一种高压脉冲电源的顶降补偿电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种高压脉冲电源的顶降补偿电路,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,其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R1的一端相连,输出高压电阻R1的另一端接输出端子X1,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、充电开关和补偿电源。由于采用了输出为三角波的补偿电源Gn,实现高平坦度脉冲输出波形时,系统的总储能大大下降;由于采用了顶降补偿方法,保证了输出脉冲的指标;由于采用了数字化控制器,系统功能强大,可编程性好。
【专利说明】
一种高压脉冲电源的顶降补偿电路
技术领域
[0001]本实用新型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降补偿电路。
【背景技术】
[0002]随着雷达技术及加速器技术的发展,对长脉宽脉冲高压电源的需求提出了紧迫的要求,尤其是脉宽大于10ys的长脉宽脉冲调制器,其实现方案、设计理念、建造成本等,是国内外各研究单位的研究重点。
[0003]传统的技术方案如图1所示是利用带储能电容C3的高压电源加固态开关S3来实现长脉宽输出,一般在电压达到百kV、电流达几十A的应用场合,输出脉冲顶降约1%时,电容C3储能达几十kj以上,如此大的储能使系统工作的危险性大大提高;或者只有牺牲脉冲顶降(顶降5%以上),来达到系统的连续运行,其输出波形见图1中a所示,具有明显的脉冲顶降。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于提供一种在实现高平坦度脉冲输出波形时,使系统的总储能大大下降,保证了输出脉冲的指标的高压脉冲电源的顶降补偿电路。
[0005]为实现上述目的,本实用新型采用了以下技术方案:一种高压脉冲电源的顶降补偿电路,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的另一端接输出端子XI,输出端子X2接在充电电源的电源输出端和脉冲单元电路组的输入端之间,输出端子Xl和输出端子X2之间接后级负载,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、充电开关和补偿电源。
[0006]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。
[0007]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Sn、充电开关S1-2、补偿电源Gl和充电二极管Vl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、充电开关S2-2、补偿电源G2和充电二极管V2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Sn、充电开关Sm、补偿电源Gn和充电二极管Vn组成;所述充电电源的输出端分别与高压隔离电感L1、补偿电源Gl的一端相连,补偿电源Gl依次与储能电容Cl、放电开关Sk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Sh相连,放电开关Sh的另一端与补偿电源G2的一端相连,充电开关S1^跨接在补偿电源Gl的负极与放电开关S1^1上,充电二极管Vl的阳极与补偿电源Gl的正极相连,充电二极管Vl的阴极与补偿电源Gl的负极相连;所述补偿电源Gn依次与储能电容Cn、放电开关Sw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Sn-^连,充电开关Sn-2的一端与补偿电源Gn的负极相连,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。
[0008]由上述技术方案可知,本实用新型的有益效果为:第一,由于采用了输出为三角波的补偿电源Gn,实现高平坦度脉冲输出波形时,系统的总储能大大下降;第二,由于采用了顶降补偿方法,保证了输出脉冲的指标;第三,由于采用了数字化控制器,系统功能强大,可编程性好。
【附图说明】
[0009]图1为传统的脉冲电源方案图;
[0010]图2为本实用新型的电路原理图;
[0011 ]图3是本实用新型顶部补偿的工作时序图。
【具体实施方式】
[0012]如图2所示,一种高压脉冲电源的顶降补偿电路,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的另一端接输出端子XI,输出端子X2接在充电电源的电源输出端和脉冲单元电路组的输入端之间,输出端子Xl和输出端子X2之间接后级负载,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、充电开关和补偿电源。
[0013]如图2所示,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。
[0014]如图2所示,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S1-1、充电开*3^2、补偿电源Gl和充电二极管Vl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S^1、充电开关S2-2、补偿电源G2和充电二极管V2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Sn、充电开关Sm、补偿电源Gn和充电二极管Vn组成;所述充电电源的输出端分别与高压隔离电感L1、补偿电源Gl的一端相连,补偿电源Gl依次与储能电容Cl、放电开关Sm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Sp1相连,放电开关Sp1的另一端与补偿电源G2的一端相连,充电开关S1-2跨接在补偿电源Gl的负极与放电开关S1-1上,充电二极管Vl的阳极与补偿电源Gl的正极相连,充电二极管Vl的阴极与补偿电源Gl的负极相连;所述补偿电源Gn依次与储能电容Cn、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Sn-1相连,充电开关Sn-2的一端与补偿电源Gn的负极相连,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。
[0015]如图3所示,在工作时,系统准备完毕后,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;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、充电开关和充电二极管,同时对所有的储能电容充电;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;最后控制器控制各脉冲单元电路中放电开关的导通时序和补偿电源的输出幅度,形成最后的平顶放电脉冲波形;放电结束后,控制器控制所有放电开关都关断。
[0016]储能电容Cn的计算是按公式IX At = CX Δ U,一般设计在额定输出电压电流时的顶降比例为10%?20%,由此与图1所示的传统电路相比,储能电容的储能会下降1?20倍。补偿电源Gn的输出为三角波,设计指标为脉冲单元电路在额定负载输出时,三角波的最大幅度与储能电容Cn的降落幅度相同。充电电源,通过每个脉冲单元电路的高压隔离电感Ln、充电开*Sn-2、充电二极管Vn,对储能电容Cn充电。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最高端,起到限制负载短路电流、减小脉冲前沿顶冲的作用。
[0017]单独开启各脉冲单元电路的放电开关时,储能电容直接对负载放电,形成带脉冲顶降的脉冲波形b。此时所述的控制器,输出N个控制信号,控制N节脉冲单元电路中补偿电源Gn的工作,根据高压输出脉冲波形顶降情况,自动计算需要补偿的的单元个数,其输出三角波见波形c,以补偿储能电容Cn的输出降落,形成脉冲放电波形d。
[0018]N节脉冲单元电路首尾相连,与高压输出电阻R1、输出端子X1、X2及后级负载形成脉冲高压输出回路。充电电源连接在低压端脉冲单元电路的充电输入端,电源输出通过高压隔离电感Ln、储能电容Cn、充电二极管Vn及充电开关Sn-2形成充电回路,当所有充电开关同时打开时,充电电源为N节储能电容Cn同时充电。控制器检测总的输出电压,根据输出脉冲电压的顶降比例,计算所需要补偿的电压幅度,再根据单节补偿电源Gn的输出能力,计算总需要多少节脉冲单元补偿电源Gn的同时开启。显然在各脉冲单元电路的额定输出能力下,所有补偿电源Gn都要同时开启。
[0019]实施例一
[0020]一种高压脉冲电源,额定输出电压100kV,输出电流100A,脉宽lms。
[0021]设计有25节脉冲单元电路,充电电源的输出电压为4kV,25节串联的总输出电压为100kV。脉冲单元电路内的储能电容Cn按顶降20%设计,储能电容Cn值为125yF,即在额定输出电流100A时,在脉宽Ims之后,储能电容压降为800V。补偿电源Gn设计为在输出电流100A时,三角波脉宽Ims时,电压的最高点为800V。
[0022]在额定输出脉冲电压100kV、脉冲电流100A时,25节的补偿电源Gn与放电开关Sn需同时全部开启。在输出脉冲电压100kV、脉冲电流80A时,20节的补偿电源Gn与25节的放电开关Sn-^同时全部开启。在输出脉冲电压100kV、脉冲电流60A时,15节的补偿电源Gn与25节的放电开关Sh需同时全部开启。以此类推,可以达到不同输出电流时的需补偿电源个数。
[0023]再通过调节充电电源的输出电压值,如从2?4kV之间连续可调,配合25节补偿电源Gn的输出能力调节,理论上可以实现任意输出脉冲电压电流值
[0024]综上所述,本实用新型通过设计充电电源的电压值、脉冲单元电路的个数及补偿电源Gn的输出电压及同时工作的个数,可实现任意脉冲电压和电流的功能,同时系统总储能小、输出脉冲顶部平坦度优、输出脉宽调节范围大等优点,能应用与多种负载匹配场合,实用性较强。
【主权项】
1.一种高压脉冲电源的顶降补偿电路,其特征在于: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的另一端接输出端子XI,输出端子X2接在充电电源的电源输出端和脉冲单元电路组的输入端之间,输出端子Xl和输出端子X2之间接后级负载,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、充电开关和补偿电源。2.根据权利要求1所述的高压脉冲电源的顶降补偿电路,其特征在于:所述脉冲单元电路组包括第一脉冲单元电路(I)、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。3.根据权利要求2所述的高压脉冲电源的顶降补偿电路,其特征在于: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、充电开*3^2、补偿电源Gl和充电二极管Vl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Sn、充电开关S2-2、补偿电源G2和充电二极管V2组成,所述第N脉冲单元电路(3)由储能电容Cn、高压隔离电感Ln、放电开关Sn、充电开关Sn-2、补偿电源Gn和充电二极管Vn组成;所述充电电源的输出端分别与高压隔离电感L1、补偿电源Gl的一端相连,补偿电源Gl依次与储能电容Cl、放电开关Sm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S1-1相连,放电开关S1-1的另一端与补偿电源G2的一端相连,充电开关S1-2跨接在补偿电源Gl的负极与放电开关Sh上,充电二极管Vl的阳极与补偿电源Gl的正极相连,充电二极管Vl的阴极与补偿电源Gl的负极相连;所述补偿电源Gn依次与储能电容Cn、放电开关Sn-1串联,所述尚压隔尚电感Ln的一端分别与储能电容Cn、放电开关Sn-1相连,充电开关Sn-2的一端与补偿电源Gn的负极相连,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。
【文档编号】H03K3/01GK205510003SQ201620125572
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月18日
【发明人】李运海
【申请人】合肥雷科电子科技有限公司