一种高压脉冲电源的顶冲消除电路及其顶冲消除方法
【专利说明】一种高压脉冲电源的顶冲消除电路及其顶冲消除方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及高压脉冲电源技术领域，尤其是一种高压脉冲电源的顶冲消除电路及其顶冲消除方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]随着高压脉冲技术的发展，向着脉冲电压越来越高、脉冲输出宽度可调、脉冲波形顶部平坦度优越的方向，提出更高的要求。
[0005]现有的技术方案中，典型电路如图1所示的钢管推脉冲变压器技术，带储能电容C3的高压电源通过钢管固态开关S3和限流电阻R3对脉冲变压器T3初级放电，通过脉冲变压器T3的升压后，在额定负载R4上达到图2所示的高压脉冲输出波形b。由于脉冲变压器T3漏感、分布电容等的影响，通过图2中脉冲变压器T3的输入波形a、高压脉冲输出波形b，可以看出此方案有个明显的缺点就是输出脉冲电压的顶冲较大，一般都大于3%，或者通过加大固态开关S3后的限流电阻R3，增加电源内部的功耗，来抑制顶部的过冲幅度，但其效果有限。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的首要目的在于提供一种能够抑制脉冲前沿处的顶冲，实现脉变后输出脉冲电压波形的顶部高平坦度的高压脉冲电源的顶冲消除电路。
[0008]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种高压脉冲电源的顶冲消除电路，包括由N个首尾串联的脉冲单元电路组成的脉冲单元电路组，脉冲单元电路组的输入端与充电电源的电源输出端相连，脉冲单元电路组的输出端与输出高压电阻Rl的一端相连，输出高压电阻Rl的另一端与脉冲变压器Tl的初级绕组的一端相连，脉冲变压器Tl的初级绕组的另一端接在充电电源的输出端与脉冲单元电路组的输入端之间，脉冲变压器Tl的次级绕组的两端接负载R2的两端，控制器输出控制信号分别至充电电源以及脉冲单元电路组内所有的放电开关和充电开关。
[0009]所述脉冲单元电路组包括第一脉冲单元电路、第二脉冲单元电路以至第N脉冲单元电路，所述第一脉冲单元电路的输入端作为脉冲单元电路组的输入端与第二脉冲单元电路的输入端相连，第二脉冲单元电路的输出端与第三脉冲单元电路的输入端相连，第N-1脉冲单元电路的输出端与第N脉冲单元电路的输入端相连，第N脉冲单元电路的输出端作为脉冲单元电路组的输出端与输出高压电阻Rl的一端相连。
[0010]所述第一脉冲单元电路由储能电容Cl、高压隔离电感L1、放电开关Sm和充电开关Su组成，所述第二脉冲单元电路由储能电容C2、高压隔离电感L2、放电开关S2-1和充电开关
S2-2组成，所述第N脉冲单元电路由储能电容Cn、高压隔离电感Ln、放电开关Srrf和充电开关Sn-2组成;所述充电电源的输出端分别与高压隔离电感L1、储能电容Cl的一端相连，储能电容Cl与放电开关Sp1串联，所述高压隔离电感LI的另一端分别与高压隔离电感L2、储能电容Cl、放电开关Sk相连，放电开关Sk的另一端与储能电容C2的一端相连，充电开关Sh跨接在储能电容Cl与放电开关S1-1上;所述储能电容Cn与放电开关Sn-1串联，所述高压隔离电感Ln的一端分别与储能电容Cn、放电开关Srrf相连，充电开关Sn-2的一端与储能电容Cn相连，充电开关Sn-2的另一端与放电开关Sn-1相连后与输出高压电阻Rl的一端相连。
[0011]本发明的另一目的在于提供一种高压脉冲电源的顶冲消除电路的顶冲消除方法，该方法包括下列顺序的步骤:
(I)首先，控制器控制脉冲单元电路组中所有的充电开关均为导通状态；
(2 )接着，控制器再控制充电电源，通过各个脉冲单元电路的高压隔离电感和充电开关，同时对所有的储能电容充电；
(3)充电到额定值后，控制器再控制所有脉冲单元电路中的充电开关为关断状态；
(4)最后控制器根据需要输出的脉宽和前沿，调节各个脉冲单元电路放电开关的导通时序，使放电开关Sh至放电开关Sm中的至少两个放电开关依次延迟开启，使各个脉冲单元电路的输出波形经串联叠加在脉冲变压器Tl的初级形成阶梯上升的电压波形；
(5)放电结束后，控制器控制所有放电开关都关断。
[0012]由上述技术方案可知，本发明的有益效果为:第一，由于采用调节各脉冲单元电路的开启时延，实现脉变后输出脉冲电压波形的顶部高平坦度;第二，由于脉冲单元电路的放电开关为刚管器件，放电脉冲宽度和前沿可控，特别适合于磁控管这样的对脉冲波形要求高且前沿匹配难度大的应用；第三，由于采用一个控制器统一控制各脉冲单元电路内的充电开关和放电开关工作，一是保证了各开关时序的正确性，二是为实现控制器软件编程增添广品功能提供方便。
[0013]
【附图说明】
[0014]图1为传统的钢管推脉冲变压器电源原理图；
图2为脉冲变压器初、次级波形图；
图3为本发明的电路原理图；
图4是本发明的工作时序图；
图5是本发明消除顶冲的工作时序图。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]如图3所示，一种高压脉冲电源的顶冲消除电路，包括由N个首尾串联的脉冲单元电路组成的脉冲单元电路组，脉冲单元电路组的输入端与充电电源的电源输出端相连，脉冲单元电路组的输出端与输出高压电阻Rl的一端相连，输出高压电阻Rl的另一端与脉冲变压器Tl的初级绕组的一端相连，脉冲变压器Tl的初级绕组的另一端接在充电电源的输出端与脉冲单元电路组的输入端之间，脉冲变压器Tl的次级绕组的两端接负载R2的两端，控制器输出控制信号分别至充电电源以及脉冲单元电路组内所有的放电开关和充电开关。脉冲单元电路组串联输出电压达到几十kV、电流达几百A、脉宽连续可调的能力。所述输出高压电阻Rl设置在所有脉冲单元电路串联输出的高端，起到限制负载短路电流、减小脉冲前沿顶冲的作用;所述脉冲变压器Tl的初级输入端连接在脉冲单元电路串联的输出端，升压后供给后级负载R2。
[0017]如图3所示，所述脉冲单元电路组包括第一脉冲单元电路1、第二脉冲单元电路2以至第N脉冲单元电路3，所述第一脉冲单元电路I的输入端作为脉冲单元电路组的输入端与第二脉冲单元电路2的输入端相连，第二脉冲单元电路2的输出端与第三脉冲单元电路的输入端相连，第N-1脉冲单元电路的输出端与第N脉冲单元电路3的输入端相连，第N脉冲单元电路3的输出端作为脉冲单元电路组的输出端与输出高压电阻Rl的一端相连。
[0018]如图3所示，所述第一脉冲单元电路I由储能电容Cl、高压隔离电感L1、放电开关Sm和充电开关Sp2组成，所述第二脉冲单元电路2由储能电容C2、高压隔离电感L2、放电开关Sh和充电开关S2-2组成，所述第N脉冲单元电路3由储能电容Cn、高压隔