一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖功率電源是一種在一個相對長的時間內(nèi)積累能量并將其快速釋放的特殊電源，其目的是提高瞬態(tài)功率。脈沖的特征參量包括電壓水平，上升時間等取決于脈沖負(fù)載的需求。最初始的脈沖電源是單脈沖的，用于軍事和核工業(yè)中產(chǎn)生極高的峰值功率，而重復(fù)頻率的脈沖功率的電壓等級較低，卻被廣泛地應(yīng)用于食品加工、醫(yī)學(xué)治療、廢水處理、廢氣處理、臭氧制造、發(fā)動機(jī)點火，離子注入、材料加工等。
[0003]傳統(tǒng)的Marx發(fā)生器，磁脈沖壓縮，脈沖形成網(wǎng)絡(luò)等方案存在效率低、靈活性差和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點。在電力電子技術(shù)和功率半導(dǎo)體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，開關(guān)變換器被用來制作脈沖功率電源。由于大多數(shù)的脈沖功率應(yīng)用場合具有阻容或感容特性，因此電流源型拓?fù)淇捎脕硖峁┟}沖功率。
[0004]目前脈沖電流源常采用的拓?fù)溆?Buck拓?fù)?、Buck和橋式逆變器串聯(lián)、同步Buck型拓?fù)湟约癇uck-Boost拓?fù)涞?。這些buck類衍生拓?fù)渫ǔＭㄟ^反饋環(huán)路來做電壓調(diào)節(jié)和過流保護(hù)。控制環(huán)路的響應(yīng)時間比輸出負(fù)載脈沖邊沿的暫態(tài)變化慢得多。因此，功率變換滯后于脈沖邊沿需求并且會在脈沖開始時形成脈沖上升速率慢和脈沖超調(diào)，而在脈沖結(jié)束時會形成脈沖拖尾。更重要的是，控制環(huán)路不能在一個開關(guān)周期內(nèi)響應(yīng)輸入電壓和輸出電壓的快速變化，無法跟蹤脈沖負(fù)載的暫態(tài)變化的邊沿。這種情況下，脈沖電流源就無法滿足類似激光栗浦、激光照明等應(yīng)用場合對脈沖邊沿陡度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，具備中間儲能裝置充電功率的自動控制，脈沖發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，控制精確，動態(tài)響應(yīng)快，脈沖邊沿陡峭，能量回饋再生，可控重復(fù)頻率和脈沖寬度等特點。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，包括初級能量變換環(huán)節(jié)、中間儲能裝置和脈沖形成拓?fù)?，所述初級能量變換環(huán)節(jié)包括變換器、第一電流檢測電路、電壓電流雙環(huán)控制電路、儲能裝置、儲能裝置電壓檢測電路，所述電壓電流雙環(huán)控制電路用于控制變換器工作，所述第一電流檢測電路用于給所述電壓電流雙環(huán)控制電路提供檢測能量，所述儲能裝置用于接收儲蓄從變換器提供過來的能量，所述儲能裝置電壓檢測電路用于對所述儲能裝置進(jìn)行電壓檢測；
所述中間儲能裝置包括電容陣、超級電容及蓄電池；
所述脈沖形成拓?fù)浒ǖ瓦卋uck型變換器、脈沖控制開關(guān)、滯環(huán)控制電路、第二電流檢測電路和時序控制電路，所述第二電流檢測電路用于對所述滯環(huán)控制電路提供檢測能量，所述滯環(huán)控制電路控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開關(guān)包括串聯(lián)的第一脈沖控制開關(guān)和第二脈沖控制開關(guān)，所述第一脈沖控制開關(guān)和所述第二脈沖控制開關(guān)由所述時序控制電路控制開通或關(guān)斷。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開關(guān)、拓?fù)潆姼?、續(xù)流二極管、負(fù)載續(xù)流二極管、能量回饋二極管，所述主功率變換開關(guān)負(fù)責(zé)將所述中間儲能裝置的能量通過該開關(guān)通斷的方式變換獲得脈沖負(fù)載需求的能量形式；所述拓?fù)潆姼杏糜谒鲋鞴β首儞Q開關(guān)在進(jìn)行能量變換過程中的能量壓縮；所述續(xù)流二極管用于主功率變換開關(guān)關(guān)斷時給儲能電感提供續(xù)流回路；所述負(fù)載續(xù)流二極管用于為脈沖負(fù)載的感性部分提供續(xù)流回路，并使得負(fù)載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管，是在脈沖發(fā)生期間為電感中存儲的剩余能量提供流通路徑，并經(jīng)過該路徑將能量回饋到儲能裝置中；所述負(fù)載續(xù)流二極管與所述第一脈沖控制開關(guān)和所述第二脈沖控制開關(guān)并聯(lián)。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一電流檢測電路或者所述第二電流檢測電路為霍爾電流檢測電路、采樣電阻加儀表放大器的采樣電路、采樣電阻加電流鏡的采樣電路。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述變換器為AC/DC變換器或DC/DC變換器。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述儲能裝置電壓檢測電路為電阻分壓網(wǎng)絡(luò)檢測電路或差分比例電壓檢測電路。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:實現(xiàn)脈沖功率發(fā)生和脈沖功率間歇階段初級能源向中間儲能裝置充電電流大小的自動控制；采用功率開關(guān)管在低邊的buck拓?fù)渥鳛楣β首儞Q電路，電路簡單易于實現(xiàn)；控制精確，動態(tài)響應(yīng)快；脈沖邊沿陡峭，能實現(xiàn)能量的回饋再生；可改變脈沖功率發(fā)生的重復(fù)頻率和脈沖寬度。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明脈沖電流源系統(tǒng)方案框圖；
圖2是本發(fā)明脈沖電流源的開關(guān)時序圖；
圖3是本發(fā)明脈沖電流源的電感電流和負(fù)載脈沖電流波形圖；
圖4是本發(fā)明脈沖電流源的脈沖指令、S1、S2和S3的波形圖；
圖5是本發(fā)明脈沖電流源的脈沖指令、SI負(fù)載脈沖電流和電感電流波形圖；
其中數(shù)字表示:1、變換器；2、第一檢測電路；3、儲能裝置電壓檢測電路；4、儲能裝置；5、電壓電流雙環(huán)控制；6、第二電流檢測電路；7、滯環(huán)控制；8、時序控制；9、脈沖負(fù)載。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合【附圖說明】及【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]所述滯環(huán)控制電路控制所述主功率變換開關(guān)的通斷
如圖1所示，本發(fā)明提供一種重復(fù)頻率脈沖功率電流源，包括初級能量變換環(huán)節(jié)、中間儲能裝置和脈沖形成拓?fù)?，所述初級能量變換環(huán)節(jié)包括變換器1、第一電流檢測電路2、電壓電流雙環(huán)控制電路5、儲能裝置4、儲能裝置電壓檢測電路3，所述電壓電流雙環(huán)控制電路5用于控制變換器I工作，所述第一電流檢測電路2用于給所述電壓電流雙環(huán)控制電路5提供檢測能量，所述儲能裝置4用于接收儲蓄從變換器I提供過來的能量，所述儲能裝置電壓檢測電路3用于對所述儲能裝置4進(jìn)行電壓檢測；
如圖1所示，所述中間儲能裝置包括電容陣、超級電容及蓄電池；
如圖1所示，所述脈沖形成拓?fù)浒ǖ瓦卋uck型變換器、脈沖控制開關(guān)、滯環(huán)控制電路7、第二電流檢測電路6和時序控制電路8，所述第二電流檢測電路6用于對所述滯環(huán)控制電路7提供檢測能量，所述滯環(huán)控制電路7控制所述低邊buck型變換器的通斷，所述脈沖控制開關(guān)包括串聯(lián)的第一脈沖控制開關(guān)S2和第二脈沖控制開關(guān)S3，所述第一脈沖控制開關(guān)S2和所述第二脈沖控制開關(guān)S3由所述時序控制電路8控制開通或關(guān)斷。滯環(huán)控制電路的實現(xiàn)是檢測電感電流，并將之與電感電流的最大、最小設(shè)定值進(jìn)行比較，并結(jié)合脈沖指令實現(xiàn)對主功率開關(guān)管SI的控制。
[0015]如圖1所示，所述低邊buck型變換器包括主功率變換開關(guān)S1、拓?fù)潆姼蠰、續(xù)流二極管Dl、負(fù)載續(xù)流二極管D3、能量回饋二極管D2，S1為主功率變換開關(guān)，S2和S3為脈沖形成控制開關(guān)，L為拓?fù)潆姼?，Dl為續(xù)流二極管，D2為能量回饋二極管，D3為負(fù)載續(xù)流二極管，防止S3關(guān)斷時負(fù)載連接線的感性特性造成的電壓尖峰。
[0016]所述主功率變換開關(guān)SI負(fù)責(zé)將所述中間儲能裝置的能量通過該開關(guān)通斷的方式變換獲得脈沖負(fù)載需求的能量形式；所述拓?fù)潆姼蠰用于所述主功率變換開關(guān)SI在進(jìn)行能量變換過程中的能量壓縮；所述續(xù)流二極管Dl用于主功率變換開關(guān)SI關(guān)斷時給儲能電感提供續(xù)流回路；所述負(fù)載續(xù)流二極管D3用于為脈沖負(fù)載9的感性部分提供續(xù)流回路，并使得負(fù)載獲得較陡的脈沖邊沿；所述能量回饋二極管D2，是在脈沖發(fā)生期間為電感中存儲的剩余能量提供流通