一种猝发重频大功率高压充电电源电路及充电方法与流程

本发明属于脉冲功率源的技术领域，具体而言，涉及一种猝发重频大功率高压充电电源电路及充电方法。

背景技术：

高功率脉冲技术是一种使用高电压、大电流、高功率的脉冲技术。脉冲功率技术是近几十年内迅速发展起来的一门新兴科学，随后在高功率微波、强激光、电磁发射等国防军事需求及国民经济领域日益广泛应用的牵引下，取得巨大进步。重频化、小型化已成为脉冲功率源重要的发展方向之一，促使脉冲功率装置的重复频率不断提高。

目前紧凑型重频脉冲功率源由重频充电电源和重频脉冲发生器组成，重频脉冲发生器采用紧凑型电感隔离marx发生器实现，然而与之配套的重频充电电源技术一直进展缓慢，特别是对于有着高参数需求的应用，目前鲜见相关方案的发表。

为了满足电感隔离型marx发生器的储能电容快速充电要求，亟待对重频充电电源技术作出开发和改进。

技术实现要素：

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种猝发重频大功率高压充电电源电路及充电方法以达到在低供电功率的条件下能够对脉冲功率源进行猝发重频脉冲充电，同时满足小型化、轻量化、一体化以及便携要求的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种猝发重频大功率高压充电电源电路，包括电容负载，还包括多个高功率放电模块、低功率直流电源、大功率脉冲变压器和高压隔离硅堆，所述低功率直流电源分别与各所述高功率放电模块连接，各所述高功率放电模块产生放电脉冲并进行重频输出且各所述高功率放电模块的另一端均连接至所述大功率脉冲变压器，大功率脉冲变压器与高压隔离硅堆连接，通过该高压隔离硅堆对电容负载充电。

进一步地，还包括fpga时序控制单元，所述电容负载连接有主开关触发电路，所述低功率直流电源、主开关触发电路和各所述高功率放电模块均与fpga时序控制单元之间通信连接，以实现按工作时序有序控制。

进一步地，所述高功率放电模块包括隔离硅堆、高压储能电容、大功率晶闸管开关和晶闸管触发电路，所述低功率直流电源与隔离硅堆连接，隔离硅堆的另一端与高压储能电容连接，高压储能电容的另一端与大功率晶闸管开关连接，大功率晶闸管开关的另一端与所述大功率脉冲变压器连接；所述晶闸管触发电路分别与fpga时序控制单元和大功率晶闸管开关连接。

进一步地，还包括隔离供电单元，该隔离供电单元对所述晶闸管触发电路进行单独供电，增强电源系统抗干扰能力。

进一步地，所述高压储能电容采用干式金属化膜电容器，其能量密度在同等压范围内有着明显的优势，有利于减小脉冲功率源的整体体积。

进一步地，所述大功率脉冲变压器采用开路磁芯方式，便于通过结构设计及工艺控制实现高压大功率输出和小型化。

本发明还公开了一种猝发重频大功率高压充电电源的充电方法，该方法包括：

(1)经多个高功率放电模块组成并联电路，并通过低功率直流电源对各个高功率放电模块供电；

(2)各个高功率放电模块进行分时放电并重频输出至大功率脉冲变压器；

(3)大功率脉冲变压器输出高压脉冲信号，并经过高压隔离硅堆后对电容负载充电。

进一步地，还包括fpga时序控制单元和主开关触发电路，该主开关触发电路用于对电容负载放电，通过该fpga时序控制单元分别对所述低功率直流电源、主开关触发电路和各所述高功率放电模块进行工作时序控制。

进一步地，所述高功率放电模块包括隔离硅堆、高压储能电容、大功率晶闸管开关、晶闸管触发电路和隔离供电单元，通过低功率直流电源将低压直流转换高压直流；通过隔离硅堆将高压直流对高压储能电容进行充电，高压储能电容通过大功率晶闸管开关控制形成放电脉冲；放电脉冲通过大功率脉冲变压器输出高压脉冲信号；

所述fpga时序控制单元通过晶闸管触发电路对大功率晶闸管开关进行控制，并通过隔离供电单元对晶闸管触发电路进行供电。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的猝发重频大功率高压充电电源电路，通过多路高功率放电模块并联并进行充电、高压储能电容预储能，减少低功率直流电源对供电功率的需求，高功率放电模块分时放电，经过大功率脉冲变压器重频输出，该电路中采用多个高功率放电模块分时工作以在大功率脉冲变压器的初级绕组上实现重频输出，则对每个高功率放电模块的功率容量要求更低，并可根据脉冲数需求进行灵活配置。

2.采用本发明所提供的猝发重频大功率高压充电电源电路，在各个高功率放电模块中采用大功率晶闸管开关作为大功率放电开关并输出充电脉冲，再通过大功率脉冲变压器进一步升高电压以满足电容负载的额定电压要求，以能够对脉冲功率源进行猝发重频脉冲充电。

附图说明

图1是本发明提供的猝发重频大功率高压充电电源电路的电路结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

在本实施例中提供了一种猝发重频大功率高压充电电源电路，包括低功率直流电源和电容负载，还包括多个高功率放电模块、大功率脉冲变压器和高压隔离硅堆，其中，各个高功率放电模块呈相互并联的方式连接；高压隔离硅堆也称为脉冲高压隔离硅堆，其是一种高电压、大功率的脉冲隔离部件；大功率脉冲变压器主要应用在雷达、高能物理、量子电子学、变换技术等领域的设备中；电容负载为该大功率高压充电电源电路的负载端，其也可称为脉冲功率源中的储能电容。

所述低功率直流电源分别与各所述高功率放电模块连接，以对各所述高功率放电模块提供0-5kv的直流电压，各所述高功率放电模块产生放电脉冲并进行重频输出且各所述高功率放电模块的另一端均连接至所述大功率脉冲变压器，以在大功率脉冲变压器的初级绕组上实现重频输出，大功率脉冲变压器与高压隔离硅堆连接，通过高压隔离硅堆实现电容负载与大功率脉冲变压器之间电压隔离，并通过高压隔离硅堆对电容负载充电。其中，大功率脉冲变压器是生产标准符合gjb2829-97大功率脉冲变压器总规范的产品，其输出为0-100kv的直流电压。

还包括fpga时序控制单元和主开关触发电路，所述电容负载与主开关触发电路相连接，以通过主开关触发电路的开/关实现对电容负载进行放电；所述低功率直流电源、主开关触发电路和各所述高功率放电模块均与fpga时序控制单元之间通信连接，以通过fpga时序控制单元对低功率直流电源、主开关触发电路和各所述高功率放电模块进行工作时序控制，其中，主开关触发电路为脉冲功率源中的配套电路，其导通之后主要用于对电容负载进行发电，待电容负载放电完成后，以进入对电容负载的下一个充电工况中。

高功率放电模块包括隔离硅堆、高压储能电容、大功率晶闸管开关和晶闸管触发电路，所述低功率直流电源与隔离硅堆连接，隔离硅堆的另一端与高压储能电容连接，高压储能电容的另一端与大功率晶闸管开关连接，大功率晶闸管开关的另一端与所述大功率脉冲变压器连接；所述晶闸管触发电路分别与fpga时序控制单元和大功率晶闸管开关连接，晶闸管触发电路作为大功率晶闸管开关进行启闭的驱动电路，以通过晶闸管触发电路对大功率晶闸管开关的开/关进行控制；还包括隔离供电单元，该隔离供电单元采用电池对所述晶闸管触发电路进行供电，以增强电源系统抗干扰能力，当电池电量不足时，则需要通过市电对其充电，且市电充电过程不应与脉冲功率源的启动工作同步。

在本实施例中，采用干式金属化膜电容器作为高压储能电容，其能量密度在同等压范围内有着明显的优势，有利于减小脉冲功率源的整体体积。所述大功率脉冲变压器采用开路磁芯方式，便于通过结构设计及工艺控制实现高压大功率输出和小型化，对高功率脉冲功率领域初级电源的设计与研究具有重要的参考价值。

实施例2

在实施例1的基础上，在本实施例中还公开了该猝发重频大功率高压充电电源电路及充电方法的充电方法，该方法包括：

(1)经多个高功率放电模块组成并联电路，并通过低功率直流电源对各个高功率放电模块供电；

(2)各个高功率放电模块进行分时放电并重频输出至大功率脉冲变压器；

(3)大功率脉冲变压器输出高压脉冲信号，并经过高压隔离硅堆后对电容负载充电；

(4)电容负载通过主开关触发电路对其进行放电；

上述过程中，通过fpga时序控制单元分别对所述低功率直流电源、主开关触发电路和各所述高功率放电模块进行工作时序控制。

其具体工作原理如下：低功率直流电源将外部输入的低压直流转换为数千伏高压直流；高压直流通过隔离硅堆给高压储能电容进行充电；高压储能电容通过大功率晶闸管开关控制形成放电脉冲，放电脉冲通过大功率脉冲变压器的初级绕组产生谐振；

由于大功率脉冲变压器的初/次级绕组紧密耦合，则在次级绕组中输出高压脉冲信号，高压脉冲信号经过高压隔离硅堆后对电容负载充电，高压隔离硅堆实现电容负载与大功率脉冲变压器之间电压隔离；

最后经主开关触发电路促使脉冲功率源的主开关导通以对电容负载进行放电，在电容负载上获得几百千伏以上的快前沿脉冲，待电容负载放电完成后进入下一个充电工况；

在上述中采用fpga时序控制单元完成对低功率直流电源、晶闸管触发电路、主开关触发电路工作时序控制，以使脉冲功率源在充电、放电工况之间有序循环工作。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。