一种具有恒功率输入特性的电容器充电方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电源技术领域，特别设及一种具有恒功率输入恒流输出特性的电容器 充电方法及装置。
【背景技术】
[0002] 脉冲功率系统应用于高功率激光和高功率微波等领域。电容器充电电源是脉冲功 率系统的重要组成部分，随着脉冲功率系统向高功率、高重复频率、长运行时间和高功率密 度方向发展，对充电电源系统提也出了同样的要求。近年来，随着充电系统功率容量和重复 频率的增加，充电电源系统对电网不利影响也逐渐体现出来。对电网而言，充电电源是非线 性和瞬变负载，不仅会产生大量的谐波，还会引起电网频率和电压的波动，影响供电网络可 靠性和稳定性，对其他用电设备也会造成干扰，因而充电系统在电网侧的性能也得到重视。
[0003] 基于常规技术路线的串联谐振充电电源具有恒流输出和固有抗短路特性，因而广 泛应用于电容器充电电源中。然而，恒流输出电源的输出功率随着负载电容器电压的升高 逐渐增加，输入端的供电功率逐渐变化，运会引起较大的电流谐波，降低电网供电效率；其 次，要求电网要能够提供电源所需的峰值功率，会增加配电成本；最后，在充电结束后，供电 功率瞬间从峰值功率降为0,会造成电网电压的剧烈波动，甚至引起电网频率的波动，特别 是脉冲重复频率接近电网频率运行条件下，可能引起电网振荡，对电网的稳定性和可靠性 造成不利影响。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的，就是上述恒流输出的电容器充电电源在供电端存在的问题， 提出了具有恒功率输入恒流输出特性的电容器充电方法及其装置。
[0005] 本发明的技术方案为，一种具有恒功率输入恒流输出特性的电容器充电方法，其 特征在于，包括W下步骤：
[0006] a.电容器充电电源启动后，计算模块通过采集电路实时采集负载电压化、直流母 线电压Ui和临时储能电容电压U2;同时，计算模块通过存储器获取预设的阔值电压UWt;
[0007] b.计算模块根据外部输入的充电信号判断当前时刻是否为充电起始时刻，若是， 则更新充电起始电压Ug为当前负载电压，即Ug=U^更新充电结束电压U。为阔值电压，即 U。=UWt;若否，则进入步骤C;
[000引C.在当前控制周期T。中，根据当前采集与获取的负载电压直流母线电压Ui、充 电起始电压&、充电结束电压U。，获取控制参数ty，具体方法如下：
[0009] 设在一个谐振周期T内，母线电压Ui和临时储能电容电压U2保持恒定，并取近似 处理，即Uz=Ui;
[0010] 根据串联谐振断续工作模式特性，谐振电流前半周电流峰值Iim为： W11]IiJ=化+Ul)/Z; 阳01引后半周电流峰值Izm为：
[001引心| =0Ji-Ul)/Z;
[0014] 则输出平均充电电流Lhg为： 阳01引IchB=KI I iml + l Izml)/ n = 2MUi/( JT口；
[0016] 其中M为占空系数，为谐振周期T与控制周期T。的比值，即M=T/T。，Z为电源谐 振回路中谐振电感k和谐振电容Cf的特征阻抗，
[0017] 则充电过程电源输出的起始功率表示为： 阳0 化]Ps=UsIchg;
[0019] 充电过程结束时的功率Pe可表示为：
[0020] Pe=UeIchg;
[0021] 充电过程电源输出的平均功率Pm可表示为： 阳02引Pm=IChg化+Ue) /2 =MUi化+UJ/(JT口；
[0023] 谐振电流前半周电流iJ勺表达式为：
[00巧]式中t为工作时间，CO为谐振角频率，即i
阳〇%] 直流母线在电流前半周内提供的能量Ei可表示为：
[0028] 式中ty为直流母线工作持续时间，也为切换时刻；
[0029] 通过控制直流母线在单脉冲提供的平均功率等于负载需要的平均功率Pm即可实 现供电端的功率恒定，且为平均功率，即令： W30]EiZX=Pm;
[00川结合Pm和E1的表达式，可得控制参数tX:
[0033] d.采用串联谐振断续工作模式，将直流母线和储能电容进行组合的方式对谐振回 路进行激励，即采用3过程的工作模式，谐振电流前半周包括两个过程，后半周包含一个过 程，具体为：第一个工作过程将母线电压Ui接入谐振回路；第二个过程将临时储能电容电 压Uz接入谐振回路，W上两个过程中电压源均是输出功率的；第=个工作过程将储能电容 接入回路，此过程电流方向发生改变，电压源是吸收功率的；
[0034]e.根据C步骤获得的控制参数ty，并按照d步骤的工作模式，产生4路通用的时 序控制信号；
[0035] f.根据交替输出的谐振电流极性，将对应功率开关的驱动信号连接到通用的4路 信号上；
[0036]g.功率开关按照f步骤得到的信号完成对谐振回路的激励，并根据负载电压是否 达到预设阔值电压判断工作是否结束，若否，则返回步骤a,若是，则关断所有开关。
[0037] 一种具有恒功率输入恒流输出特性的电容器充电装置，包括=相整流桥〇3、直流 母线滤波电感Li、直流母线滤波电容Cl、临时储能电容Cs,第一预充电电阻Ri、第一预充电二 极管化、第二预充电电阻R2、第二预充电二极管〇2、第一带有并联二极管的开关Si、第二带有 并联二极管的开关S2、第=带有并联二极管的开关S3、第四带有并联二极管的开关S4、第五 带有并联二极管的开关Se、第六带有并联二极管的开关或、第屯带有并联二极管的开关S,、 第八带有并联二极管的开关Ss、谐振电感Lf、谐振电容。、变压器T和输出整流桥〇4;所述S 相整流桥化的正相输出端通过直流母线滤波电感L1后接直流母线滤波电容C1的一端、第 一带有并联二极管的开关Si的一端、第二带有并联二极管的开关Sz的一端和第一预充电电 阻Ri的一端，其负相输出端接直流母线滤波电容C1的另一端、第屯带有并联二极管的开关 S,的一端和第二预充电二极管〇2的阴极；第一带有并联二极管的开关Si的另一端接第五带 有并联二极管的开关Se的一端、第=带有并联二极管的开关S3的一端和谐振电容化的一 端；第二带有并联二极管的开关Sz的另一端接第六带有并联二极管的开关Se的一端、第四 带有并联二极管的开关S4的一端和谐振电感Lf的一端；第六带有并联二极管的开关Se的 另一端连接第五带有并联二极管的开关苗的另一端、第一预充电二极管Di的阴极和临时储 能电容Cz的一端；第一预充电电阻Ri的另一端连接第一预充电二极管Di的阳极；临时储能 电容Cz的另一端连接第二预充电电阻Rz和第八带有并联二极管的开关SS的一端；第二预 充电电阻Rz的另一端连接第二预充电二极管D2的阳极；第八带有并联二极管的开关SS的 另一端连接第屯带有并联二极管的开关S,的另一端、第=带有并联二极管的开关S3的另一 端和第四带有并联二极管的开关S4的另一端；谐振电感Lf的另一端和谐振电容Cf的另一 端分别接变压器T一侧绕组的两个输入端；变压器T另一侧绕组的两个输出端接输出整流 桥〇4的输入端；整流桥〇4输出的两端分别连接负载电容Cs的两端；其特征在于，还包括母 线电压采集电路1、储能环节电压采集电路2、负载电压采集电路3、人机界面4、计算模块5、 时序生成模块6、开关状态控制单元7和开关驱动模块8 ;所述母线电压采集电路1、储能环 节电压采集电路2、负载电压采集电路3、人机界面模块4和时序生成模块分别与计算模块 连接；所述时序生成模块接外部充电信号9开关状态控制单元7 ;所述开关状态控制单元7 接开关驱动8 ;
[003引所述母线电压采集电路1用于采集直流母线滤波电容Cl上的直流母线电压Ui,并 将采集到的信号发送到计算模块5 ;
[0039] 所述负载电压采集电路3用于采集负载电容Cs两端的负载