新型納秒級脈沖電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高壓脈沖電源，具體是一種納秒級脈沖電源，可用于靜電除塵、脫硫脫銷、水治理、V0C治理等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖功率技術(shù)是將相對較長的時間內(nèi)存儲起來的能量在很短的時間內(nèi)迅速釋放出來的一門學(xué)科技術(shù)。脈沖功率技術(shù)已經(jīng)是一項應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，它可以在很短的時間內(nèi)產(chǎn)生極高的電壓、極高的溫度，它可以將粒子加速到很高的速度，可產(chǎn)生極大的力量，也可遠距離探測目標，等。工業(yè)上，脈沖功率技術(shù)用于處理廢氣廢水、V0C治理、靜電除塵、脫硫脫銷、生成臭氧以及食品保鮮等。
[0003]眾所周知，脈沖功率技術(shù)的基本原理是:能量(E)等于功率(P)乘以功率作用時間(t)，即:E=Pt;由此可知:當(dāng)能量一定時，縮短時間(脈沖壓縮)就可以增大功率。然而，目前的脈沖電源技術(shù)，多采用開關(guān)器件加脈沖變壓器的拓撲結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的脈沖電源產(chǎn)生的高壓脈沖寬度一般在幾十微秒到幾百微秒之間。由脈沖功率技術(shù)的基本原理可知，如果能使脈沖寬度縮小，達到幾百納秒甚至更小，那么將可以輸出更高的瞬時功率，從而更好的發(fā)揮負載的特性，實現(xiàn)更好的應(yīng)用效果。另外，相對于連續(xù)供電方式，脈沖供電也更加節(jié)能。
[0004]考慮到磁脈沖壓縮技術(shù)能有效地陡化和壓縮脈沖，無觸點閉合動作，并且使用壽命長、高耐壓、高耐流，所以本實用新型采用大功率脈沖技術(shù)和磁脈沖壓縮技術(shù)，來提高脈沖上升陡度、壓縮脈沖寬度、提高脈沖重復(fù)頻率，以達到輸出上升沿小于幾百納秒的納秒級高壓脈沖的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型提供一種新型納秒級脈沖電源，采用大功率脈沖技術(shù)和磁脈沖壓縮技術(shù)，實現(xiàn)了輸出上升沿小于幾百納秒的納秒級高壓脈沖的目的，可以輸出更高的瞬時功率，從而更好的發(fā)揮負載的特性，實現(xiàn)更好的應(yīng)用效果。
[0006]本實用新型的上述技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案得以實施的:一種新型納秒級脈沖電源，其特征在于，包括:
[0007]直流電源，用于提供直流電壓，為納秒級脈沖電源提供能量；
[0008]濾波儲能電容組，用于濾除直流電源紋波并儲存能量；
[0009]脈沖充電電路，為后續(xù)電路充電，并控制充電能量的大?。?br>[0010]脈沖發(fā)生電路，將儲存的能量轉(zhuǎn)化為微秒級高壓脈沖，產(chǎn)生微秒級高壓脈沖；
[0011]磁脈沖壓縮裝置，將微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖。
[0012]作為優(yōu)選，所述磁脈沖壓縮裝置由無感電容Π和磁壓縮開關(guān)串聯(lián)而成，用于將輸入的微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖后輸出提供給負載。
[0013]作為優(yōu)選，所述磁脈沖壓縮裝置由若干組磁壓縮電路串聯(lián)而成，每一組磁壓縮電路均由一無感電容Π和一磁壓縮開關(guān)串聯(lián)而成。其目的是將高壓脈沖的寬度和上升沿時間壓縮至納秒級以滿足負載的要求，將輸入的微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖后輸出提供給負載。
[0014]作為優(yōu)選，所述脈沖發(fā)生電路包括:磁開關(guān)和脈沖變壓器，磁開關(guān)用于產(chǎn)生脈沖；脈沖變壓器用于將輸入的微秒級低壓脈沖升壓成微秒級高壓脈沖后提供給脈沖壓縮裝置。所述磁開關(guān)在脈沖發(fā)生電路中取代了大功率的IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，能使脈沖電壓上升沿更陡、可靠性高且穩(wěn)定性好。
[0015]作為優(yōu)選，所述脈沖充電電路包括開關(guān)器件、二極管、空心電感、無感電容I;開關(guān)器件的開關(guān)頻率控制脈沖電源的重復(fù)頻率，開關(guān)器件的開通時間控制充電能量的大?。欢O管，用于保護開關(guān)器件和直流電源，隔離磁開關(guān)產(chǎn)生脈沖時的反相沖擊；空心電感，用于限制開關(guān)器件電流突變，保護開關(guān)器件和直流電源，隔離磁開關(guān)產(chǎn)生脈沖時的反相沖擊;無感電容I，直流電壓經(jīng)開關(guān)器件給無感電容充電。
[0016]作為優(yōu)選，所述開關(guān)器件為半導(dǎo)體器件，采用IGBT模塊(絕緣柵雙極型晶體管)，或者晶閘管。
[0017]作為優(yōu)選，所述濾波儲能電容組由多個濾波電容并聯(lián)而成，為直流電源提供濾波與儲能。
[0018]作為優(yōu)選，所述直流電源為三相整流變壓器電源，或者單相整流變壓器電源，或者高頻逆變電源。
[0019]綜上所述，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0020]本實用新型提供的納秒級脈沖電源，采用大功率脈沖技術(shù)和磁脈沖壓縮技術(shù)，通過提升脈沖陡度、縮窄脈沖寬度，以使脈沖電源能夠達到輸出納秒級脈沖的目的，相對于其他非脈沖形式的電源，不但提升了應(yīng)用中的治理效果，同時降低工業(yè)應(yīng)用中的電源能耗;同時，本實用新型的脈沖壓縮裝置是由單組或多組磁壓縮電路串聯(lián)形成，能夠?qū)⒏邏好}沖的寬度和上升沿時間壓縮至納秒級以滿足負載的要求;本實用新型用磁開關(guān)在脈沖發(fā)生電路中取代大功率的IGBT，能使脈沖電壓上升沿更陡、可靠性高且穩(wěn)定性好，即電源工作運行更穩(wěn)定，保障安全性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本實用新型納秒級脈沖電源的原理框圖。
[0022]圖2是本實用新型納秒級脈沖電源的電路原理圖。
[0023]圖3是本實用新型脈沖壓縮裝置的電路示意圖。
[0024]圖4是本實用新型脈沖壓縮裝置前后波形對比示意圖。
[0025]圖中標號為:1、直流電源;2、濾波儲能電容組;21、濾波電容；
[0026]3、脈沖充電電路;31、開關(guān)器件;32、二極管;33、空心電感;34、無感電容I;
[0027]4、脈沖發(fā)生電路;41、磁開關(guān);42、脈沖變壓器；
[0028]5、磁脈沖壓縮裝置;51、無感電容Π ;52、磁壓縮開關(guān);6、負載。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0030]實施例1:
[0031]新型納秒級脈沖電源，用于電除塵，如圖1所示，包括直流電源1、濾波儲能電容組
2、脈沖充電電路3、脈沖發(fā)生電路4、磁脈沖壓縮裝置5。其工作過程是:由直流電源1提供直流電壓，經(jīng)過濾波儲能電容組2濾波并儲能;濾波之后的直流電壓通過脈沖充電電路3給脈沖發(fā)生電路4充電，脈沖發(fā)生電路4將存儲的能量轉(zhuǎn)化為微秒級高壓脈沖，磁脈沖壓縮裝置5將微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖。
[0032]具體地，如圖2所示，直流電源1包括但不僅限于三相整流變壓器電源、單相整流變壓器電源、高頻逆變電源，其作用是為納秒級脈沖電源提供能量;直流電源1輸出與濾波儲能電容組2相連接。
[0033]濾波儲能電容組2由多只濾波電容21并聯(lián)組成，其作用是濾除直流電源1紋波并儲存能量;濾波儲能電容組2與脈沖充電電路3相連接。
[0034]脈沖充電電路3，其作用是通過開關(guān)頻率控制脈沖電源的重復(fù)頻率，通過開通時間控制充電能量的大小。脈沖充電電路3在結(jié)構(gòu)上包括:開關(guān)器件31—其類型為IGBT模塊，或晶閘管，或其他半導(dǎo)體器件;二極管32—其作用是隔離后級脈沖發(fā)生電路對前級的反向沖擊;空心電感33—其作用是濾除后級脈沖發(fā)生電路對前級的脈沖電流沖擊;無感電容134—其作用是為后級脈沖發(fā)生電路儲存能量;脈沖充電電路3與脈沖發(fā)生電路4相連。
[0035]脈沖發(fā)生電路4，其作用是產(chǎn)生微秒級高壓脈沖；其結(jié)構(gòu)上包括:磁開關(guān)41一其作用是產(chǎn)生微秒級低壓脈沖，脈沖變壓器42—其作用是將微秒級低壓脈沖升壓為微秒級高壓脈沖;脈沖發(fā)生電路4與磁脈沖壓縮裝置5相連。
[0036]磁脈沖壓縮裝置5，其作用是將微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖;其結(jié)構(gòu)上包括無感電容Π 51—其作用是脈沖能量儲存，磁壓縮開關(guān)52—其作用是在磁飽和前阻止能量傳遞、在磁飽和后迅速釋放;磁脈沖壓縮裝置5之后與負載6相連。
[0037]本實用新型納秒級脈沖電源具體工作過程如下:直流電源1產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)濾波儲能電容組2濾波后，輸出到脈沖充電電路3，在脈沖沖充電路3中，先通過開關(guān)器件31控制充電時間及脈沖重復(fù)頻率，后通過二極管32防止反向電流，通過空心電感33限流并濾除后級沖擊，最后能量儲存在無感電容134中，經(jīng)過脈沖充電電路3以后，達到脈沖發(fā)生電路4，通過磁開關(guān)41產(chǎn)生微秒級低壓脈沖，經(jīng)脈沖變壓器42升壓為微秒級高壓脈沖，之后再經(jīng)過磁脈沖壓縮裝置5壓縮為納秒級高壓脈沖。
[0038]如圖3所示，所述脈沖壓縮裝置5是由多組磁壓縮電路串聯(lián)形成，每一組磁壓縮電路均由一無感電容Π51和一磁壓縮開關(guān)52串聯(lián)而成;其目的是將高壓脈沖的寬度和上升沿時間壓縮至納秒級以滿足負載的要求。微秒級高壓脈沖經(jīng)過脈沖壓縮裝置壓縮后得到納秒級高壓脈沖，其壓縮前后的波形對比示意圖如圖4所示。
[0039]文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型納秒級脈沖電源，其特征在于，包括: 用于提供直流電壓、為納秒級脈沖電源提供能量的直流電源(1); 用于濾除直流電源紋波并儲存能量的濾波儲能電容組(2); 為后續(xù)電路充電并控制充電能量的大小的脈沖充電電路(3 ); 將儲存的能量轉(zhuǎn)化為微秒級高壓脈沖，產(chǎn)生微秒級高壓脈沖的脈沖發(fā)生電路(4); 將微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖的磁脈沖壓縮裝置(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述磁脈沖壓縮裝置由無感電容Π (51)和磁壓縮開關(guān)(52)串聯(lián)而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述磁脈沖壓縮裝置由若干組磁壓縮電路串聯(lián)而成，每一組磁壓縮電路均由一無感電容Π (51)和一磁壓縮開關(guān)(52)串聯(lián)而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述脈沖發(fā)生電路包括磁開關(guān)(41)、脈沖變壓器(42)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述脈沖充電電路包括開關(guān)器件(31)、二極管(32)、空心電感(33)、無感電容1(34)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述開關(guān)器件為半導(dǎo)體器件，采用IGBT模塊(絕緣柵雙極型晶體管)，或者晶閘管。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述濾波儲能電容組由多個濾波電容(21)并聯(lián)而成。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型納秒級脈沖電源，其特征在于，所述直流電源為三相整流變壓器電源，或者單相整流變壓器電源，或者高頻逆變電源。
【專利摘要】本實用新型涉及高壓脈沖電源，具體是一種新型納秒級脈沖電源，可用于靜電除塵、脫硫脫銷、水治理、VOC治理等領(lǐng)域，包括：直流電源，用于提供直流電壓，為納秒級脈沖電源提供能量；濾波儲能電容組，用于濾除直流電源紋波并儲存能量；脈沖充電電路，為后續(xù)電路充電，并控制充電能量的大??；脈沖發(fā)生電路，將儲存的能量轉(zhuǎn)化為微秒級高壓脈沖，產(chǎn)生微秒級高壓脈沖；磁脈沖壓縮裝置，將微秒級高壓脈沖壓縮為納秒級高壓脈沖。本實用新型提供的納秒級脈沖電源采用大功率脈沖技術(shù)和磁脈沖壓縮技術(shù)，實現(xiàn)了輸出上升沿小于幾百納秒的納秒級高壓脈沖的目的，可以輸出更高的瞬時功率，從而更好的發(fā)揮負載的特性，實現(xiàn)更好的應(yīng)用效果。
【IPC分類】H02M9/04
【公開號】CN205142046
【申請?zhí)枴緾N201521023184
【發(fā)明人】施小東, 施秦峰, 祝建軍, 袁旭光
【申請人】金華大維電子科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月11日