一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路，包括由N個(gè)首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，其輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻R1的一端相連，輸出高壓電阻R1的另一端與脈沖變壓器T1的初級(jí)繞組的一端相連，脈沖變壓器T1的初級(jí)繞組的另一端接在充電電源的輸出端與脈沖單元電路組的輸入端之間，脈沖變壓器T1的次級(jí)繞組的兩端接負(fù)載R2的兩端。本實(shí)用新型通過(guò)控制放電開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟時(shí)序，在脈沖變壓器T1的初級(jí)實(shí)現(xiàn)階梯上升的高壓波形，從而抑制由于脈沖變壓器T1漏感和分布電容等引起的輸出脈沖過(guò)大的頂沖，并且脈沖前沿和脈寬可調(diào)。
【專利說(shuō)明】
一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及高壓脈沖電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著高壓脈沖技術(shù)的發(fā)展，向著脈沖電壓越來(lái)越高、脈沖輸出寬度可調(diào)、脈沖波形頂部平坦度優(yōu)越的方向，提出更高的要求。
[0003]現(xiàn)有的技術(shù)方案中，典型電路如圖1所示的鋼管推脈沖變壓器技術(shù)，帶儲(chǔ)能電容C3的高壓電源通過(guò)鋼管固態(tài)開(kāi)關(guān)S3和限流電阻R3對(duì)脈沖變壓器T3初級(jí)放電，通過(guò)脈沖變壓器T3的升壓后，在額定負(fù)載R4上達(dá)到圖2所示的高壓脈沖輸出波形b。由于脈沖變壓器T3漏感、分布電容等的影響，通過(guò)圖2中脈沖變壓器T3的輸入波形a、高壓脈沖輸出波形b，可以看出此方案有個(gè)明顯的缺點(diǎn)就是輸出脈沖電壓的頂沖較大，一般都大于3%，或者通過(guò)加大固態(tài)開(kāi)關(guān)S3后的限流電阻R3，增加電源內(nèi)部的功耗，來(lái)抑制頂部的過(guò)沖幅度，但其效果有限。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠抑制脈沖前沿處的頂沖，實(shí)現(xiàn)脈變后輸出脈沖電壓波形的頂部高平坦度的高壓脈沖電源的頂沖消除電路。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路，包括由N個(gè)首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端與脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的一端相連，脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的另一端接在充電電源的輸出端與脈沖單元電路組的輸入端之間，脈沖變壓器Tl的次級(jí)繞組的兩端接負(fù)載R2的兩端，控制器輸出控制信號(hào)分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開(kāi)關(guān)和充電開(kāi)關(guān)。
[0006]所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路、第二脈沖單元電路以至第N脈沖單元電路，所述第一脈沖單元電路的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路的輸入端相連，第二脈沖單元電路的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路的輸入端相連，第N脈沖單元電路的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0007]所述第一脈沖單元電路由儲(chǔ)能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開(kāi)關(guān)Sm和充電開(kāi)關(guān)Su組成，所述第二脈沖單元電路由儲(chǔ)能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開(kāi)關(guān)S2-1和充電開(kāi)關(guān)S2-2組成，所述第N脈沖單元電路由儲(chǔ)能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開(kāi)關(guān)Srrf和充電開(kāi)關(guān)Sn-2組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、儲(chǔ)能電容Cl的一端相連，儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)S1^1串聯(lián)，所述高壓隔離電感LI的另一端分別與高壓隔離電感L2、儲(chǔ)能電容Cl、放電開(kāi)關(guān)Sp1相連，放電開(kāi)關(guān)Sk的另一端與儲(chǔ)能電容C2的一端相連，充電開(kāi)關(guān)Sh跨接在儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)S1-1上;所述儲(chǔ)能電容Cn與放電開(kāi)關(guān)Sn-1串聯(lián)，所述高壓隔離電感Ln的一端分別與儲(chǔ)能電容Cn、放電開(kāi)關(guān)Srrf相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的一端與儲(chǔ)能電容Cn相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的另一端與放電開(kāi)關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0008]由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型的有益效果為:第一，由于采用調(diào)節(jié)各脈沖單元電路的開(kāi)啟時(shí)延，實(shí)現(xiàn)脈變后輸出脈沖電壓波形的頂部高平坦度;第二，由于脈沖單元電路的放電開(kāi)關(guān)為剛管器件，放電脈沖寬度和前沿可控，特別適合于磁控管這樣的對(duì)脈沖波形要求高且前沿匹配難度大的應(yīng)用；第三，由于采用一個(gè)控制器統(tǒng)一控制各脈沖單元電路內(nèi)的充電開(kāi)關(guān)和放電開(kāi)關(guān)工作，一是保證了各開(kāi)關(guān)時(shí)序的正確性，二是為實(shí)現(xiàn)控制器軟件編程增添產(chǎn)品功能提供方便。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為傳統(tǒng)的鋼管推脈沖變壓器電源原理圖；
[0010]圖2為脈沖變壓器初、次級(jí)波形圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖；
[0012]圖4是本實(shí)用新型的工作時(shí)序圖；
[0013]圖5是本實(shí)用新型消除頂沖的工作時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖3所示，一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路，包括由N個(gè)首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端與脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的一端相連，脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的另一端接在充電電源的輸出端與脈沖單元電路組的輸入端之間，脈沖變壓器Tl的次級(jí)繞組的兩端接負(fù)載R2的兩端，控制器輸出控制信號(hào)分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開(kāi)關(guān)和充電開(kāi)關(guān)。脈沖單元電路組串聯(lián)輸出電壓達(dá)到幾十kV、電流達(dá)幾百A、脈寬連續(xù)可調(diào)的能力。所述輸出高壓電阻Rl設(shè)置在所有脈沖單元電路串聯(lián)輸出的高端，起到限制負(fù)載短路電流、減小脈沖前沿頂沖的作用;所述脈沖變壓器Tl的初級(jí)輸入端連接在脈沖單元電路串聯(lián)的輸出端，升壓后供給后級(jí)負(fù)載R2。
[0015]如圖3所示，所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路1、第二脈沖單元電路2以至第N脈沖單元電路3，所述第一脈沖單元電路I的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路2的輸入端相連，第二脈沖單元電路2的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路3的輸入端相連，第N脈沖單元電路3的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0016]如圖3所示，所述第一脈沖單元電路I由儲(chǔ)能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開(kāi)關(guān)Sm和充電開(kāi)關(guān)Sp2組成，所述第二脈沖單元電路2由儲(chǔ)能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開(kāi)關(guān)Sh和充電開(kāi)關(guān)S2-2組成，所述第N脈沖單元電路3由儲(chǔ)能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開(kāi)關(guān)Srrf和充電開(kāi)關(guān)Sn-2組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、儲(chǔ)能電容Cl的一端相連，儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)Sk串聯(lián)，所述高壓隔離電感LI的另一端分別與高壓隔離電感L2、儲(chǔ)能電容Cl、放電開(kāi)關(guān)Sk相連，放電開(kāi)關(guān)Sk的另一端與儲(chǔ)能電容C2的一端相連，充電開(kāi)跨接在儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)Sh上;所述儲(chǔ)能電容Cn與放電開(kāi)關(guān)Sm串聯(lián)，所述高壓隔離電感Ln的一端分別與儲(chǔ)能電容Cn、放電開(kāi)關(guān)Sn-1相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的一端與儲(chǔ)能電容Cn相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的另一端與放電開(kāi)關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
[0017]如圖4所示，在工作時(shí)，系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢后，首先，控制器控制脈沖單元電路組中所有的充電開(kāi)關(guān)均為導(dǎo)通狀態(tài);接著，控制器再控制充電電源，通過(guò)各個(gè)脈沖單元電路的高壓隔離電感和充電開(kāi)關(guān)，同時(shí)對(duì)所有的儲(chǔ)能電容充電；充電到額定值后，控制器再控制所有脈沖單元電路中的充電開(kāi)關(guān)為關(guān)斷狀態(tài);最后控制器根據(jù)需要輸出的脈寬和前沿，調(diào)節(jié)各個(gè)脈沖單元電路放電開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)序，使放電開(kāi)關(guān)S1-1至放電開(kāi)關(guān)Sh中的至少兩個(gè)放電開(kāi)關(guān)依次延遲開(kāi)啟，使各個(gè)脈沖單元電路的輸出波形經(jīng)串聯(lián)疊加在脈沖變壓器Tl的初級(jí)形成階梯上升的電壓波形;放電結(jié)束后，控制器控制所有放電開(kāi)關(guān)都關(guān)斷。
[0018]如圖5所示，用3個(gè)脈沖單元電路來(lái)說(shuō)明工作原理:控制器調(diào)節(jié)各脈沖單元電路放電開(kāi)關(guān)的工作時(shí)序，第一脈沖單元電路I輸出波形c，第二脈沖單元電路2輸出波形d，第三脈沖單元電路輸出波形e，三個(gè)脈沖單元電路依次延遲開(kāi)啟，串聯(lián)疊加后在脈沖變壓器Tl初級(jí)形成的波形f。由于在脈沖變壓器Tl初級(jí)已經(jīng)形成階梯上升的電壓波形，經(jīng)過(guò)脈沖變壓器Tl升壓后的波形g的前沿可以調(diào)節(jié)，并抑制了脈沖前沿處的頂沖。也就是說(shuō)，通過(guò)控制各脈沖單元電路中放電開(kāi)關(guān)的工作時(shí)序，形成在脈沖變壓器Tl初級(jí)的階梯上升電壓波，再升壓后，形成脈沖前沿可調(diào)、脈寬可調(diào)、脈沖頂部平坦的高壓波形。
[0019]實(shí)施例一
[0020]一種高壓脈沖電源，額定輸出電壓150kV，輸出電流10A，脈寬2?5ys連續(xù)可調(diào)，頂沖小于1%。
[0021]設(shè)計(jì)脈沖變壓器Tl的變比為1:6，則脈沖變壓器Tl初級(jí)的電壓為25kV，電流為60A。設(shè)計(jì)充電電源的輸出電壓為2.5kV，10節(jié)脈沖單元電路串聯(lián)輸出的電壓為25kV。每節(jié)延遲
0.05ys，10節(jié)總延遲為0.5ys。
[0022]通過(guò)調(diào)節(jié)充電電源的輸出電壓、每節(jié)脈沖單元電路的開(kāi)啟延遲時(shí)間和導(dǎo)通時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)輸出脈沖電壓的幅度、寬度的大范圍調(diào)節(jié)
[0023]綜上所述，本實(shí)用新型通過(guò)控制脈沖單元電路組中放電開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟時(shí)序，在脈沖變壓器Tl的初級(jí)實(shí)現(xiàn)階梯上升的高壓波形，從而抑制由于脈沖變壓器Tl漏感和分布電容等引起的輸出脈沖過(guò)大的頂沖，并且脈沖前沿和脈寬可調(diào)，特別適合磁控管等對(duì)脈沖波形要求高的應(yīng)用場(chǎng)合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高壓脈沖電源的頂沖消除電路，其特征在于:包括由N個(gè)首尾串聯(lián)的脈沖單元電路組成的脈沖單元電路組，脈沖單元電路組的輸入端與充電電源的電源輸出端相連，脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連，輸出高壓電阻Rl的另一端與脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的一端相連，脈沖變壓器Tl的初級(jí)繞組的另一端接在充電電源的輸出端與脈沖單元電路組的輸入端之間，脈沖變壓器Tl的次級(jí)繞組的兩端接負(fù)載R2的兩端，控制器輸出控制信號(hào)分別至充電電源以及脈沖單元電路組內(nèi)所有的放電開(kāi)關(guān)和充電開(kāi)關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓脈沖電源的頂沖消除電路，其特征在于:所述脈沖單元電路組包括第一脈沖單元電路(I)、第二脈沖單元電路(2)以至第N脈沖單元電路(3)，所述第一脈沖單元電路(I)的輸入端作為脈沖單元電路組的輸入端與第二脈沖單元電路(2)的輸入端相連，第二脈沖單元電路(2)的輸出端與第三脈沖單元電路的輸入端相連，第N-1脈沖單元電路的輸出端與第N脈沖單元電路(3)的輸入端相連，第N脈沖單元電路(3)的輸出端作為脈沖單元電路組的輸出端與輸出高壓電阻Rl的一端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓脈沖電源的頂沖消除電路，其特征在于:所述第一脈沖單元電路(I)由儲(chǔ)能電容Cl、高壓隔離電感L1、放電開(kāi)關(guān)Sp1和充電開(kāi)關(guān)Sp2組成，所述第二脈沖單元電路(2)由儲(chǔ)能電容C2、高壓隔離電感L2、放電開(kāi)關(guān)S^1和充電開(kāi)關(guān)S2-2組成，所述第N脈沖單元電路(3)由儲(chǔ)能電容Cn、高壓隔離電感Ln、放電開(kāi)關(guān)Srrf和充電開(kāi)關(guān)Sn-2組成;所述充電電源的輸出端分別與高壓隔離電感L1、儲(chǔ)能電容Cl的一端相連，儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)S1-1串聯(lián)，所述尚壓隔尚電感LI的另一端分別與尚壓隔尚電感L2、儲(chǔ)能電容Cl、放電開(kāi)關(guān)Sh相連，放電開(kāi)關(guān)Sh的另一端與儲(chǔ)能電容C2的一端相連，充電開(kāi)關(guān)Su跨接在儲(chǔ)能電容Cl與放電開(kāi)關(guān)S1-1上;所述儲(chǔ)能電容Cn與放電開(kāi)關(guān)Srrf串聯(lián)，所述高壓隔離電感Ln的一端分別與儲(chǔ)能電容Cn、放電開(kāi)關(guān)Sh相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的一端與儲(chǔ)能電容Cn相連，充電開(kāi)關(guān)Sn-2的另一端與放電開(kāi)關(guān)Sn-1相連后與輸出高壓電阻Rl的一端相連。
【文檔編號(hào)】H02M9/02GK205509838SQ201620125573
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年2月18日
【發(fā)明人】李運(yùn)海
【申請(qǐng)人】合肥雷科電子科技有限公司