10kV脉冲电容器，200uF/10kV脉冲电容器低压端接超级电容器组级联电路低压端并接地。开关控制装置采用TI公司的TMS320LF2407A作为核心芯片，该芯片的I?20路I/O 口定义为20路IGBT的控制信号，分别接20个IGBT的驱动端。控制系统还包括一个IV: 100V高压分压器、2个电压比较电器，同时外接一个I个IV: 1A的电流测量线圈。IV: 1000V高压分压器接在高压电容器的两端，高压分压器输出低压信号端接第一个电压比较器输入端，第一个电压比较器输出端接TMS320LF2407A芯片的第21个I/O 口 ；1V: 1A电流测量线圈套在高压电容器低压端到超级电容器级联电路低压端的连线上，其输出信号端接控制系统内部的第二个电压比较器输入端，电压比较器输出端接TMS320LF2407A芯片的第22个I/O 口。
[0020]以SkV充电过程为例，首先将电压比较电路比较电压设置为8V，电流比较电路比较电压设置为8V，然后开关控制装置中TMS320LF2407A芯片的第I?20个I/O 口输出20路高电平信号，控制20个IGBT开通，在限流电感限制下，级联超级电容器组输出电流逐渐增加，当级联超级电容器组输出电流达到200A时，负载电容电压仍没有达到目标电压8kV，控制系统电流比较电路输出高电平信号至TMS320LF2407A芯片的第22个I/O口，TMS320LF2407A芯片内部程序读取到该I/O 口为高电平时，则将第I?20个I/O 口电平信号转变为低电平，即输出IGBT断开信号，级联超级电容器组停止输出，等待5ms后，TMS320LF2407A芯片的第I?20个I/O 口输出20路高电平信号，控制20个IGBT再次开通，重复上一次的控制过程。高压电容器负载上电压达到目标电压SkV时，控制系统第一个电压比较电路输出高电平信号至TMS320LF2407A芯片的第21个I/O 口，TMS320LF2407A芯片内部程序读取到该I/O 口为高电平时，则将第I?20个I/O 口电平信号转变为低电平，即输出IGBT断开信号，超级电容器组级联电路停止输出，完成本次充电任务。
[0021]若目标充电电压较低，在满足充电时间要求下，可适当降低投入超级电容器组的个数，在全部投入的情况下，充电速度最高。例如充电电压为lkV，则超级电容器组最多是20级全部投入使用，最少是500V的超级电容器组，即本具体实施中一级超级电容器组投入使用，20级全部投入使用时，充电电流最大，充电速度最快。
[0022]本发明主要用于高压电容器快速充电领域，基于目前超级电容器组、IGBT、二极管器件的性能，完全能够满足上述需求。
【主权项】
1.移动式大功率高压直流电源，其特征在于，所述的移动式大功率高压直流电源包括N个控制系统(1)、超级电容器组(2)、N个控制开关(3)、N个二极管(4)、限流电感(5)、高压电容器(6)和电流测量线圈(7) ;N为大于等于I的正整数；每个超级电容器组(2)按照电流流向串联一个控制开关(3)后，在其串联电路两端并联一个二极管(4)，形成一级超级电容器组级联电路；超级电容器组、控制开关和二极管的数量相同；N个超级电容器组、N个控制开关和N个二极管组成N级超级电容器组级联电路；N级超级电容器组级联电路按照电流方向依次串联，形成超级电容器组级联高压电源；超级电容器组级联高压电源输出的正极端串联限流电感(5)的一端，限流电感(5)的另一端连接高压电容器(6)的高压极；超级电容器组级联高压电源输出的负极端连接高压电容器(6)的低压极；N个超级电容器组输出电流的能力相同；控制系统⑴控制高压电源充电，控制系统⑴输出的N路驱动信号端分别连接N个控制开关(3)的控制端，控制系统⑴的高压测量端连接高压电容器(6)两端，电流测量线圈(7)的线圈套在高压电容器低压端至超级电容器级联电路低压端的连线上，电流测量线圈(7)的测量引线连接到控制系统(I)的电流测量端。
2.按照权利要求1所述的移动式大功率高压直流电源，其特征在于，所述的高压直流电源的充电直流源为N个超级电容器组。
3.按照权利要求1所述的移动式大功率高压直流电源，其特征在于，所述的超级电容器组级联高压电源的级数N的最小取值由各级超级电容器组电压之和与高压电容器目标充电电压决定，超级电容器组级联高压电源的最大取值则受控制系统输出多路信号的能力和系统复杂度限制。
4.按照权利要求1所述的移动式大功率高压直流电源，其特征在于，所述的控制系统(I)控制控制开关⑶的断开与闭合，N个控制开关同时闭合时，则形成N倍电池组电压的高压电源，N为大于等于I的正整数；该高压电源给高压电容器(6)充电，充电回路中通过串联限流电感(5)对充电电流进行限制。
【专利摘要】一种移动式大功率高压直流电源，其N组超级电容器组级联电路依次串联，形成超级电容器组级联高压电源。超级电容器组级联高压电源输出的正极端串联限流电感(5)的一端，限流电感(5)的另一端连接高压电容器(6)的高压极。超级电容器组级联高压电源输出的负极端连接高压电容器的低压极。控制系统(1)分别连接N个控制开关(3)的控制端，控制系统(1)的电压测量端连接高压电容器(6)的两端，电流测量线圈(7)的线圈套在高压电容器低压端至超级电容器级联电路低压端的连线上，电流测量线圈(7)的测量引线连接到控制系统(1)的电流测量端。N个控制开关(4)同时闭合时形成N倍电池组电压的高压电源，给高压电容器(6)充电。
【IPC分类】H02M3-06
【公开号】CN104868715
【申请号】CN201510248824
【发明人】严萍, 高迎慧, 孙鹞鸿, 樊爱龙
【申请人】中国科学院电工研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年5月15日