第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C#P η个电感模块；所述的初级电源Us的阳极与第一晶闸管T i的阳极连接；第一电感L1的一端和第二电感L 2顺串连接后的中间连接点与第二二极管D 2的阴极连接，第一电感L1的另一端与第一晶闸管T1的阴极、第二晶闸管T2的阳极、第一二极管D1的阴极和第三晶闸管T3的阴极连接，第三晶闸管T 3的阳极与第二电容C2的阳极连接；第二电容(:2的阴极与第二二极管D2的阳极、第三D 3二极管的阴极连接；第二电感L 2的另一端与第四二极管D4的阳极、第一电感模块的第一连接端连接，第一电感模块的第二连接端与第二电感模块的第一连接端连接；以此类推，直到第(η-l)电感模块的第二连接端与第η电感模块的第一连接端连接；第η电感模块的第二连接端与第一电容C1的阴极、初级电源Us的阴极以及大地连接；第一电容C1的阳极与第二晶闸管T2的阴极和第一二极管D i的阳极连接；n个电感模块的第三连接端与第三二极管D3的阳极和第四晶闸管T 4的阴极连接；n个电感模块的第四连接端与第四二极管D4的阴极和电感储能型脉冲电源负载的一端连接；电感储能型脉冲电源负载的另一端与第四晶闸管T4的阳极连接。
[0029]需要注意的是第一电感L1、第二电感1^2的连接务必保证同名端顺串。
[0030]上述脉冲电源的η个电感模块，其中每个电感模块的电路结构图如图4所示，包括第三电感L3、第五晶闸管T5、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管队和第三电容C3;所述的第三电感L 3的一端、第五晶闸管T 5的阴极、第三电容C 3的阳极、第五二极管D5的阳极和第六二极管D 6的阴极相互连接；第五晶闸管T 5阳极与第五二极管D 5的阴极连接，该连接点作为电感模块的第一连接端；第三电感1^的另一端与第八二极管D 8的阳极连接，该连接点作为电感模块的第二连接端；第三电容(:3的阴极与第六二极管06的阳极、第七二极管D7的阴极连接；第七二极管D 7的阳极引出电缆作为电感模块的第三连接端；第八二极管D8的阴极的引出电缆作为电感模块的第四连接端。
[0031]本发明提出的用于电磁发射的电感储能型脉冲电源，如图2所示，各电感相互间具有很强的耦合作用。总体上可设置电感L1比其他电感值大。当电路由充电回路换流至负载回路瞬间，电感L1与电容C i构成二阶欠阻尼回路，使其电流迅速变化而在其他与之有耦合的电感上产生明显的互感电压，这样就会使其他电感的电流因磁通量守恒原理而倍增。同时这些电感构成串充并放的拓扑结构，负载电流为各电感倍增后的电流之和。相比于德法圣路易斯联合实验室提出的图1电路，本发明提出的电路中电感间的强耦合作用不仅可获得较大的电流倍增系数，而且由于互感存储和转换了一部分能量，提高了储能密度。同时由于本发明电路中的电容C1收集漏感能量，使关断开关(主管)两端的电压降低，而且可通过控制触发晶闸管1~2闭合释放C i所收集的漏感能量至负载，使负载电流波形无明显尖峰，且有二次峰，有利于波形调整，更适于实际电磁发射。
[0032]本发明提出的用于电磁发射的电感储能型脉冲电源电路中，各电感之间存在强耦合作用并保证在充电时为同名端顺向串联连接，第一电感与其他电感的电感值大，具体倍数以及电路连接的电感模块个数由实际系统能级及放电电流倍数需求决定。为了能够快速关断第一晶闸管和各电感模块中的第五晶闸管，第三晶闸管和第四晶闸管选用快速型晶闸管；其他晶闸管和二极管选用普通型器件即可。第二电容和各电感模块中的第三电容在电路工作前要求有一定的预充电压；第一电容是用来收集漏感能量的，不需要预充电压。可用小阻感负载模拟电磁发射负载。
[0033]以下结合附图2，详细介绍本发明提出的用于电磁发射的电感储能型脉冲电源电路的工作过程，可以分为五个工作阶段。
[0034]第一阶段，初级电源充电。
[0035]触发晶闸管T1和各电感模块中的T 5导通，初级电源Us给电感L 1、L2和各电感模块中的L3充电。由于采用了直流恒压源为初级电源，忽略回路电阻，充电过程实际上是一个回路电流线性上升的过程。当电流上升到预定值后，同时触发晶闸管1~3和T 4，进入第二阶段。
[0036]第二阶段，半导体器件逆向电流换路关断晶闸管T1和各电感模块中的T 5。
[0037]电容C2和各电感模块中的C 3均有预充电压，当触发晶闸管T 3和T4导通时，C2上的预充能量通过小阻抗回路C2-T3-T1-Us-D8 (隶属于最后一级电感模块)-负载-T4-D3-C2释放，形成快速变化的逆流脉冲，使晶闸管T1的电流迅速下降至其维持电流以下，低于维持电流的时间至少为晶闸管的反向恢复时间，且关断过程中C2的电压始终比初级电源电压Us高，以保证晶闸管可靠关断。
[0038]各电感模块中的晶闸管T5的关断过程与晶闸管T i的关断过程是一样的，不同之处在于其逆流脉冲回路不包含初级电源。各自的逆流脉冲回路为C3-T5 - D8 (隶属于上一级电感模块)-负载-t4-d7-c3。当晶闸管T5电流过零时，电流通过并联于其两端的二级管D5，使晶闸管T5零功率关断。
[0039]第三阶段，电感L2和各电感模块中的L 3电流倍增。
[0040]晶闸管！\和各电感模块中的T 5关断瞬间，电感L i中的电流将通过回路L 1- D2 -D3-T4-负载-D8(隶属于最后一级电感模块)_ C1-D1-L1流通，由于二阶电路L丨-负载-Ci电流变化快，基于磁通量守恒原理，使得与电感L1有强耦合的其他电感L 2和各电感模块中的L3两端产生较大的互感电压，电感L2和各电感模块中的L3中的电流倍增，倍增系数取决于L1与其他电感的比值。
[0041]第四阶段，电感L2和各电感模块中的L3并联放电。
[0042]电感L2和各电感模块中的L 3通过相关二极管的自然导通转换为并联连接，将倍增了的电流叠加至负载，获得脉冲电流。
[0043]第五阶段，触发晶闸管T2导通，调整负载脉冲电流波形。
[0044]在第三阶段中，电感L1与其他电感的漏感能量通过二阶回路L1-负载-C1收集于电容C1中。在延后换路瞬间适当时刻触发晶闸管T2导通可使储存于电容C i中的漏感能量通过回路C1 - D8 (隶属于最后一级电感模块)-负载-T4-D3 - D2-L1 - T2 - (^释放至负载中，在原有负载脉冲电流波形基础上叠加一二阶波形，有利于波形调整，更适于实际电磁发射需求。
【主权项】
1.一种用于电磁发射的电感储能型脉冲电源，其特征在于该电感储能型脉冲电源包括初级电源Us、第一电感L1、第二电感L2、第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容(:2和η个电感模块；所述的初级电源Us的阳极与第一晶闸管T i的阳极连接；第一电感L1的一端和第二电感L 2顺串连接后的中间连接点与第二二极管D 2的阴极连接，第一电感1^的另一端与第一晶闸管T i的阴极、第二晶闸管T 2的阳极、第一二极管D i的阴极和第三晶闸管T3的阴极连接，第三晶闸管T 3的阳极与第二电容C2的阳极连接；第二电容(:2的阴极与第二二极管D2的阳极、第三D 3二极管的阴极连接；第二电感L 2的另一端与第四二极管D4的阳极、第一电感模块的第一连接端连接，第一电感模块的第二连接端与第二电感模块的第一连接端连接；以此类推，直到第(η-l)电感模块的第二连接端与第η电感模块的第一连接端连接；第η电感模块的第二连接端与第一电容C1的阴极、初级电源Us的阴极以及大地连接；第一电容C1的阳极与第二晶闸管T2的阴极和第一二极管D i的阳极连接；n个电感模块的第三连接端与第三二极管D3的阳极和第四晶闸管T 4的阴极连接；n个电感模块的第四连接端与第四二极管D4的阴极和电感储能型脉冲电源负载的一端连接；电感储能型脉冲电源负载的另一端与第四晶闸管T4的阳极连接。
2.如权利要求1所述的脉冲电源，其特征在于其中所述的η个电感模块的每个电感模士夬，包括第三电感L3、第五晶闸管T5、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8和第三电容C 3;所述的第三电感L 3的一端、第五晶闸管T 5的阴极、第三电容C 3的阳极、第五二极管D5的阳极和第六二极管D 6的阴极相互连接；第五晶闸管T 5阳极与第五二极管D5的阴极连接，该连接点作为电感模块的第一连接端；第三电感L 3的另一端与第八二极管D8的阳极连接，该连接点作为电感模块的第二连接端；第三电容C 3的阴极与第六二极管D6的阳极、第七二极管D 7的阴极连接；第七二极管D 7的阳极引出电缆作为电感模块的第三连接端；第八二极管D8的阴极的引出电缆作为电感模块的第四连接端。
【专利摘要】本发明涉及一种用于电磁发射的电感储能型脉冲电源，属于电磁发射技术领域。本脉冲电源，包括初级电源Us、第一电感L1、第二电感L2、第一晶闸管T1、第二晶闸管T2、第三晶闸管T3、第四晶闸管T4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一电容C1、第二电容C2和n个电感模块；所述的每个电感模块，包括一个电感、一个晶闸管、多个二极管和一个电容。本发明中各电感相互间具有很强的耦合作用，电感电流既有因磁通量守恒原理而倍增，也有因各电感的串充并放而放大，故具有高电流倍增；因减缓电流的变化率可降低主管耐受电压；同时还具有高储能密度、结构可扩展性强等优点，更适合电磁发射。
【IPC分类】H02M9-02
【公开号】CN104617807
【申请号】CN201510025576
【发明人】马山刚, 于歆杰, 李臻
【申请人】清华大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月19日