本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種節(jié)能型窄脈沖高壓電源。

背景技術(shù)：

能量密度型脈沖電源要求輸出電壓脈沖具有窄脈寬、陡前沿特性。在脈沖放電過程中，開關(guān)必須承受相當(dāng)大的電流上升率,有時(shí)可達(dá)到10000A/μs，顯然已接近開關(guān)使用極限。英國學(xué)者W.S.Melville從“電感飽和后阻抗迅速下降”這一現(xiàn)象中得到啟示，指出可以利用可飽和電感制成控制能量流動方向的“磁開關(guān)”，利用它可以將脈寬較大的電壓脈沖壓縮成為具有窄脈寬、陡前沿特性且能量更加集中的脈沖。

窄脈沖電源在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，包括無損檢測、脈沖電鍍、工業(yè)廢氣處理、脈沖電解污水處理、高頻脈沖感應(yīng)加熱、高功率激光泵、產(chǎn)生高功率帶電粒子束、電弧焊接、電火花加工、靜電除塵、臭氧制取和表面熱處理等。在軍事上,脈沖電源還用于電磁軌道炮、電磁脈沖模擬、粒子束武器、液電爆炸等領(lǐng)域?，F(xiàn)有窄脈沖電源應(yīng)用在具備顯著電容特性的高壓負(fù)載上時(shí)存在能耗高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種節(jié)能型窄脈沖高壓電源，在電源電路中增加能量回收利用電路、能量轉(zhuǎn)移利用電路，解決磁壓縮技術(shù)脈沖電源在具備顯著電容特性的高壓負(fù)載上能量再利用的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種節(jié)能型窄脈沖高壓電源，包括充電電路、脈沖發(fā)生電路、典型脈沖壓縮電路、負(fù)載LC1；所述脈沖發(fā)生電路的正輸出端與典型脈沖壓縮電路的正輸入端相連、所述典型脈沖壓縮電路的正輸出端與負(fù)載LC1的一端相連；還包括能量回收利用電路、能量轉(zhuǎn)移利用電路；所述充電電路的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路的第一正輸入端相連，所述能量轉(zhuǎn)移利用電路的正輸出端與脈沖發(fā)生電路的正輸入端相連；所述能量回收利用電路并聯(lián)在負(fù)載LC1兩端；所述能量回收利用電路的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路的第二正輸入端相連；充電電路的負(fù)輸出端分別與脈沖發(fā)生電路的負(fù)輸入端、典型脈沖壓縮電路的負(fù)輸入端、負(fù)載LC1的另一端、能量回收利用電路的負(fù)輸出端、能量轉(zhuǎn)移利用電路的負(fù)輸出端相連。

其中，所述能量回收利用電路包括磁開關(guān)MS3和負(fù)載LC2，所述磁開關(guān)MS3的負(fù)輸出端與負(fù)載LC2的一端相連。

其中，所述負(fù)載LC2需定制，一般由LC2上的所需工作電壓確定其等效電容量，進(jìn)而決定負(fù)載LC2的體量大小。比如要使Lc1和Lc2上的額定工作電壓相等，Lc2的電容量取值則由下公式計(jì)算：

C_Lc2＝C_Lc1－2×Q_消耗÷U²

其中：C_Lc2是Lc2的電容量；C_Lc1是Lc1的電容量；Q_消耗是Lc1上消耗的能量和MS3上消耗的能量總和；U是Lc1和Lc2的額定工作電壓。

其中，所述能量轉(zhuǎn)移利用電路包括電容C0、二極管D1、二極管D2、二極管D4、電感L1、電感L2；所述電容C0正極與二極管D1負(fù)極、二極管D2正極、二極管D4負(fù)極相連；所述二極管D2負(fù)極與電感L1的一端相連，電感L1的另一端與脈沖發(fā)生電路的正輸入端相連；所述二極管D4正極與電感L2的一端相連；所述電容C0負(fù)極與充電電路的負(fù)輸出端相連；所述二極管D1正極與充電電路的正輸出端相連。

其中，所述電感L2由可飽和電感替代。

其中，所述能量轉(zhuǎn)移利用電路還包括輔助回收電路；所述輔助回收電路包括電阻R1、二極管D3；所述二極管D3負(fù)極與電感L2的另一端相連，所述二極管D3正極與電阻R1的一端相連，所述電阻R1的另一端與電容C0負(fù)極相連。

其中，所述典型脈沖壓縮電路若干級磁壓縮電路相串聯(lián)構(gòu)成。

其中，所述磁壓縮電路由磁壓縮電容C1和磁開關(guān)MS1構(gòu)成，磁壓縮電容C1正極與磁開關(guān)MS1的的一端相連。

其中，負(fù)載工作在負(fù)高壓情況下，所述充電電路的正輸出端和的負(fù)輸出端方向?qū)φ{(diào)連接在電路中；所述二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4的正負(fù)極對調(diào)連接在電路中。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在電源電路中增加能量回收利用電路、能量轉(zhuǎn)移利用電路；能量回收利用電路，通過磁開關(guān)MS3連接負(fù)載LC2；工作時(shí)負(fù)載LC1從前級磁壓縮獲得脈沖能量并消耗部分能量，其剩余的能量再通過磁開關(guān)MS3對負(fù)載LC2供應(yīng)能量；能量轉(zhuǎn)移利用電路，通過負(fù)載、電感L2、電容C0的三個元件用LC震蕩的方式將負(fù)載上未消耗的能量轉(zhuǎn)移到電源前級儲能電容C0上；負(fù)載LC1上能量消耗的越少，則回收利用的能量越多，提高了高壓電源利用率，充電損耗小、轉(zhuǎn)換效率高；這兩種電路可以一起應(yīng)用，也可以單獨(dú)應(yīng)用，均能提高能量利用率；使用輔助回收電路解決了由于電容C0容值比負(fù)載容值大很多(C0電壓比負(fù)載電壓低很多)的情況下能量從Lc2轉(zhuǎn)移到C0的效率低的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例方框圖；

圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例電路原理圖；

圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例電路原理圖；

圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例電路原理圖；

圖5為本發(fā)明第四實(shí)施例電路原理圖；

圖6為本發(fā)明電路工作時(shí)負(fù)載LC1、負(fù)載LC2、二極管D3和電容C0的波形圖；

圖中：S01、充電電路；S02、能量轉(zhuǎn)移利用電路；S03、脈沖發(fā)生電路；S04、典型脈沖壓縮電路；S05、負(fù)載LC1；S06、能量回收利用電路；S07、輔助回收電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種節(jié)能型窄脈沖高壓電源，包括充電電路S01、脈沖發(fā)生電路S03、典型脈沖壓縮電路S04、負(fù)載LC1S05；所述脈沖發(fā)生電路S03的正輸出端與典型脈沖壓縮電路S04的正輸入端相連、所述典型脈沖壓縮電路S04的正輸出端與負(fù)載LC1S05的一端相連；還包括能量回收利用電路S06、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02；所述充電電路S01的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的第一正輸入端相連，所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的正輸出端與脈沖發(fā)生電路S03的正輸入端相連；所述能量回收利用電路S06并聯(lián)在負(fù)載LC1S05兩端；所述能量回收利用電路S06的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的第二正輸入端相連；充電電路S01的負(fù)輸出端分別與脈沖發(fā)生電路S03的負(fù)輸入端、典型脈沖壓縮電路S04的負(fù)輸入端、負(fù)載LC1S05的另一端、能量回收利用電路S06的負(fù)輸出端、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的負(fù)輸出端相連。

如圖2所示，所述為本發(fā)明第一實(shí)施例電路原理圖，包括充電電路S01、脈沖發(fā)生電路S03、典型脈沖壓縮電路S04、負(fù)載LC1S05、能量回收利用電路S06、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02；所述能量回收利用電路S06包括磁開關(guān)MS3和負(fù)載LC2，所述磁開關(guān)MS3的負(fù)輸出端與負(fù)載LC2的一端相連；負(fù)載LC2定制負(fù)載以獲得合適的電容量，負(fù)載LC2的電容量可以使負(fù)載LC2達(dá)到想要的電壓；Lc2的電容量取值由下公式計(jì)算：

C_Lc2＝C_Lc1－2×Q_消耗÷U²

其中：C_Lc2是Lc2的電容量；C_Lc1是Lc1的電容量；Q_消耗是Lc1上消耗的能量和MS3上消耗的能量總和；U是Lc1和Lc2的額定工作電壓。

工作時(shí)負(fù)載LC1S05從前級磁壓縮獲得脈沖能量并消耗部分能量，剩余的能量再通過磁開關(guān)MS3對負(fù)載LC2供應(yīng)能量。

所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02包括電容C0、用于防止能量轉(zhuǎn)移時(shí)對充電電路S01產(chǎn)生影響的二極管D1、用于防止電容C0和脈沖發(fā)生電路S03發(fā)生往返反復(fù)震蕩的二極管D2、使能量單向轉(zhuǎn)移的二極管D4、用于降低電容C0對脈沖發(fā)生電路S03充電沖擊的電感L1、電感L2；所述電容C0正極與二極管D1負(fù)極、二極管D2正極、二極管D4負(fù)極相連；所述二極管D2負(fù)極與電感L1的一端相連，電感L1的另一端與脈沖發(fā)生電路S03的正輸入端相連；所述二極管D4正極與電感L2的一端相連；所述電感L2的另一端與磁開關(guān)MS3的負(fù)輸出端相連；所述電容C0負(fù)極與充電電路S01的負(fù)輸出端相連；所述二極管D1正極與充電電路S01的正輸出端相連。

所述電感L2可由可飽和電感替代。

所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02還包括輔助回收電路S07；所述輔助回收電路S07包括電阻R1、二極管D3；所述二極管D3負(fù)極與電感L2的另一端相連，所述二極管D3正極與電阻R1的一端相連，所述電阻R1的另一端與電容C0負(fù)極相連。二極管D3用于增大電容C0的容值，在能量從LC2轉(zhuǎn)移到C0的過程中提供額外的電荷，電壓低的情況下提高能量從LC2轉(zhuǎn)移到C0的效率。R1用于保護(hù)D3，防止D3因電流過大損壞。輔助回收電路S07用LC震蕩的方式將LC2上未消耗的能量轉(zhuǎn)移到電源前級儲能電容C0上。

負(fù)載LC1上能量消耗的越少，則回收利用的能量越多，通過這種方法可以再次利用負(fù)載上未消耗的能量，提高電能使用效率。

所述能量回收利用電路S06、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02與可以單獨(dú)應(yīng)用在電源電路中。

如圖3所示，為本發(fā)明第二實(shí)施例電路原理圖；與第一實(shí)施例的區(qū)別在于只使用能量回收利用電路S06；第二實(shí)施例包括充電電路S01、脈沖發(fā)生電路S03、典型脈沖壓縮電路S04、負(fù)載LC1S05、能量回收利用電路S06；所述充電電路S01的正輸出端與脈沖發(fā)生電路S03的正輸入端相連，所述脈沖發(fā)生電路S03的正輸出端與典型脈沖壓縮電路S04的正輸入端相連、典型脈沖壓縮電路S04的正輸出端與負(fù)載LC1S05的一端相連；所述充電電路S01的負(fù)輸出端、所述脈沖發(fā)生電路S03的負(fù)輸出端、典型脈沖壓縮電路S04的負(fù)輸出端、負(fù)載LC1S05的另一端相連；所述能量回收利用電路S06并聯(lián)在負(fù)載LC1S05兩端；所述能量回收利用電路S06包括磁開關(guān)MS3和負(fù)載LC2，所述磁開關(guān)MS3的負(fù)輸出端與負(fù)載LC2的一端相連。

負(fù)載LC2定制負(fù)載以獲得合適的電容量，負(fù)載LC2的電容量可以使負(fù)載LC2達(dá)到想要的電壓；工作時(shí)負(fù)載LC1S05從前級磁壓縮獲得脈沖能量并消耗部分能量，其剩余的能量再通過磁開關(guān)MS3對負(fù)載LC2供應(yīng)能量。通過這種方法可以再次利用負(fù)載上未消耗的能量，提高電能使用效率。如果Lc1工作消耗是總能量的17％，MS3的損耗是總能量的3％，那么在相同的供電能量下，通過第二實(shí)施例可增加80％的產(chǎn)出。在產(chǎn)出相同的情況下通過第二實(shí)施例可以節(jié)能約44％。

如圖4所示，為本發(fā)明第三實(shí)施例電路原理圖；與第一實(shí)施例的區(qū)別在于使用能量轉(zhuǎn)移利用電路S02；第三實(shí)施例包括充電電路S01、脈沖發(fā)生電路S03、典型脈沖壓縮電路S04、負(fù)載LC1S05、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02；所述脈沖發(fā)生電路S03的正輸出端與典型脈沖壓縮電路S04的正輸入端相連、典型脈沖壓縮電路S04的正輸出端與負(fù)載LC1S05的一端相連；所述充電電路S01的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的第一正輸入端相連，所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的正輸出端與脈沖發(fā)生電路S03的正輸入端相連；所述典型脈沖壓縮電路S04的正輸出端與能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的第二正輸入端相連；充電電路S01的負(fù)輸出端分別與脈沖發(fā)生電路S03的負(fù)輸入端、典型脈沖壓縮電路S04的負(fù)輸入端、負(fù)載LC1S05的另一端、能量轉(zhuǎn)移利用電路S02的負(fù)輸出端相連。

所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02包括電容C0、用于防止能量轉(zhuǎn)移時(shí)對充電電路S01產(chǎn)生影響的二極管D1、用于防止電容C0和脈沖發(fā)生電路S03發(fā)生往返反復(fù)震蕩的二極管D2、使能量單向轉(zhuǎn)移的二極管D4、用于降低電容C0對脈沖發(fā)生電路S03充電沖擊的電感L1、電感L2；所述電容C0正極與二極管D1負(fù)極、二極管D2正極、二極管D4負(fù)極相連；所述二極管D2負(fù)極與電感L1的一端相連，電感L1的另一端與脈沖發(fā)生電路S03的正輸入端相連；所述二極管D4正極與電感L2的一端相連；所述電感L2的另一端與磁開關(guān)MS3的負(fù)輸出端相連；所述電容C0負(fù)極與充電電路S01的負(fù)輸出端相連；所述二極管D1正極與充電電路S01的正輸出端相連。

所述能量轉(zhuǎn)移利用電路S02還包括輔助回收電路S07；所述輔助回收電路S07包括電阻R1、二極管D3；所述二極管D3負(fù)極與電感L2的另一端相連，所述二極管D3正極與電阻R1的一端相連，所述電阻R1的另一端與電容C0負(fù)極相連。

如果原電源工作損耗是20％，負(fù)載消耗是20％，能量轉(zhuǎn)移利用電路S02和輔助回收電路S07的損耗是10％，則能量可以回收50％。在相同產(chǎn)出的情況下，僅通過第三實(shí)施例可以節(jié)能約33％。

如圖5所示，為本發(fā)明第四實(shí)施例電路原理圖；與第一實(shí)施例的區(qū)別在于負(fù)載工作在負(fù)高壓情況下，所述充電電路S01的正輸出端和的負(fù)輸出端方向?qū)φ{(diào)連接在電路中；所述二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4的正負(fù)極對調(diào)連接在電路中，工作原理不變。

如圖6所示，為本發(fā)明電路工作時(shí)負(fù)載LC1、負(fù)載LC2、二極管D3和電容C0的波形圖；在典型脈沖壓縮電路S04上的磁開關(guān)MS2打開時(shí)，電容C2能量轉(zhuǎn)移至負(fù)載LC1S05上；在負(fù)載LC1S05的電壓到達(dá)峰值時(shí)磁開關(guān)MS3打開，能量從負(fù)載LC1S05轉(zhuǎn)移至負(fù)載LC2；在負(fù)載LC2的電壓達(dá)到峰值之后，能量從負(fù)載LC2轉(zhuǎn)移到電容C0，電容C0上的電壓升高，完成能量回收。