大电流直流脉冲电源的制作方法
【专利摘要】一种大电流直流脉冲电源，其电路包括：第一储能电容和第一晶闸管串联成的第一支路(100)；第二储能电容和第二晶闸管串联成的第二支路(200)；该两个支路并联；连接在第一储能电容和第一晶闸管的公共端与电源输出端之间的第三晶闸管(VS5)；连接在第二储能电容和第二晶闸管的公共端与电源输出端之间的第四晶闸管(VS6)；第一整流器(U1)，其三个交流端通过第一变压器(TV1)接电源输入端、两个直流端接第一支路两端；脉冲发生控制器(300)和第五变压器(TV7)，用于产生两路幅值相等相位相反的脉冲通过所述晶闸管控制第一和第二储能电容交替充放电。本电源能够产生600Hz峰值达20000A的脉冲电流。
【专利说明】大电流直流脉冲电源
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及脉冲电源，具体涉及大峰值电流直流脉冲电源。
【背景技术】
[0002]高能脉冲电源在金属材料的塑性加工、合金的凝固过程及组织控制、高频感应加热、表面热处理、电弧焊接、脉冲电镀和高功率激光泵等军工和民用领域有着广泛的应用。大多数时候，实际应用除了对脉冲电流的脉宽有一定限定外，还要求脉冲电源的输出电流具有高的能量密度，即脉冲电源能够输出高频率大峰值的脉冲电流。比如，金属材料的电致塑性加工处理所用的高频和大电流可以使金属材料的塑性大大增强，变形抗力大幅下降，使得材料的变形变得容易，尺寸控制更加精确。因此，制造稳定的低成本高频、大峰值电流的高能脉冲电源是业界一直追求的目标。
[0003]大多数直流脉冲电源是利用电容器的充电和放电来获得脉冲电流的，但由于受到电源电压和电器元件本身特性的限制，脉冲电源输出的频率和峰值电流往往相互限制，采用现有技术制造既能获得高频又能获得大峰值的脉冲电源是相当困难的。专利号为ZL00268205.2的中国专利介绍了一种由蓄电池和电容器并联所组成的大电流脉冲电源，但其放电电流也仅为100A，且其脉冲宽度为0.4ms，工作频率为10Hz，很难满足现代工业的使用要求。专利号为ZL200820077173.3的中国专利公开了一种大功率电塑性加工用脉冲电流装置，其最多可提供11路并联电路，每路最大300A,总共最大3300A的脉冲电流。专利号为ZL201120407621.3的中国专利介绍了一种可用于冲击磁铁的大电流脉冲电源装置，可提供频率为数十赫兹，脉宽小于600ns，脉冲电流峰值大于2100A的大电流脉冲电源装置，但其较小的频率和脉宽限制了其使用范围。由以上可见，在工业上广泛应用的脉宽和频率范围内，制造脉冲电流峰值大于5000A的脉冲电源装置还没有获得实质性的突破。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种大电流直流脉冲电源。
[0005]本实用新型提供的一种大电流直流脉冲电源，其电路包括:
[0006]第一储能电容和第一晶闸管串联组成的第一支路；
[0007]第二储能电容和第二晶闸管串联组成的第二支路，第二支路和第一支路并联；
[0008]连接在第一储能电容和第一晶闸管的公共端与电源输出端之间的第三晶闸管；
[0009]连接在第二储能电容和第二晶闸管的公共端与电源输出端之间的第四晶闸管；
[0010]第一整流器，其三个交流端通过第一变压器接电源的三相输入端、两个直流端对应接第一支路的两端；
[0011]脉冲发生控制器，包括两个开关管、由第一线圈和带第一中间抽头的第二线圈构成的第二变压器、由带第二中间抽头的第三线圈和第四线圈构成的第三变压器、低压直流源以及第二整流器，两个开关管的e极和第一中间抽头接低压直流源的输出端，两个开关管的c极对应接第三线圈的两端，两个开关管的b极对应接第二线圈的两端，第二中间抽头接低压直流源的地端，第一线圈一端接第二整流器的一个直流端、另一端通过第三电容接第二整流器的另一个直流端，第二整流器的三个交流端通过第四变压器接电源的三相输入端；以及
[0012]第五变压器，具有第五线圈和设于同一侧的第六线圈和第七线圈，用于输出两路幅值相等相位相反的控制脉冲，第五线圈与第四线圈连接，第六线圈一端接第一晶闸管和第三晶闸管的公共端、另一端通过第一正向二极管接第一晶闸管的控制端并通过第二反向二极管接第三晶闸管的控制端，第七线圈一端接第二晶闸管和第四晶闸管的公共端、另一端通过第三正向二极管接第二晶闸管的控制端并通过第四反向二极管接第四晶闸管的控制端。
[0013]进一步，该大电流直流脉冲电源的电路还包括第三整流器、第四整流器、第六变压器和第七变压器，第三整流器的三个交流端通过第六变压器接电源的三相输入端、两个直流端对应接第一支路的两端，第四整流器的三个交流端通过第七变压器接电源的三相输入端、两个直流端与第二整流器的两个直流端并接，第一变压器和第四变压器的初、次级线圈均为星形连接，第六变压器和第七变压器的初级线圈为三角形连接、次级线圈为星形连接。
[0014]进一步，第一储能电容两端并接第五二极管，第二储能电容两端并接第六二极管。
[0015]本直流脉冲电源能够产生600Hz以上、峰值达20000A的脉冲电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为第一实施例大电流直流脉冲电源的电路图；
[0017]图2为其中?、⑥、?点的电压波形；
[0018]图3为第二实施例大电流直流脉冲电源的电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0020]图1示出了第一实施例大电流直流脉冲电源的电路。如图1所示，该电源电路包括:第一储能电容C9和第一晶闸管VS4串联组成的第一支路100 ;第二储能电容ClO和第二晶闸管VS7串联组成的第二支路200，第二支路200和第一支路100并联；连接在第一储能电容C9和第一晶闸管VS4的公共端与电源输出端之间的第三晶闸管VS5 ;连接在第二储能电容ClO和第二晶闸管VS7的公共端与电源输出端之间的第四晶闸管VS6。该电源电路还包括第一整流器U1、脉冲发生控制器300和第五变压器TV7。
[0021]第一整流器Ul的三个交流端通过第一变压器TVl接电源的三相输入端，第一整流器Ul的两个直流端对应接第一支路100的两端。
[0022]脉冲发生控制器300包括:两个开关管VT1、VT2，由第一线圈LI和带第一中间抽头Tl的第二线圈L2构成的第二变压器TV5，由带第二中间抽头T2的第三线圈L3和第四线圈L4构成的第三变压器TV6，低压直流源301，以及第二整流器U2。两个开关管VT1、VT2的e极和第一中间抽头Tl接低压直流源301的输出端，两个开关管VT1、VT2的c极对应接第三线圈L3的两端，两个开关管VT1、VT2的b极对应接第二线圈L2的两端，第二中间抽头T2接低压直流源301的地端，第一线圈LI 一端接第二整流器U2的一个直流端、另一端通过第三电容C2接第二整流器U2的另一个直流端，第二整流器U2的三个交流端通过第四变压器TV3接电源的三相输入端。
[0023]第五变压器TV7具有第五线圈L5和设于同一侧的第六线圈L6和第七线圈L7，用于输出两路幅值相等相位相反的控制脉冲，第五线圈L5与第四线圈L4连接，第六线圈L6一端接第一晶闸管VS4和第三晶闸管VS5的公共端、另一端通过第一正向二极管VD19接第一晶闸管VS4的控制端并通过第二反向二极管VD20接第三晶闸管VS5的控制端，第七线圈L7 一端接第二晶闸管VS7和第四晶闸管VS6的公共端、另一端通过第三正向二极管VD27接第二晶闸管VS7的控制端并通过第四反向二极管VD26接第四晶闸管VS6的控制端。
[0024]该电路的工作过程如下:脉冲发生控制器300输出的脉冲经过第五变压器TV7后产生两路幅值相等相位相反的控制脉冲，通过第一至第四晶闸管控制第一储能电容C9和第二储能电容ClO交替地充电和放电，即第一储能电容C9充电时第二储能电容ClO向负载输出电流，第二储能电容ClO充电时第一储能电容C9向负载输出电流。图1中?、?、?点的电压波形分别如图2中的?、?、?所示。该电源可产生一个频率为600Hz、峰值达20000A的脉冲电流。
[0025]进一步在第一储能电容C9两端并接第五二极管VD21，第二储能电容ClO两端并接第六二极管VD25，此外还设置了二极管VD17、VD18、VD22、VD23、VD24、VD28，以进一步消除第一储能电容C9和第二储能电容ClO充放电之间的相互影响，提高脉冲电源的性能。
[0026]图3示出了第二实施例大电流直流脉冲电源的电路。如图3所示，相较于第一实施例，第二实施例大电流直流脉冲电源电路增加了第三整流器U3、第四整流器U4、第六变压器TV8和第七变压器TV9，第三整流器U3的三个交流端通过第六变压器TV8接电源的三相输入端、两个直流端对应接第一支路100的两端，第四整流器U4的三个交流端通过第七变压器TV9接电源的三相输入端、两个直流端与第二整流器U2的两个直流端并接，第一变压器TVl和第四变压器TV3的初、次级线圈均为星形连接，第六变压器TV8和第七变压器TV9的初级线圈为三角形连接、次级线圈为星形连接。第二实施例大电流直流脉冲电源可产生一个频率为1200Hz、峰值达20000A以上的脉冲电流。
[0027]本实用新型中所述的第一储能电容可以是单个电容，也可以由复数个电容串联、并联或者串并联构成。同样，第二储能电容可以是单个电容，也可以由复数个电容串联、并联或者串并联构成。
【权利要求】
1.一种大电流直流脉冲电源，其特征在于，该电源的电路包括: 第一储能电容(C9)和第一晶闸管(VS4)串联组成的第一支路(100)； 第二储能电容(ClO)和第二晶闸管(VS7)串联组成的第二支路(200)，第二支路和第一支路并联； 连接在第一储能电容(C9)和第一晶闸管(VS4)的公共端与电源输出端之间的第三晶闸管(VS5)； 连接在第二储能电容(ClO)和第二晶闸管(VS7)的公共端与电源输出端之间的第四晶闸管(VS6)； 第一整流器(Ul)，其三个交流端通过第一变压器(TVl)接电源的三相输入端、两个直流端对应接第一支路的两端； 脉冲发生控制器(300)，包括两个开关管(VT1、VT2)、由第一线圈(LI)和带第一中间抽头(Tl)的第二线圈(L2)构成的第二变压器(TV5)、由带第二中间抽头(T2)的第三线圈(L3)和第四线圈(L4)构成的第三变压器(TV6)、低压直流源(301)以及第二整流器(U2)，两个开关管的e极和第一中间抽头接低压直流源的输出端，两个开关管的c极对应接第三线圈的两端，两个开关管的b极对应接第二线圈的两端，第二中间抽头接低压直流源的地端，第一线圈一端接第二整流器的一个直流端、另一端通过第三电容(C2)接第二整流器的另一个直流端，第二整流器的三个交流端通过第四变压器(TV3)接电源的三相输入端；以及 第五变压器(TV7)，具有第五线圈(L5)和设于同一侧的第六线圈(L6)和第七线圈(L7)，用于输出两路幅值相等相位相反的控制脉冲，第五线圈与第四线圈连接，第六线圈一端接第一晶闸管(VS4)和第三晶闸管(VS5)的公共端、另一端通过第一正向二极管(VD19)接第一晶闸管(VS4)的控制端并通过第二反向二极管(VD20)接第三晶闸管(VS5)的控制端，第七线圈一端接第二晶闸管(VS7)和第四晶闸管(VS6)的公共端、另一端通过第三正向二极管(VD27)接第二晶闸管(VS7)的控制端并通过第四反向二极管(VD26)接第四晶闸管(VS6)的控制端。
2.根据权利要求1的大电流直流脉冲电源，其特征在于:该电源的电路还包括第三整流器(U3)、第四整流器(U4)、第六变压器(TV8)和第七变压器(TV9)，第三整流器的三个交流端通过第六变压器(TV8)接电源的三相输入端、两个直流端对应接第一支路的两端，第四整流器的三个交流端通过第七变压器(TV9)接电源的三相输入端、两个直流端与第二整流器的两个直流端并接，第一变压器(TVl)和第四变压器(TV3)的初、次级线圈均为星形连接，第六变压器(TV8)和第七变压器(TV9)的初级线圈为三角形连接、次级线圈为星形连接。
3.根据权利要求1的大电流直流脉冲电源，其特征在于:第一储能电容(C9)两端并接第五二极管(VD21)，第二储能电容(ClO)两端并接第六二极管(VD25)。
【文档编号】H02M9/02GK203708136SQ201420028031
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】唐国翌, 王海波, 卢福瑞, 唐飞, 宋国林 申请人:清华大学深圳研究生院, 哈尔滨精德成套电气有限公司, 黑龙江虹桥金属制品有限公司