一種xram脈沖產(chǎn)生電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，主開關(guān)選用反向觸發(fā)雙極晶閘管（reverse?switching?dynistor,RSD），反向觸發(fā)雙極晶閘管是一種新型高功率半導體閉合開關(guān)，具有通流能力強、電流變化率、延時抖動??；選用快恢復晶閘管作為初級開關(guān)，減小換流過程的能量損失，提高了輸出效率。本發(fā)明的有益效果是，能夠提高輸出脈沖的峰值電流、電流變化率、輸出效率。通過換流技術(shù)，單元電感儲能系統(tǒng)的換流能力可達數(shù)十kA，與高儲能密度電池或小型飛輪發(fā)電機配合，大量電感儲能單元并聯(lián)運行，可以實現(xiàn)儲能百kJ到幾MJ的高功率脈沖電源系統(tǒng)。
【專利說明】—種XRAM脈沖產(chǎn)生電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，主要應用于脈沖功率系統(tǒng)中產(chǎn)生低壓、大電流的高功率脈沖。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖功率技術(shù)是在時間尺度上對能量進行壓縮，以獲得高功率脈沖。傳統(tǒng)的Marx電路利用多個電容器由一個電壓源并聯(lián)充電、通過閉合開關(guān)串聯(lián)放電來實現(xiàn)電壓疊加、功率放大。而XRAM電路是利用多個電感由一個電流源串聯(lián)充電，通過斷路開關(guān)并聯(lián)放電實現(xiàn)電流疊加、功率放大。與電容儲能方式相比，電感的儲能密度要高一個量級，另外電感可以在很低的電壓下產(chǎn)生大電流，從而大大降低了對初級電源的要求。電感以磁場的形式存儲能量，相對于慣性儲能系統(tǒng)，電感儲能密度較低，但電感儲能是一種靜態(tài)儲能方式，因而更安全。電感儲能密度僅受制于制作電感的材料的機械力學特性，更利于冷卻。
[0003]目前電感儲能型脈沖功率源的研究主要受制于高功率斷路開關(guān)和能夠提供大充電電流的初級電源。高功率電流源能夠采用相對較低的電流源并聯(lián)運行來實現(xiàn)，從而大大降低了對初級電源和斷路開關(guān)的要求。斷路開關(guān)可以采用機械開關(guān)、等離子體熔蝕開關(guān)或電爆炸絲開關(guān)，但這些開關(guān)均無法滿足系統(tǒng)迅速啟動、穩(wěn)定可靠、維護方便等要求，因此能滿足上述要求的高功率半導體斷路開關(guān)成為最佳的選擇。目前商品化的高功率半導體斷路開關(guān)開斷電流的能力約4kA，斷路能力有限，制約著電感儲能型脈沖電源的發(fā)展。
[0004]基于反向強迫換流技術(shù)的XRAM電路雖然能使單路換流提高到數(shù)十kA，但隨著XRAM電流的級數(shù)的增加，對換流的主開關(guān)提出了更高的要求，脈沖晶閘管di/dt高，通流能力的很難滿足要求，同時，換流過程中脈沖晶閘管的損耗大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，針對現(xiàn)有XRAM電路輸出電流小、輸出效率低的問題，提出了新型XRAM脈沖產(chǎn)生電路，提升了通流能力，提高了輸出效率。
[0007]技術(shù)方案
[0008]一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于包括初級充電回路、換流回路和主放電回路；所述初級充電回路是充電電源U經(jīng)晶閘管Th1接電感L1，續(xù)流二極管D1反并聯(lián)于Th1兩端，再接晶閘管Th2和電感L2，續(xù)流二極管D4反并聯(lián)于Th2兩端，再接晶閘管Th3和電感L3,續(xù)流二極管D7反并聯(lián)于Th3兩端，再接晶閘管Th4和電感L4,續(xù)流二極管Dltl反并聯(lián)于Th4兩端，而后接電源的接地端；所述主放電回路是RSD觸發(fā)開關(guān)S1和電容C5并聯(lián)于RSD開關(guān)兩端；所述換流回路分為四條支路，支路I是電容C1正極經(jīng)續(xù)流二極管D1、電源U、二極管D12到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C1負極，二極管D2并聯(lián)于C1兩端；支路2是電容C2正極經(jīng)續(xù)流二極管D4、二極管D3到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C2負極，二極管D5并聯(lián)于C2兩端；支路3是電容C3正極經(jīng)續(xù)流二極管D7、二極管D6到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C3負極，二極管D8反并聯(lián)于C3兩端；支路4是電容C4正極經(jīng)續(xù)流二極管Dltl、二極管D9到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C4負極，二極管D11并聯(lián)于C4兩端。
[0009]所述RSD開關(guān)選用反向觸發(fā)雙極晶閘管。
[0010]所述RSD觸發(fā)開關(guān)S1選用MOS管、IGBT開關(guān)或晶閘管。
[0011]所述換流回路擴展為η條支路。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明提出的一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，主開關(guān)選用反向觸發(fā)雙極晶閘管(reverse switching dynistor, RSD),反向觸發(fā)雙極晶閘管是一種新型高功率半導體閉合開關(guān)，具有通流能力強、電流變化率、延時抖動??；選用快恢復晶閘管作為初級開關(guān)，減小換流過程的能量損失，提高了輸出效率。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，能夠提高輸出脈沖的峰值電流、電流變化率、輸出效率。通過換流技術(shù)，單元電感儲能系統(tǒng)的換流能力可達數(shù)十kA，與高儲能密度電池或小型飛輪發(fā)電機配合，大量電感儲能單元并聯(lián)運行，可以實現(xiàn)儲能百kj到幾MJ的高功率脈沖電源系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的電路原理圖
[0016]圖中，充電電源U，晶閘管Th1, Th2, Th3, Th4 ;續(xù)流二極管D1, D4, D7, D10 ；，充電電感L11L21L31L4 ;換流電容 C1, C2，C3，C4 ；，二極管 D2, D3, D5, D6, D8, D9, D11, D12 J1.RSD 觸發(fā)開關(guān)，C5.RSD觸發(fā)電容，RSD.RSD開關(guān)，MS.磁開關(guān)，Ltl.負載電感。
[0017]圖2是本發(fā)明實施例典型的2級XRAM電路輸出波形，其中初級電感充電電流為6kA，充電至峰值電流時刻的時間為2.5ms，換流峰值電流為16kA，換流成功后的輸出電流約 12kA。
【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0019]本發(fā)明實施例的電路圖是可分為初級充電回路、換流回路和主放電回路三部分，換流回路擴展為4條支路；其中:初級充電回路是電源U經(jīng)晶閘管Th1接電感L1，續(xù)流二極管D1反并聯(lián)于Th1兩端，再接晶閘管Th2和電感L2,續(xù)流二極管D4反并聯(lián)于Th2兩端，再接晶閘管Th3和電感L3,續(xù)流二極管D7反并聯(lián)于Th3兩端，再接晶閘管Th4和電感L4,續(xù)流二極管Dltl反并聯(lián)于Th4兩端，而后接電源的接地端。主放電回路由RSD開關(guān)、負載電感Ltl和磁開關(guān)MS等組成，RSD觸發(fā)開關(guān)S1和電容C5并聯(lián)于RSD開關(guān)兩端。換流回路分為四條支路，支路I是電容C1正極經(jīng)續(xù)流二極管D1、電源U、二極管D12到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C1負極，二極管D2并聯(lián)于C1兩端；支路2是電容C2正極經(jīng)續(xù)流二極管D4、二極管D3到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C2負極，二極管D5并聯(lián)于C2兩端；支路3是電容C3正極經(jīng)續(xù)流二極管D7、二極管D6到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C3負極，二極管D8反并聯(lián)于C3兩端；支路4是電容C4正極經(jīng)續(xù)流二極管Dltl、二極管D9到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C4負極，二極管D11并聯(lián)于C4兩端。
[0020]實施例中的RSD開關(guān)選用反向觸發(fā)雙極晶閘管，RSD觸發(fā)開關(guān)S1選用MOS管、IGBT開關(guān)或晶閘管，充電電源U為電容器組或電池組或脈沖發(fā)電機。
[0021]本發(fā)明的工作過程是:⑴初始狀態(tài)時，電容Cp C2, C3和C4充電至設定電壓；(2)充電完成后，觸發(fā)晶閘管，電源通過晶閘管Th1、Th2、Th3和Th4分別對電感L1、L2、L3和L4依次充電；(3)當充電電流達到峰值電流時刻時，觸發(fā)開關(guān)S1開通，電容C5通過觸發(fā)開關(guān)S1諧振放電；(4)在觸發(fā)開關(guān)S1導通過程中，由于磁開關(guān)MS的阻抗很大，隔離了主放電回路和觸發(fā)回路；(5)當電容C5上電壓反向時，由于RSD開關(guān)反向阻抗很低，為RSD開關(guān)提供一反向觸發(fā)電流；(6)當磁開關(guān)MS飽和時，同時觸發(fā)回路提供的觸發(fā)電荷量大于臨界觸發(fā)電荷量時，RSD開關(guān)導通；
[0022]當換流回路為η級時,每條支路換流回路同時形成一反向換流電流，使各條支路的晶閘管關(guān)斷；例如第二級回路中，反向換流電流由電容C2通過二極管D4、二極管D3、磁開關(guān)MS、負載電感L。、RSD開關(guān)以及二極管D5。
[0023]當η至晶閘管同時關(guān)斷后，儲能電感U、L2, L3和L4并聯(lián)通過負載放電，負載上獲得一 η倍于電感充電電流的脈沖大電流。
【權(quán)利要求】
1.一種XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于包括初級充電回路、換流回路和主放電回路；所述初級充電回路是充電電源U經(jīng)晶閘管Th1接電感L1，續(xù)流二極管D1反并聯(lián)于Th1兩端，再接晶閘管Th2和電感L2,續(xù)流二極管D4反并聯(lián)于Th2兩端，再接晶閘管Th3和電感L3,續(xù)流二極管D7反并聯(lián)于Th3兩端，再接晶閘管Th4和電感L4,續(xù)流二極管Dltl反并聯(lián)于Th4兩端，而后接電源的接地端；所述主放電回路是RSD觸發(fā)開關(guān)S1和電容C5并聯(lián)于RSD開關(guān)兩端；所述換流回路分為四條支路，支路I是電容C1正極經(jīng)續(xù)流二極管Dp電源U、二極管D12到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C1負極，二極管D2并聯(lián)于C1兩端；支路2是電容C2正極經(jīng)續(xù)流二極管D4、二極管D3到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C2負極，二極管D5并聯(lián)于C2兩端；支路3是電容C3正極經(jīng)續(xù)流二極管D7、二極管D6到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C3負極，二極管D8反并聯(lián)于C3兩端；支路4是電容C4正極經(jīng)續(xù)流二極管Dltl、二極管D9到主放電回路磁開關(guān)MS、負載電感Ltl和RSD開關(guān)到電容C4負極，二極管D11并聯(lián)于C4兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于:所述RSD開關(guān)選用反向觸發(fā)雙極晶閘管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于:所述RSD觸發(fā)開關(guān)S1選用MOS管、IGBT開關(guān)或晶閘管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于:所述換流回路擴展為η條支路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述XRAM脈沖產(chǎn)生電路，其特征在于:所述充電電源U為電容器組或電池組或脈沖發(fā)電機。
【文檔編號】H02M9/02GK103546056SQ201310482278
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】王海洋, 何小平, 謝霖燊, 張國偉, 陳維青, 陳志強, 郭帆, 賈偉, 李俊娜, 湯俊萍, 孫鳳榮 申請人:西北核技術(shù)研究所