专利名称：一种基于单极性电容的高效脉冲放电电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放电电路，尤其是一种基于单极性电容的高效脉冲放电电路。
技术背景
在负载特性以感性为主的大能量脉冲功率电路的设计中，通常采用电容器进行充 电储能，在储能电容充电至一定电压后可以通过大电流的可控硅(SCR)作为放电开关，对感 性负载进行触发放电，以获得相应的脉冲电流输出。基于该技术方案的脉冲放电电路，在放 电过程结束以后会因为感性负载反向电动势的存在，在储能电容上形成反向电压，而反向 电压的工作条件将影响到某些类型电容器的稳定工作。因此在该场合条件下要求储能电容 具备实现大能量储能、可以进行大电流脉冲放电，又能够承受反向工作电压等三个关键特 性。
在现有的设计过程中，通过以下两种途径解决上述问题第一，采用可以承受反向电压的无极性电容作为储能电容，按照目前的器件发展水平 仅薄膜电容器比较合适。然而薄膜电容器的比能(储能密度)较低，相同储能条件下电容的 体积大很多，薄膜电容器与目前的市场上常见电解电容器相比，相同储能条件下的薄膜电 容器体积约大10倍或者更多。
第二，采用电解电容作为储能电容，由于电解电容是单极性电容，需要用大容量二 极管对反向电压进行箝位。该方法可以使用体积较小的电解电容作为储能电容，然而由于 二极管自身导通压降的存在，在输出脉冲结束时仍有微弱反向电压存在，该微弱反向电压 的存在不利于电解电容长期、可靠地工作。发明内容
本发明的目的在于提供一种采用单极性电容作为储能元件、在放电结束时能够避 免在单极性电容上形成反向电压、节能效果明显的基于单极性电容的高效脉冲放电电路。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种基于单极性电容的高效脉冲 放电电路，包括控制电路，控制电路的信号输入端接收外部触发信号，控制电路的信号输出 端通过驱动电路与脉冲放电回路相连，所述的脉冲放电回路包括电解电容C和电感L，充电 电路对脉冲放电回路充电。
由上述技术方案可知，本发明采用单极性电容——电解电容C作为长期可靠的储 能元件，解决了放电结束时在电解电容C上形成反向电压的问题，提高了电路元件及整体 电路的长期可靠性。同时，该发明所提出的放电电路具有能量回收特性，进行大量推广应用 时节能效果明显。
图1是本发明的电路框图； 图2是本发明的电路原理图；图3是放电阶段I时，回路中的电流波形图； 图4是放电阶段II时，回路中的电流波形图。
具体实施方式
一种基于单极性电容的高效脉冲放电电路，包括控制电路2，控制电路2的信号输 入端接收外部触发信号，控制电路2的信号输出端通过驱动电路3与脉冲放电回路4相连， 所述的脉冲放电回路4包括电解电容C和电感L，充电电路1对脉冲放电回路4充电，如图 1、2所示。
如图1、2所示，所述的脉冲放电回路4由电解电容C、开关管VI、开关管V2、二极管 D1、二极管D2和电感L组成，所述的电解电容C采用一个电解电容或多个并联的电解电容， 所述的开关管V1、V2均采用IGBT晶体管。对于大容量的电容负载，充电电路1采用具有抗 短路特性的恒流充电电路，开关管VI、V2也可以选用功率绝缘栅场效应管M0SFET、开关容 量更大的可关断晶闸管GT0、集成门极换流晶闸管IGCT等全控器件，二极管Dl、D2选用容 量大于电路要求的脉冲输出电流的二极管即可。根据脉冲需求选择额定电压及容量的适合 的电解电容，如果需求容量较大或者输出脉冲电流较高可采用多只电解电容并联工作。
如图1、2所示，所述的电解电容C跨接在充电电路1上，电解电容C的一端与开关 管Vl的集电极相连，开关管Vl的发射极分别与电感L和二极管Dl的阴极相连，电感L的 另一端分别与二极管D2的阳极和开关管V2的集电极相连，所述的驱动电路3的信号输出 端分别与开关管V1、V2的栅极相连，所述的二极管Dl的阳极分别与电解电容C和开关管V2 的发射极相连，开关管Vl的集电极与二极管D2的阴极相连。在放电阶段I，即放电开始时，控制电路2接收到外部的触发信号并发出控制信号至驱 动电路3，并通过驱动电路3驱动开关管VI、V2，使开关管VI、V2同时导通。开关管VI、V2 进入导通状态以后形成电流通路I :电解电容C_>开关管Vl—〉电感L_>开关管V2—〉 电解电容C，该电流通路I构成放电回路进行放电，该阶段回路中电流波形如图3所示。
在放电阶段II，由于控制电路2给出的控制信号宽度等于脉冲放电回路4从零达 到电流峰值的时间，因此，当脉冲放电电流达最大时，控制电路2通过驱动电路3控制开关 管V1、V2同时关断，此时电流通路I因为开关管V1、V2的同时关断而中断。当脉冲放电回 路4输出负载以感性为主时，输出放电脉冲的脉冲宽度主要由电解电容C和电感L共同决 定，脉冲放电回路4可以简化为一个LC 二阶放电回路。此时可将控制电路2输出控制信号 的宽度确定为LC 二阶放电回路周期的1/4，这样当开关管V1、V2同时关断时，脉冲放电回路 4的输出电流恰好处于峰值点，而电解电容C上的电压恰好放到0V。然而由于感性负载—— 电感L的存在，通过电感L的电流无法突然减少至零，因此会通过脉冲放电回路4中的二极 管D1、D2形成电流通路II 电感L一〉二极管D2—〉电解电容C一〉二极管Dl—〉电感L， 该阶段回路中电流波形如图4所示。当电感L的电流减小至0以后，由于电流通路I此时 已关断并且电流通路II的单向导电性，电流将不再发生流动，放电过程结束。
在放电结束的同时，电感L中的残余能量通过电流通路II对电解电容C进行正向 充电，可以使电感L在脉冲放电后的剩余能量得到回收，并重新存储于电解电容C中。在脉 冲放电回路4下次工作前，仅需要对电解电容C进行部分充电即可达到脉冲输出的能量要 求，节能的效果明显。电解电容C上的电压变化曲线见附图4。4
本发明可使用比能(储能密度)较高的电解电容C作为储能电容，相同储能条件下 可以最大程度的减小电路体积。同时在整个放电过程中电解电容C上绝对不出现反向电 压，可以避免使用大功率续流二极管对电解电容C进行箝位保护。既提高了电解电容C的 可靠性和使用寿命，又进一步减小了电路体积，使脉冲放电回路可以适用于更多的脉冲应 用场合。
权利要求
1.一种基于单极性电容的高效脉冲放电电路，包括控制电路(2)，其特征在于控制电 路(2)的信号输入端接收外部触发信号，控制电路(2)的信号输出端通过驱动电路(3)与脉 冲放电回路(4)相连，所述的脉冲放电回路(4)包括电解电容C和电感L，充电电路(1)对 脉冲放电回路(4)充电。
2.根据权利要求1所述的基于单极性电容的高效脉冲放电电路，其特征在于所述的 脉冲放电回路(4)由电解电容C、开关管Vl、开关管V2、二极管D1、二极管D2和电感L组成。
3.根据权利要求1所述的基于单极性电容的高效脉冲放电电路，其特征在于所述的 充电电路(1)为恒流充电电路。
4.根据权利要求2所述的基于单极性电容的高效脉冲放电电路，其特征在于所述的 电解电容C采用一个电解电容或多个并联的电解电容，所述的开关管V1、V2均采用IGBT晶 体管。
5.根据权利要求2或4所述的基于单极性电容的高效脉冲放电电路，其特征在于所 述的电解电容C跨接在充电电路(1)上，电解电容C的一端与开关管Vl的集电极相连，开 关管Vl的发射极分别与电感L和二极管Dl的阴极相连，电感L的另一端分别与二极管D2 的阳极和开关管V2的集电极相连，所述的驱动电路(3)的信号输出端分别与开关管VI、V2 的栅极相连，所述的二极管Dl的阳极分别与电解电容C和开关管V2的发射极相连，开关管 Vl的集电极与二极管D2的阴极相连。
全文摘要
本发明涉及一种基于单极性电容的高效脉冲放电电路，包括控制电路，控制电路的信号输入端接收外部触发信号，控制电路的信号输出端通过驱动电路与脉冲放电回路相连，所述的脉冲放电回路包括电解电容C和电感L，充电电路对脉冲放电回路充电。本发明采用单极性电容——电解电容C作为长期可靠的储能元件，解决了放电结束时在储能电容上形成反向电压的问题，提高了电路元件及整体电路的长期可靠性。同时，该发明所提出的放电电路结构具有能量回收特性，进行大量推广应用时节能效果明显。
文档编号H02M9/04GK102044987SQ20101055056
公开日2011年5月4日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者周军, 崔斌, 曹江洪 申请人:上海容昱电子科技有限公司