現(xiàn)和提高重復(fù)頻率，在續(xù)流回路中串聯(lián)一個(gè)大續(xù)流電感，磁體完成一個(gè)脈沖放電后其剩余的磁場(chǎng)能量會(huì)轉(zhuǎn)移到大續(xù)流電感中，該大電感繼而又與儲(chǔ)能電容發(fā)生震蕩，從而最終使磁體中剩余的磁場(chǎng)能量回饋到儲(chǔ)能電容中。?

此方法主要有以下兩個(gè)不足：儲(chǔ)能電容要與大電感發(fā)生震蕩，使電容上的反向電壓接近正向電壓，而在高壓大功率脈沖功率電路中常用的單極?性脈沖儲(chǔ)能電容不宜承受過(guò)高的反壓，過(guò)高的反壓對(duì)其壽命、能量密度和安全性等都提出了苛刻的要求，雙極性儲(chǔ)能電容的成本比一般的單極性脈沖儲(chǔ)能電容高許多，由于電源整體造價(jià)主要取決于電容，這樣就提高了整個(gè)電源系統(tǒng)的成本；并且，電容放電時(shí)高頻諧振充電電源必須斷開(kāi)以避免其高頻整流橋流過(guò)大電流，限制了重復(fù)頻率的提高。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有電感負(fù)載型重復(fù)脈沖功率技術(shù)中單極性儲(chǔ)能電容反壓高、壽命低，系統(tǒng)重復(fù)頻率受限的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種新型高壓大功率重復(fù)脈沖功率電源。?

本實(shí)用新型提供的一種高壓大功率重復(fù)脈沖功率電源，其特征在于，該電源至少包括充電電源、儲(chǔ)能電容組、殘壓處理支路和能量回饋支路；?

其中，儲(chǔ)能電容組包括串聯(lián)連接的主電容C1和副電容C2，兩者的電容值相同，極性方向相反；能量回饋支路與儲(chǔ)能電容組并聯(lián)連接，并且只允許流經(jīng)該支路的電流流向副電容C2的負(fù)極；殘壓處理支路并聯(lián)在副電容C2的兩端，或以諧振的方式將副電容C2兩端的電壓反向，或通過(guò)電阻泄能完全消除副電容C2上的殘壓；充電電源并聯(lián)在主電容C1兩端，充電電源只對(duì)主電容C1正向充電。?

作為上述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述殘壓處理支路包括串聯(lián)連接的機(jī)械開(kāi)關(guān)與電阻，機(jī)械開(kāi)關(guān)的一端與副電容C2的正極連接，機(jī)械開(kāi)關(guān)的另一端與電阻的一端相連，電阻的另外一端與副電容C2的負(fù)極相連。?

作為上述技術(shù)方案的另一種改進(jìn)，能量回饋支路包括依次串聯(lián)連接的晶閘管Q2和電感L1，晶閘管Q2的陰極接副電容C2的負(fù)極，晶閘管Q2正極接電感L1的一端，電感L1另一端與主電容C1的負(fù)極連接。?

作為上述技術(shù)方案的再一種改進(jìn)，能量回饋支路包括依次串聯(lián)連接的二極管和電感L1，二極管的陰極接副電容C2的負(fù)極，二極管正極接電感L1的一端，電感L1另一端與主電容C1的負(fù)極連接。?

本技術(shù)方案主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：（1）采用雙電容串聯(lián)儲(chǔ)能放電的形式，可以使整個(gè)工作過(guò)程中主電容上無(wú)反壓，副電容上無(wú)反壓或只承受10%以下的反壓，從而提高了單極性電容的可靠性和工作壽命，降低整個(gè)電源系統(tǒng)的造價(jià)；（2）通過(guò)采用能量回饋支路和殘壓處理支路，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載儲(chǔ)能的回收，回收率可達(dá)負(fù)載電流最大時(shí)負(fù)載儲(chǔ)能的90%以上，減少了下一個(gè)工作周期所需要的充電能量；（3）由于采用雙電容串聯(lián)工作模式，可以采用高頻諧振充電電源，有利于提高系統(tǒng)的重復(fù)頻率。總之，本實(shí)用新型是一種新型的基于雙電容放電、諧振方式能量回饋、儲(chǔ)能電容殘壓處理的緊湊型重復(fù)脈沖功率電源。?

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的技術(shù)原理框圖。?

圖2是基于晶閘管回饋能量和電阻處理殘壓的電路原理圖。?

圖3是基于二極管回饋能量和電感處理殘壓的電路原理圖。?

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采取的方案如下：?