一种用于螺线管激励的数控脉冲电源系统的制作方法

本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及但不仅仅涉及一种用于螺线管激励的数控脉冲电源的系统。

背景技术：

螺线管指的是多重卷绕的导线，卷绕内部可以是空心的，也可以包含一个磁芯。当有电流通过导线时，螺线管内部会产生匀强磁场。通过控制螺线管线圈上的电流大小，可以控制线圈内部产生的匀强磁场的磁场强度。

单片微型计算机(single-chip microcomputer)，又称微控制器(microcontroller)，是把中央处理器、存储器、定时/计数器(timer/counter)等各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器。利用单片机作为数字系统的主控制器，具有低成本，高可靠性，高精度等优势，同时开发过程便于模块化，可以方便地实现功能更新、系统升级。

绝缘栅型双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，是半导体器件的一种，主要用于电动车辆、铁路机车及动车组的交流电电动机的输出控制。传统的BJT导通电阻小，但是驱动电流大，而MOSFET的导通电阻大，却有着驱动电流小的优点。IGBT正是结合了这两者的优点：不仅驱动电流小，导通电阻也很低。

开关电源(Switching Mode Power Supply)，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。与传统的线性电源相比，开关电源的优势在于效率高(此处的效率可以简单的看作输入功率与输出功率之比)，加之开关晶体管工作于开关状态，损耗较小，发热较低，不需要体积/重量非常大的散热器，因此体积较小、重量较轻。

技术实现要素：

本发明涉及电源，尤其涉及但不仅仅涉及物理实验用螺线管激励脉冲电源系统。

常常需要一种脉冲电源系统用于螺线管的励磁过程，且尤其相对于物理学实验中会产生这种需求。

物理学实验对螺线管激励的需求具有一定的不确定性，因此需要一种可数字控制的螺线管激励用脉冲电源系统。

因此，本发明认识到期望对更高效率和/或成本效益和/或配置灵活性的考虑。

本发明设法提供一种螺线管激励用数控脉冲电源系统，该电源由于已知的这种电源。

在具体的实验需求中，需要对一螺线管(内阻为1Ω，电感为1mH左右)施加峰值为200A/5ms左右的脉冲电流激励，并要求电流峰值连续可调。

根据本发明的一个方面，提供了一种电源，包括：一个高压电容器阵列2，用于储存和提供螺线管激励瞬间的电能量。

高压电容器阵列应由一组16个具有足够高耐压值和足够低等效串联电阻的脉冲放电用高压电接电容并联组成。

针对高压电容器阵列2，需要实现一个电容阵列充放电控制电路1，用于对高压电容器阵列2实现特定模态的充电过程。

通过摘要附图中的算法12，电容阵列充放电控制电路1实现对高压电容器阵列2的可控充电，实现电能量的储存。

电容阵列充放电控制电路1还控制螺线管脉冲激励的产生。因此，需要IGBT驱动电路3和大功率IGBT 4接通高压电容器阵列2和负载螺线管6。

可以包括瞬态电流测量电路5，该测量电路对高压电容器阵列2的放电过程进行监测，同时可以但不一定必须对控制过程进行反馈调整。

作为进一步特征，电容阵列充放电控制电路1包括如图2所示的液晶显示与按键电路7，ADuCM360微控制器8，反激型升压开关电源电路9，模拟电压调理电路10和高速过压关断电路11。

附图说明

图1是本发明的系统整体框架示意图；

图2是本发明的电容充放电控制电路结构示意图；

图3是本发明的电路仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和特定的实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

在一个特定的实施例中，针对具体应用中产生的螺线管线圈瞬时大电流激励问题，根据图1提供的整体框架示意图和图3提供的电容充放电控制电路结构示意图，实现了一种基于微控制器、开关电源和IGBT的数控螺线激励系统。

该系统可以对螺线管线圈施加可控峰值的瞬时大电流激励，并具有简单友好的人机交互接口，并能在20W左右的输入功率的情况下对典型螺线管(1Ω，1mH)施加高达200A的脉冲电流激励。

其中，电容阵列充放电控制电路1是本系统的核心部分。

电容阵列充放电控制电路1通过单片机控制一个1∶10的反激型开关电源来对高压电容阵列2进行充电，并实时监控充电的状态。

根据用户通过液晶显示与按键电路7设定的峰值放电电流大小计算出高压电容器阵列2充电的终点电压，并通过一个由模拟高速比较器和信号调理电路组成的高速电压反馈电路，使高压电容器阵列2充电到所需的电压。

放电时，电容阵列充放电控制电路1通过隔离的IGBT驱动电路，单片机发出的放电信号被进行电流放大以驱动大功率IGBT 4，接通已充电的高压电容器阵列2与负载螺线管6，对负载螺线管6施加电流激励。

高压电容器阵列2与负载螺线管6形成一个二阶LCR震荡电路，在阶跃激励的作用下产生震荡，其峰值电流可控。

转向图2，电容阵列充放电控制电路1以ADuCM360微控制器8为控制核心，搭配外围的液晶显示与按键电路7、模拟电压调理电路10、高速过压关断电路11、反激型升压开关电源电路9，实现高压电容器阵列2的可控电压充电。

ADuCM360微控制器8采集高压电容器阵列2的充电电压和电流信号，实现对充电过程的监测。

ADuCM360微控制器8中用户设定的充电终点电压通过ADuCM360微控制器8内部的DAC以电压形式输出，经模拟电压调理电路10送入高速过压关断电路11。

高速过压关断电路11，在高压电容器阵列2充电达到终点电压时输出充电截止信号至ADuCM360微控制器8，结束充电过程。

在需要产生脉冲激励的时刻，ADuCM360微控制器8发出电容阵列放电信号，经光电耦合器隔离并输出至IGBT驱动电路3，经电流放大后输入至大功率IGBT 4，控制大功率IGBT 4瞬间饱和导通，高压电容器阵列2上的能量在高压电容器阵列2与负载螺线管6之间发生震荡，产生所需的脉冲电流。

图3是系统的Spice仿真结果。可以看到，在负载螺线管6上产生了脉冲状的电流激励，其峰值电流与放电瞬间电容上的电压呈现近似线性关系。特别地，通过此关系，可以由所需的峰值电流推算出高压电容器阵列2的充电截止电压，进而实现对螺线管6的可控峰值的脉冲电流激励。